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关键词:化学灌浆无公害环氧树脂聚氨酯丙烯酸盐酸性水玻璃化学灌浆泵
1我国化学灌浆技术发展成绩
化学灌浆(ChemicalGrouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液,用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术.即化学灌浆是化学与工程相结合,应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗堵漏),保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术.随着化学灌浆技术的发展和进步,现己成为现代工程中颇具特色且不可或缺的一项先进技术
国外化学灌浆最初是适应于地基处理和采矿业发展的需求而发展起来的,其可靠性得到公认并被广泛采用至今己有80年以上的历史.我国的化学灌浆技术应用与研究起步较晚,但发展较快并有自已的独创.如果以1953年在佳木斯等地采用碱性水玻璃进行化学灌浆算起,也才只有50年的历史五十年来,我国在化学灌浆技术这个小领域取得了成绩[3],主要表现在以下方面:
(1)化学灌浆从无到有,从小到大发展起来,已成为我国现代工程技术不可或缺的一个组成部分
(2)国外有的常用化学灌浆浆材品种,我国基本上都已开发出来(如环氧[1]、甲凝、丙凝、丙烯酸盐、酸性和碱性水玻璃、水溶性、非水溶性和弹性聚氨酯、脲醛树脂、铬木素等)
(3)化学灌浆浆材品种开发中还有一些独创.如甲凝、弹性聚氨酯,甲氰凝和环氧—聚氨酯,丙烯酸酯—聚氨酯等互穿网络灌浆材料
(4)化学灌浆设备的研制开发已基本能适应和满足国内化灌工程的要求[8].如化学灌浆泵、灌浆阻塞器、密闭配输浆装置和各种封缝材料等.
(5)化学灌浆技术已在国内水电(大坝、堤防、水库、电站)、建筑(地上、地下、人防)、交通(公路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场)和采矿等四大部门得到推广应用
(6)化学灌浆技术应用已解决了许多工程难题,取得良好的效益.以水利为例,如三峡[4]、葛洲坝、龙羊峡、丹江口、陈村、凤滩、万安等水利枢纽都是采用化学灌浆技术解决一些工程技术难题的典型例子
(7)化学灌浆已从工程完建后的应用,发展到工程兴建前设计中就采用.如三峡化灌帷幕预计15000米,化灌加固地基预计3000米
(8)化学灌浆技术在一些方面已具国际先进水平,如青海龙羊峡大坝采用中化798环氧浆材处理G4伟晶岩劈裂带和三峡大坝采用CW环氧浆材处理F1096软弱夹层及断层破碎带的水泥—化学复合灌浆技术均堪称国际上处理低渗透性软弱岩土地层的先进技术
(9)化学灌浆理论上也有一些突破和创新[6][7].如浆液扩散半径的计算理论、浆液湿面粘接理论、减低浆液毒性的拮抗理论、浆液吸渗理论等
(10)化学灌浆技术出版物取得丰收.自上世纪八十年代以来己出版专著十余部.包括水利学报、水利水电技术、岩土工程学报、岩石力学与工程学报、长江科学院院报在内的全国132家科技期刊都选登化学灌浆的研究论文.近5年选登的论文就有200余篇
以上十个方面成绩,足以说明我国化学灌浆技术的进步和发展水平.此外,全国研究化学灌浆技术的工程科技人员已成立了中国水利学会化学灌浆分会,现挂靠在长江科学院.追溯到1968年,学会己举行过16次学术交流活动,出版了7部论文集,这些学术活动对推动我国化学灌浆材料的研发和化学灌浆技术的发展起了很好的作用
2.化学灌浆技术近期发展展望
我国化学灌浆技术近期应在前50年的基础上更具活力的继续向前发展,而无公害、耐久性好、适应工程各种苛刻要求且价格低廉的化学灌浆浆材的开发、应用和推广;化学灌浆技术的研究、改进和提高;化学灌浆设备、仪器生产的定型化、系列化、成套化、标准化和环保化及产品质量的持续改进和提高等必然是其发展方向
2.1.无公害浆材的开发
(1)无毒催化剂的研制.环氧树脂浆材粘接强度高、稳定性好,因此是固结灌浆最常用的浆材.该浆材毒副作用主要来自所采用的固化剂和溶剂.在过去的近20年中,对环氧浆材胺类固化剂的降低毒性研究己取得一些成果,国内生产出商品名为T31、810、X-89、CD等毒副作用较低的一批改性胺类固化剂,对环氧浆材的推广应用起了较好作用,今后还应朝这个方向继续努力
(2)无溶剂型浆材的开发.环氧树脂一般粘度都较大,制成化灌浆材一般都要添加有机溶剂,但很多有机溶剂不但气味难闻,而且具有毒副作用(如糠醛),添加后往往会产生环境问题.因此,人们在研究无毒副作用环氧固化剂的同时,也展开了无溶剂型环氧浆材的研制.无溶剂型环氧浆材的研究将得益于环氧树脂工业的发展,国内一些化工厂生产的低分子量环氧树脂粘度仅为20-25mPa.s.,这对今后无溶剂环氧化灌浆材的发展开辟了较好的前景.除此之外,把丙烯酸酯等树脂开发成无溶型浆材己呈现出更加美好的前景,值得努力探索
(3)水做介质的化灌浆材的研制.水做介质,不用有机溶剂,对化灌浆材的无公害化是很有益的.过去已开发了LW、HW等为数不多的水溶性聚氨酯浆材,今后对水溶性浆材应放开视野,相信在有机或无机水溶性浆材开发和应用上将会呈现出较为理想的进展
(4)某些已有浆材改造的研究.1974年,日本曾因使用抗渗性好的丙凝化灌浆材污染水质,引起饮水中毒事件而宣布禁用丙凝.之后,具有丙凝相似性能的丙烯酸盐浆材得到发展,但其主要成分丙烯酸镁仍存在一定的毒副作用,而科技工作者采用拮抗原理,在丙烯酸盐浆材中加入钙盐和适量的某种拮抗剂,却使其毒副作用下降到仅为丙凝的1%,成为实际无毒浆材[12].这个例子说明,我们可以探索通过对己有的某些化灌浆材进行改造,降低毒性,达到可使用标准
2.2.对工程各种苛刻要求相适应的浆材开发
(1)新型高亲润、高渗透性化灌浆材的研究.虽然目前我们已有了一些高渗性的化灌浆材,解决了不少工程难题,但所用溶剂和固化剂多半都有毒副作用,不适宜环境标准,对工程地基微细裂隙、断层破碎带和泥化夹层及混凝土微细裂隙的处理仍有探索新型高亲润、高渗透性、无毒副作用化灌浆材的必要.这很大程度取决于表面活性剂和活性稀释剂体系的研究改进
(2)弹性化灌浆材的开发.在工程伸缩缝止水和混凝土活缝、变形缝补强灌浆中需要具有弹性的化灌浆材.过去虽说也有一些开发,但必竟质量还不够高.今后除应加强对已有弹性环氧和弹性聚氨酯等浆材提高质量和消除毒副作用方面的研究外,更为重要的则是加强对能赋于环氧树脂弹性的固化剂的开发研究[11],从而适应建设工程之急需
(3)快速固结浆材的开发.这里指的是浆液粘度又低,固化物性能优异,且固化时间可控制在几十分钟或几小时以内的浆材的开发.采用低粘度环氧树脂或新型活性稀释剂和开发应用能促使环氧树脂快速固化的新型环氧固化剂应能解决此课题.3.耐久性浆材的开发
耐久性概念含意较广,它包括耐水、耐酸碱、耐候、耐紫外光、耐冻融和干湿循环、耐磨蚀、耐微生物作用(霉)等方面,耐久性浆材的开发可从以下几个方面去探索
(1)通过对合成树脂的接枝或相嵌共聚合反应,使化灌浆材中所采用的树脂具备我们所要求的一些耐久性特性
(2)注重互穿网络复合化灌浆材的研究.如己有的MU无溶剂浆材系丙烯酸酯--聚氨酯的复合[2]、PU/EP水下化灌浆材系聚氨酯—环氧树脂的复合[10],他们都是互穿网络复合化灌浆材.由于两类树脂复合及其互穿网络结构,这就赋予他们超越任何单一树脂组份的优良性能,值得深入研究
(3)加入钠米材料对己有浆材进行改性.环氧树脂加进纳米材料改性的化灌浆材研究项目已获得水利部基金资助,从现己拿出的初步成果来看,该项研究将会提升环氧浆材包括耐久性在内的多方面性能
2.4.价格低廉的浆材开发
(1)水玻璃浆材的改性.水玻璃浆材是化学灌浆史上最早使用的化学灌浆浆材,同时也是目前使用最广泛的化学灌浆浆材之一.究其原因除该浆材具有无毒、粘度小、可灌性好等优点外浆材价格较低是个重要因素.该浆材不足处为凝胶时间调节不够稳定、凝胶强度很低和凝胶稳定性较差,金属离子易脱溶等,现多半用在临时或半永久工程中.因此今后对其改性工作应着重在提高强度和耐久性方面做研究.加入某些活性物质进行改性是值得探索的方向
(2)纸浆废液的无害化浆材开发.纸浆废液做成化灌浆材价格较低.将该废液中加铬类催化剂便可制得现称为铬木素的该浆材.因铬类催化剂中六价铬离子有毒,该浆材大家不敢用.故随后开发出多种无铬催化剂的高强木素浆材,今后应对其进行提高性能研究,以便推广应用
以上四条主要集中在无公害、多用途和耐久性浆材研究、开发上,至于浆材的定型化、系列化、标准化当然是化灌技术发展的必然要求,这里就不赘述
2.5.化灌技术的改进、提高和创新
已有化灌技术的总结、改进和提高研究.前已叙述了在过去的50年中,我国有包括水电等大量的建设工程应用过化学灌浆技术,有许多采用化灌解决工程难题的典型经验,其中有些已有初步总结,如复合灌浆技术等;有些则尚待总结,如化灌的密闭传输、自动记录、集中管理和实时监控技术等.不管过去有无总结,现有的化灌技术都需要从事化灌技术研究的专家、学者与有经验的工程技术人员相结合,在总结实践经验的基础上改进、提高,并能有所创新
2.6.化灌设备仪器的系列化、成套化、标准化和环保化
(1)高性能化学灌浆泵的系列化、成套化和标准化.高性能化学灌浆泵是实施化灌作业的主要设备,国内有多家研究所和小企业能研制和开发,但都只能小批量生产或试生产.今后应定点、定型生产,并向产品的系列化、成套化、标准化方向发展,以方便推广应用化灌技术
(2)化学灌浆自记仪的研制.化学灌浆自记仪的研制可有效地避免人工记录难免出现的一些差错,将对提高隐蔽工程中的化学灌浆质量起到很好的监控作用,并使化灌数据分析建立在可靠的基础之上.化学灌浆自记仪在技术原理上与己有的水泥灌浆自记仪有所不同,目前国内已有几套研制方案,但还未见样品问世,很需要加快研制步伐,以应工程化灌监理之急需
(3)密闭式传输浆设备的研制.现己研制出的一些设备要满足环境标准要求,保证安全生产
(4)现有产品提高质量研究.国内生产的一些化学灌浆设备仪器在加工精度和质量上与国外同类型产品还有一定差距.因此,在这方面我们会有大量改进和提高工作需要去做
2.7.化学灌浆行业标准、规程、规范的制订
化灌施工具有隐蔽性特徵,各行其道搞施工必将出现很多问题,甚至会形成工程隐患,值得我们高度警惕.然而我国至今还没有一部全国性行业标准和化灌施工规程、规范,这是很不正常的现象,应立即着手进行制订.希望政府相关部门能给于大力支持
清河水库位于穆棱市八面通镇清河村南1km处的清河流域中上游,距八面通镇6km。总库容305.5万m3,是一座以防洪、灌溉为主的小(Ⅰ)型水库,设计标准为50年一遇洪水,校核标准为500年一遇洪水,灌溉设计保证率为75%。清河水库主体工程包括大坝、溢洪道和放水洞。大坝为混合土坝,坝长310m,溢洪道为开敞式侧堰,堰长37m,放水洞为坝下埋管式砼箱涵,洞长42m。
清河水库始建于1958年期间,由群众队伍进行施工,工程质量相对较差,虽然经过几次维修改造,但仍存在坝体、坝基渗漏严重等诸多问题,被鉴定为三类坝。清河水库除险加固工程于2008年3月1日开工建设,对土坝渗漏采用高压摆喷灌浆技术进行处理,通过试验检测,土坝渗透指标由施工前的10-3cm/s提高到10-6cm/s,防渗效果良好。
2高压摆喷灌浆技术要点
2.1技术原理。高压摆喷灌浆技术是采用三管法,喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气,使喷射管做一定角度的摆动和提升运动,利用高压水形成高速喷射流束,冲击、切割、破碎地层土体,并以水泥基质浆液充填、掺混其中,形成扇形断面板墙状的凝结体,以提高坝体防渗能力的施工技术。
2.2施工工序和设备。高压摆喷灌浆施工工序为:布孔、钻孔、制浆、高压灌浆、静压回灌。主要施工设备有:钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵。
2.3布孔与钻孔。布孔分三个阶段。第一阶段布先导孔,沿坝体灌浆轴线方向每30米左右布置一个先导孔,利用先导孔采取芯样,可摸清各坝段坝体土质类别、地层变化、漏浆程度、基岩深度等情况。第二阶段布试验孔,根据工程地质报告和先导孔钻孔情况在大坝一端按设计孔距布置试验孔,进行现场试验确定合适的孔距和灌浆参数。第三阶段布灌浆孔,按现场试验确定的孔距沿防渗墙轴线布灌浆孔,先导孔可作为灌浆孔之一。钻孔可采用任意一种钻进方式。
清河水库布置了9个先导孔,9个试验孔,共210个灌浆孔(含先导孔和试验孔),采用回转钻进并泥浆护壁。钻孔孔距为1.5m,孔径为130mm,设计深度为进入基岩以下1m,实际孔深超出设计深度0.3mm.。
2.4制浆。高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。使用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为1.2:1~0.8:1,浆液密度为1.55g/cm3~1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌,二级过滤。一级搅拌时间不少于90s,经过滤后进入二级搅拌机,边搅拌边过滤边使用,过滤筛网眼尺寸为2mm。
2.5高压灌浆。高压摆喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行,采用二序施工,先喷Ⅰ序孔,后喷Ⅱ序孔。注浆前先进行地面试喷,检查机械及管路情况,如水、气、浆是否畅通,各种参数是否满足设计要求,并调准喷射方向和摆动角度。一切正常后,垂直下入喷管至设计深度,先送水泥浆液,后送水和气,按规定参数进行原位喷射,待孔口返出浆液密度达到1.2g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行连续摆喷作业,如果中途因故中断后恢复施工时,应对中断孔段进行复喷,复喷搭接长度不小于0.5m。灌浆施工的各种技术参数见表1。
2.6静压回灌。当喷杆提升至距地面40cm高度时,先停止水和气,再停水泥浆,由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩,高喷墙体的顶部会产生凹穴,需用水泥浆及时进行静压回灌填补。静压回灌要间断进行,直至填筑到孔口,浆液不再下沉时为止。每孔完成高喷灌浆后,要对水泥浆管道系统进行冲洗,防止管道堵塞。
3施工记录
在高喷灌浆施工中必须每天做好施工记录,记录中按造孔和灌浆分别记录,记录主要内容如下:一、造孔记录:造孔记录内容包括孔号、序号、桩号、钻孔时间(包括开钻时间和完成时间)、钻孔深度、基岩深度、地质分层描述以及钻孔过程中出现的问题等项内容;二、高喷灌浆记录:包括孔号、序号、桩号、灌浆时间、提升速度、旋转速度、摆动角度、水、气、浆的压力和流量、浆液密度、孔口返浆情况以及出现特殊情况的处理等内容。
4施工殊情况的处理
高喷灌浆施工中,在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况,此时,必须查明原因,及时进行处理。清河水库在高压摆喷灌浆中,以上情况都有不同程度发生,经过及时恰当的处理,确保了施工进度和质量。
4.1塌孔。塌孔是在成孔后,由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时,会出现坍塌、脱落,导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。
解决方法:可采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁,必要时可采用套管护壁法钻进。
4.2漏浆。漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道,主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。
解决方法:钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中,必需待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。
4.3冒浆。冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。
解决方法:可采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。
4.4串孔。串孔是指在某一孔口正常灌浆时,浆液从相临孔口返出,说明钻孔在地下有通道相通。解决方法:可将串孔孔口开挖清理后封闭并压重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后,应尽快对串浆孔进行复钻至设计高程。
5高压摆喷墙质量检查
在高压摆喷灌浆施工过程中,应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查,灌浆结束后,可采用大开挖检查法、钻孔取芯检查法、围井试验检查法等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。
5.1大开挖检查法。沿摆喷墙体两侧或一侧进行开挖,挖深一般2~2.5m。用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离、衔接情况,在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等项指标。清河水库共开挖了5段27m对高压摆喷墙进行检查。
5.2钻孔取芯检查法。高压摆喷墙完成14天后,可在墙体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔高压摆喷墙体的搭接处,自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每个单元工程可布置1个检查孔。清河水库按单元工程划分共布置5个检查孔,共取38个芯样。
5.3围井试验检查法。围井检查需在高压摆喷墙完成7天后进行,围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位,以高压摆喷墙为一侧井壁,进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体,并对井底进行封闭,在围井内钻孔进行注水或抽水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积,砂土、粉土层中不小于3m2,砾石、卵石层中不小于4.5m2。清河水库共布置了2个围井,检测结果高压摆喷墙体渗透系数k=1.48×10-6cm/s,小于设计渗透系数值(k)=i×10-5cm/s(i=1~9),质量满足设计要求。
6结束语
高压摆喷灌浆技术在穆棱市清河水库除险加固工程中得到了很好的应用,它具有工程造价适中、防渗效果良好、施工条件要求低等优点,随着这项技术逐步成熟,必将在更多的防渗工程中推广和使用。
论文关键词:高压摆喷灌浆;施工工艺;水库;坝体防渗;问题处理
论文摘要:结合穆棱市清河水库除险加固工程高压摆喷灌浆实例,探讨高压摆喷灌浆技术应用和施工过程中可能遇到的情况及处理方法。
参考文献
临濮沙河水库是一座供山东省菏泽电厂用水的水库,最大库容536万m3,位于鄄城县境内的临濮沙河上,围坝长5207.3m,坝顶高程55.50m,最大坝高9.5m,一般坝高7.5m,坝顶宽6m,为均质土坝,上下游边坡均为1∶3。坝前坡铺塑料膜防渗,塑料膜上用干砌石护坡,该坝于1990年冬修建,由于是冬季和群众性施工,土坝碾压质量很差,坝体内有土块架空。该坝自1991年12月挡水以来,水库一直在低水位运行,未达到设计水位要求,水库经过半年多的运行,在坝顶出现大小塌坑40多个,有的塌坑直径2~3m,严重威胁大坝的安全,对坝体的处理势在必行。
临濮沙河水库土坝隐患主要是土坝碾压质量差,施工接头多,坝体土块有架空现象,坝面排水不畅,下雨后造成坝面积水,形成塌坑等。针对上述隐患,关键是消除坝体中的裂缝、洞穴,增加坝体的密实度,消除坝体的湿陷性,实现上述目标的措施,有开挖加填黏土和劈裂灌浆等,但开挖回填黏土工程量大,造价高,对坝前的塑料膜防渗和护砌容易造成破坏,不宜采用。经多方案论证,最好的方法就是劈裂灌浆方案,其施工速度快,工程造价最低,在施工过程中,对坝前坡的塑料膜防渗和护砌也不会造成破坏。
劈裂灌浆就是沿坝轴线布孔,利用坝体小主应力成基本沿坝轴线分布这一规律,用灌浆压力沿坝轴线劈裂坝体,灌入泥浆构造浆体防渗帷幕,同时与浆脉连通的裂缝、洞穴等坝体隐患,均被泥浆充填挤压密实,达到防渗加固的目的,经济合理,方法简便易行。
二、灌浆设计
1.布孔
根据坝体隐患的性质,共布三排孔,排距1.5m,第一排孔距上游坝肩1.5m,第三排也距下游坝肩1.5m。第二排孔位交错梅花形布置,孔距2m。
2.孔深
为了保证隐患部位得到充分处理,第一排孔深9.5m,深入到坝基黏土层,第二、第三排孔深5m,以改善大坝高程51.0m以上质量较差的坝体结构,增加土体强度和防渗效果。
3.浆液选择
选用合适的浆液是保证灌浆质量的重要条件,对浆液的要求是:可灌性好,稳定性高,析水固结快,形成的浆体防渗性能强,并且考虑充分利用当地材料和造价低等因素,根据对当地黏土泥浆的物理力学性能试验,选用重粉质壤土或重壤土,即黏粒含量在20%~25%,砂粒含量小于20%,其余为粉粒,泥浆的容量采用1.3~1.6g/m3。
4.灌浆压力的确定
灌浆压力是劈裂施工中一个重要控制指标,当灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时,钻孔就开始随裂缝扩展,随着裂缝的扩展,浆液进入坝体而形成防渗帷幕,灌浆压力如果控制得好,对于坝体的压密和回弹,浆体的压密和补充坝体小主应力不足、保证防渗帷幕的作用等,都能起到好的效果,否则,还有可能破坏坝体的某些结构,甚至出现险情。因此,通过灌浆试验和理论计算,该工程灌浆孔口压力一般控制在1kg/cm2以下。
三、灌浆施工
本项工程自1999年9月1日始至11月30日结束,历时90d,灌浆坝段5207m,共造孔7810个,钻孔总进尺50768m,完成防渗面积101536m2,灌入土料10000m3。
为了保证灌浆质量,施工技术要点有如下规定:
1.分序分次施灌
分序分次施灌能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结,强度及时提高,同时,能迅速消除由于灌浆引起坝体中局部孔隙水压力升高的威胁,保证大坝施工期的安全,并能促使灌入坝体内的泥浆黏粒向两侧移动,使黏粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列,形成一层防渗性能很强的泥浆层,如此反复轮灌,即可形成一道粗细颗粒相间,木纹纸状的浆体防渗泥墙,因此,施工时先灌第一排孔,再灌第三排孔,最后灌第二排孔,各排灌浆中,先对第一序孔轮灌,采用“少灌多复”的方法,待第一序孔灌浆结束后,再进行二序孔,第二序孔结束后,再进行第三序孔。
2.注浆方法
采用孔底注浆全孔灌注的方法,注浆管下至距孔底20cm左右,泥浆从注浆管下口沥出,使坝体由下部逐渐向上劈开,第一排孔复灌2~3次或基本不吃浆时,将注浆管提升1~2m,达到间隔时间后,再复灌,直至注浆管距坝顶2m左右为止。第二、三排至少自复灌3~4次或基本不吃浆时再提管,其他要求与第一排孔相同。
3.弯曲段灌浆
该水库共有4个转弯段,在转弯段施工轴线上,将设计灌浆孔连续钻完,然后逐孔轮流灌浆,单孔每次灌浆量要少,发现孔口有裂缝时就停灌,改灌另孔,当每个钻孔都形成小的裂缝,而且互相交接,灌浆量再逐渐增加,直至灌完形成与转弯段轴线一致的泥浆防渗帷幕为止。
4.质量控制
一是灌浆开始先灌稀浆,水泥浆比重控制在1∶2,等孔口压力突然下降后,再次将比重提高到1.4~1.6之间。二是每个灌浆孔都要经过多次复灌,前两次应避免坝顶裂缝,后几次复灌时,坝顶裂缝宽度控制在3cm以内。三是每孔复灌次数6次以上,黏土坝段(南坝)每孔复灌间隔时间不少于5d,砂土坝(北坝)不应少于3d。四是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内。五是每孔必须达到终孔标准后,方能起管,直至浆面不再下沉为止,最后加填土夯实。
5.终孔标准
一是每孔灌浆量第一排平均不少于1m3干土,第二、三排孔平均每孔不少于0.5m3干土。二是坝顶纵向裂缝反复冒浆。三是经过分序、分次反复轮灌后,坝体基本不再吃浆,坝体内所有裂缝、洞穴等坝体隐患,均被泥浆充填挤压密实即可终灌。
四、效果分析
1.临濮沙河水库灌浆工程已竣工,从灌浆施工情况来看,第二序孔和中间第二排孔吃浆量明显减少,灌浆压力升高,大部分孔产生坝顶裂缝、冒浆,且两孔劈裂缝连接,这足以说明浆体防渗帷幕已形成,在坝体比较疏松的部位也能形成多道密集浆脉,坝体中的裂缝和洞穴泥浆充填密实。
2.通过浆坝互压作用和坝体湿化变形,使坝体的小主应力得到补充,调整了坝体内部的应力状态。建立了坝体内新的平衡状态,增加了坝体的稳定性。
3.该土坝系冬季施工,冻土块上坝,每层铺土太厚,碾压不实,采用土坝劈裂灌浆技术加固坝体,在技术上是可行的,经济上是合理的,采用的施工工艺和技术要求是安全的,灌浆期间能使坝体内部的孔隙压力、坝移量和坝顶裂缝宽度控制在允许范围以内而不危及大坝的安全。
关键词:道路工程水泥混凝土路面脱空分析灌浆处治评定
前言
水泥混凝土路面是我国公路路面主要形式之一,在我国公路网构成中占有较大比重。它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多,对超载较为敏感,易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害,从而导致路面的破损。如何治理与预防脱空、唧泥等病害,搞好水泥混凝土路面的养护,延长公路的使用寿命,改善其通行能力,具有十分重要的意义。笔者参观了成渝高速公路成都段水泥混凝土路面处治工程的施工过程,结合重庆段二郎和白市驿水泥混凝土路面改造工程试验路段的施工体会,采用灌浆技术处治原水泥混凝土路面,并对各施工项目进行了检测,在室内对浆液的配合比进行了对比实验。目前,灌浆技术已在高速公路上取得了良好的应用效果。
一、水泥混凝土面板唧泥、脱空形成主要原因
唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素:内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况;外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基(垫)层材料一般都选用稳定类集料,其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土路面在重车荷载的反复作用下,板下基(垫)层将产生累积塑性变形,使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触,于是水泥混凝土路面板底与基(垫)层之间将出现微小的空隙,即出现了板下局部脱空,或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化,以及板内温度的非线形分布,引起板向上或向下的翘曲,加速了板与基础之间的分离,形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件,当路面接缝或裂缝养护不及时,雨水从破损处侵入基层,渗入的水将在板下形成积水(自由水)。积水与基层材料中的细料形成泥浆,并沿面板接缝缝隙处喷溅出来,形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始,恶性循环,最终导致路面的损坏。
二、脱空板确定
2.1脱空板确定方法
脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过,能感到混凝土板有竖直位移时,或下雨之后,有明显唧泥现象的板块,认为是脱空。这种方法的缺点是主观性强,即便是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。弯沉测定法是测试板角弯沉,如果超过某一限值,即认为存在脱空。我国交通部行业标准《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ073.1-2001)(以下简称《规范》)中也明确规定水泥混凝土面板脱空位置的确定可采用弯沉测定法。
2.2检测方法
成渝高速公路全线建成通车于1994年,设计板厚24cm。主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥混凝土面板荷载最不利作用位置作为检测点,宜选取横缝及纵缝附近的点。采用两台5.4m长杆弯沉仪及BZZ-100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。检测点分主点、副点。主点位于板横缝前10cm,加卸载。副点在横缝后10cm,无荷载(正常行车方向为前)。将一沉仪置于主点,即测定车的轮隙中间;另一沉仪置于副点处。分别测定主、副点弯沉(按前进方向右轮测试)。右轮处于纵缝30cm左右。在《美国路面修复手册》中规定,凡弯沉值超过0.635mm的,应确定为板块脱空。根据我国公路修建状况和检测仪器的实际情况,有关专家推荐凡弯沉值超过0.2mm的,应确定为面板脱空(详见规范)。在本实验路段,采用双指标控制,即主点弯沉大于0.2mm或差异弯沉(主点-副点)大于0.06mm的,均认为板底可能出现脱空现象。
三、加固机理
在现有混凝土路面设计理论中,我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板,其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。同时混凝土板是一种准脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态,板内将产生过大的应力、剪力,混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫)层中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态,恢复板体与地基的连续性。达到加固基础,治理病害的目的。
3.1浆液材料基本要求
常用的水泥浆材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7.07×7.07×7.07cm立方体试件,标准养护7d,其抗压强度应到5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性,浆体过稠不能均匀布满板底空隙,浆体过稀,干缩性大。在施工中,笔者认为为防止浆体的干缩,浆液中宜掺加一定量膨胀剂。流动度是影响可灌性的主要因素,一般流动度越高,可灌性就越好。由于在现行规范中未对此做明确规定,参照预制梁板压浆施工经验,采用水泥浆稠度试验漏斗(体积1725ml±5ml),以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制(详见《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000附录G-11)。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8s(室内试验结果)。表1列出了在标准条件下,不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度。从表中可发现水泥净浆不管掺或不掺减水剂,其流动性都比相同条件下水泥粉煤灰浆体的流动性要好。因此,可以看出,二级粉煤灰单位体积的需水量要大于水泥。文献(1)中提出:对于不掺减水剂的水泥净浆,其流动度不应小于16s;掺减水剂的浆体可减小到12s;流动度最大应不大于26s。在施工中,笔者认为浆体流动度不宜过小,控制在20-30s之间较好。否则会产生泌水现象。
3.2试验资料
从表中可看出,在相同水灰比的情况下,流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化。同时,粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度。在相同条件下,水灰比越大,则浆体的强度会逐渐降低,因此,不宜采用过大的水灰比;根据上述试验结果,在施工中采用的浆液配比为:水泥﹕粉煤灰﹕水﹕早强剂=1﹕0.5﹕0.7+0.5%。在取得大流动性的前提下,保证了浆液的强度。
浆液流动度及力学实验指标表1
浆液配合比
(水泥﹕粉煤灰﹕水)
水灰比
流动度
(s)
7天强度
(MPa)
28天强度
(MPa)
1﹕0.0﹕0.4
0.4
96.79
21.58
51.25
1﹕0.5﹕0.7
0.47
85
10.41
23.65
1﹕0.5﹕0.75
0.5
32.53
6.97
1﹕0.7﹕0.8
0.47
79.21
7.96
19.13
1﹕0.7﹕0.9
0.53
21.75
8.08
17.18
1﹕1.0﹕1.0
0.5
47.51
5.93
1﹕0.4+0.5%SN-Ⅱ
0.4
16.4
18.42
42.1
1﹕0.5﹕0.65+0.5%SN-Ⅱ
0.43
42.96
17.10
1﹕0.5﹕0.7+0.5%SN-Ⅱ
0.47
21.99
11.85
27.27
1﹕0.7﹕0.8+0.5%SN-Ⅱ
0.47
32.16
10.55
24.51
1﹕0.7﹕0.8+0.75%SN-Ⅱ
0.47
29.5
10.55
重庆段二郎、白市驿混凝土路面改造工程施工现场(施工图1)
四、灌浆技术的实施
孔位布设一般为3-5孔,应根据混凝土面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定。灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为5cm左右。灌浆顺序从沉降量大的地方开始,由远到近,由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出,就可认为完成该孔注浆,即停止注浆,迅速移至另一注孔继续作业。压力一般控制在1MPa-4MPa之间,并停留3min-5min,效果较好。
五、灌浆效果评定
灌浆后,应在7d龄期后,再次测量主点弯沉值和副点弯沉值。当主点或差异弯沉值均低于设计要求值时,可认为灌浆效果已经达到。成都试验段灌浆前后弯沉资料见表2(单位:mm)。表2中灌浆前数值均大于控制指标,认为板底出现脱空,需灌浆处治。从检测资料可看出,原混凝土面板通过灌浆提高了板底承载力。
2004年成都试验段4km处灌浆前后弯沉对照表表2
桩号
灌浆前值
灌浆后值
主点比较
副点比较
主点弯沉
差异弯沉
主点弯沉
差异弯沉
前-后
前-后
4km+478.7
0.34
0.12
0.24
0.04
0.1
0.08
4km+483.7
0.36
0.16
0.18
0.04
0.18
0.12
4km+488.7
0.34
0.08
0.18
0.04
0.16
0.04
4km+513.7
0.34
0.08
0.24
0.02
0.1
0.06
4km+518.7
0.32
0.16
0.2
0.04
0.12
0.12
4km+523.7
0.44
0.18
0.34
0.08
0.1
0.1
4km+583.6
0.42
0.22
0.22
0.02
0.2
0.2
4km+588.6
0.32
0.08
0.18
0.02
0.14
0.06
4km+593.6
0.28
0.06
0.24
0.02
0.04
0.04
4km+598.6
0.36
0.22
0.2
0.02
0.16
0.2
4km+603.6
0.3
0.1
0.2
0.04
0.1
0.06
4km+618.6
0.6
0.38
0.26
0.06
0.34
0.32
4km+623.6
0.3
0.08
0.22
0.08
0.08
4km+628.6
0.3
0.1
0.2
0.06
0.1
0.04
4km+633.6
0.22
0.02
0.16
0.02
0.06
4km+638.6
0.34
0.1
0.22
0.02
0.12
0.08
4km+643.6
0.48
0.16
0.34
0.08
0.14
0.08
正在施工中的成都段11km处混凝土路面灌浆处治现场(施工图2)
六、经济效益评价
灌浆处治旧水泥混凝土路面早中期破坏与“换板”相比最大的优点就是利用原路面板。其直接成本随脱空情况及处治目的不同而不同,一般介于10—30元/m2左右。“换板”翻修混凝土路面每m2成本一般需120—140元。与后者相比,前者的直接成本明显低。灌浆作为一种治理混凝土路面病害、及时可行的科学养护技术,具有成本低,见效快,操作简便,对车辆行驶影响小,受自然因素影响小等优点。在公路施工和养护工程中,具有可观的经济效益和社会效益。
七、结束语
7.1灌浆技术作为一种新型的加固技术,可广泛地使用到公路施工其他方面,如:高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固等。而且由于其处治质量主要控制指标——弯沉与旧板加铺沥青混凝土面层的设计指标相吻合,具有一定科学性,所以也适用于旧板加罩沥青面层的加固处治。
7.2大多数破损板本身的质量良好,病害原因主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为混凝土板底3-5cm,根据施工经验,钻孔深度应穿透基层达到垫层中。传统的“换板”处治,在破碎时由于操作人员的失误或连接杆的传递影响,可能造成相临混凝土板块不同程度的松动或破损,处治一处病害又出现多处新的病害,且只能改善板本身状态,正是所谓的“治标不治本”,而混凝土板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻混凝土板下,起到灌浆一块板加固几块板的作用。
7.3产生脱空板的原因有:填缝料的失效,水的浸入,基层材料中的细集料。因此,必须加强接缝的养护,及时疏导路面积水,来预防或防治混凝土路面的先期病害。在基(垫)层的施工中,应严格控制混合料中的细集料含量。
参考资料
[1]《水泥混凝土路面脱空的检测及对策》华东公路(2004年134期);
1.1混凝土灌浆
水利电力工程中,混凝土的体积往往较大,因此在施工中难免会出现裂缝,此时就需要进行灌浆技术对其进行修复,嵌缝技术就是一种常见的技术形式,其可以对混凝土裂缝进行修复。沿着裂缝开槽,在槽内嵌入塑性材料或者刚性防水材料等,达到封闭裂缝的效果。常用的塑性材料包括聚氯乙烯胶、塑性油膏等等,刚性的封闭材料则包括聚合水泥砂浆等。混凝土裂缝的灌浆技术则常用环氧灌浆技术,就是将环氧树脂灌浆材料进行灌注,环氧注浆的材料往往选择邻苯二甲酸二丁酯、乙二胺等等。
1.2孔口封闭灌浆技术
该技术是一种自上而下的灌浆技术,也可称之为循环灌浆技术。孔口封闭灌浆技术适应最大压力>3MP的帷幕灌浆工程项目,小于其参考值的帷幕工程则需要选择性应用。利用孔口封闭灌浆技术应注意一下几个要点,如钻孔的直径控制,应<60mm;孔口管道必须进行牢固的嵌入,买入到岩层的深度按照灌浆的压力所定,最大的灌浆压力则控制在5MPa以内,最大压力时嵌入岩层的深度应>2m;灌浆应选择循环式施工,自上而下的灌注,分阶段进行;孔口管道分为多个灌浆段,应尽量选择较短的分段发方式,压力增加应尽量快速,段长和相应的灌浆压力应进行事前试验;灌浆过程中应经常性的活动灌浆管,回浆管应保证15L/min的回流量,防止灌浆管道出现凝结。
1.3大吸浆灌浆技术
应用中主要是控制灌浆的压力和流量,通常利用低压或者自流的方式对裂缝进行灌浆,泥浆流动性降低后在逐步升高压力,以此增加灌浆量。同时限制灌浆的流量,采用低流量配合压力,减少灌浆在裂缝中的流动速度,使得泥浆沉淀,灌注量降低后再增加压力,提高灌浆量,直至完成灌浆。
2水利电力工程大坝施工中灌浆技术的应用
水利电力工程对质量要求较高,在水利电力工程的大坝工程中有多种灌浆技术被应用,但是应根据实际的情况选择不同的技术措施,不同的灌浆技术也有着不同的作用效果。具体情况如下:
2.1吸浆量较大的灌注措施
在水利电力施工中,大坝的施工需要灌浆作业在很短的时间内完成施工,但是因为地质和限制的因素,使得泥浆不能很快的凝结,此时泥浆冲基础底部渗出,导致灌浆效果不佳。此时应进行低压灌浆观察泥浆的流动情况,选择逐步增加的方式进行灌浆。也可选择方法限制吸浆的情况,加速泥浆的流动情况。然后提高泥浆的黏度从而控制流动性,降低泥浆流速而保证凝结。进行灌浆的过程中应考虑对泥浆的组份进行调整,同调节灰水比和外加剂填入的方式来控制泥浆的凝固速度,人为控制泥浆流动性。在水利电力大坝工程的施工中,也可采用灌注间歇砂浆和砂浆的方式来提高灌浆的施工质量,灌浆过程中,灌浆间隔控制在2~6h,最后泥浆凝固后达到一定的强度后,扫孔和复灌等。
2.2漏水通道灌浆
水利电力大坝工程因为受到地质环境的影响,往往存在不可控的问题,施工过程中环境复杂且地质改变的情况时有发生,在施工中容易出现漏水的情况,影响灌浆的质量。针对这个问题应采用一些外部干扰的措施,如爆理,利用爆破方式破坏漏水结构,再在漏水的位置采用灌浆的方式进行控制。但是这样的处措施往往不能达到工程质量要求。增加了工程成本以及难度。所以在实际的工程中可以采用以下措施进行控制,利用模袋灌浆,一般选择尼龙和聚丙烯为材料的袋子,进行堵漏并灌浆;利用填充级别的配料,在漏水的地方进行处理,利用大粒径的砂石进行灌浆;利用双浆灌浆技术,将水泥浆和速凝剂分别从两个管道进行灌注,使其进入到混合器,混合后再进入灌注的区域,这样可以增加防渗漏的效果,对漏水点进行控制。
2.3接缝灌浆技术
水利电力大坝的工程中,坝体填筑的工作是一项重要的施工项目,在施工中其将直接影响到整体质量。坝体建设中首先应合理的规划工作量,选择工艺和施工方案使之适应项目需求。对坝体施工的工作量进行分配与组织。灌浆施工也应按照坝体施工的需求进行选择与实施。根据坝体情况准备建筑材料和场地等,根据作业时间来控制材料质量,避免土料热量的流失等,提高施工的效率和质量。在水利水电坝体施工中灌浆技术主要是针对接缝处理,是一种主要的技术措施。通常选择盒式灌浆、骑缝灌浆、重复灌浆等。在施工中3种灌注方式可以进行重复使用,根据不同的灌浆特征以及工程情况配合使用。盒式灌浆因为灌浆的质量较高,回浆管的管路不易阻塞等优势,在坝体接缝灌浆选择中被普遍认可。但是系统消耗的管材相对多,其成本使其受到限制。重复式灌浆系统布置方式主要因为不堵塞管道而能进行重复施工。骑缝灌浆管理系统因为其扩散模式的灌浆形式较为流畅,并且压力分布平均,管路不易阻塞。水利电力大坝的接缝施工通常压力在0.2MPa左右,在坝体灌浆前应进行分析与计算,保证灌浆的顺利开展,必须保接缝灌浆的开张度与泥浆粒径的比例,理想的开度为1~3mm,在灌浆中应控制开度的扩张。
3结语
灌浆技术对公路的加固力量起着不可或缺的作用,这其中的技术原理更是需要从业人员必须掌握的。我们生活的地球的大地上,大地里面有一层叫做地下层,而这一部分的土质相对而言比较不够集中,这时我们就需要运用到钻孔这门技术把浆液加固在土质当中,而且必须要浆孔外张开,相似圆柱集合的形状,并挤压周围的土使之充填到钻孔里,另外,要将紧靠浆体的土体破坏和剪切掉,使之形成塑性变形区,而距离浆体较远的土体区域则发生了弹性变形,能够提高钻孔周围土体的密度。在进行灌浆的过程中,土体裂缝会随之发展而扩大,浆液因此能够慢慢渗透到地下层,桩柱体和压密的地基同形成了复合地基,一起作用来控制沉降,提高公路的承载力。
2灌浆施工
2.1按照技术人员设计的图纸进行实施
而其中的CAD图纸要经过监理人员的审查,监理人员审查通过才可以进行实施,所以,技术人员的对技术的掌握以及对图纸设计的合理性就显得尤为重要,按照技术人员已经通过审核的图纸进行定孔放样,之后可以开始利用钻机来实施成孔钻进,同样要经过合格的检验才可以能开始灌注浆液的步骤。
2.2强度控制和施工控制
现行规范中并未对道路注浆做明确规定,若是签合同时,只要在合同条款内规定对方必须遵循《公路桥涵施工技术规范》,并且要求注浆后道路弯沉值符合设计要求就行了,关于注浆材料流动度的要求是在《规范》的附录,灌浆后,应在7d龄期后,再次测量主点弯沉值和副点弯沉值。当主点或差异弯沉值均低于设计要求值时,可认为灌浆效果已经达到,灌浆完成后,杂填土的承载力标准值必须达到130kPa;淤泥或淤质土的承载力标准值保持在80kPa—100kPa;粉细砂的承载力标准值要大于110kPa;复合地基承载力标准值不能小于130kPa。
2.3灌浆孔的设计和布孔
布孔的形式主要有骑缝和斜孔两种,操作时应根据实际情况和需要加以选择,甚至在必要时可两者兼用。如果表面缝的缝隙不深,一般不提倡打孔,而是在缝面或漏水集中的地方采用粘贴灌浆嘴的方法,或者也可采用骑缝钻孔;如果表面缝的缝隙较深,并且裂缝的走向非常不规则,以做到全部“骑缝”,这时可以采用斜孔加以辅助;骑缝灌浆的方法一般用在深度比较大的裂缝中,沿着裂缝表面将混凝土凿成“V”形槽。在一般的情况下,打孔的实际方法应该可以根据施工条件的不同来决定。
2.4灌浆过程控制
灌浆的过程需要做到严密谨慎,做到丝毫未差才可以算是达到效果而且管理负责人员又进行系统的分工进行实施,各个技术岗位要明确时间和任务的工作量,尽量在成手人员下完成灌浆,新的员工要求老员工指导下完成灌浆,灌浆的流程也必须全面和具体,操作如下:对灌浆的检查务必全面有效,无论是丛技术还是速度方面,使机器能够正常有效的工作以便更好完成任务;在灌浆过程中,首先要进行灌浆方式的选择,根据裂缝的程度及情况进行选择。一般情况下,垂直灌浆方式应用在垂直的裂缝上,水平情况下则先采用由一个方向向另一个方向灌浆的方式。如果出现大范围的渗漏现象应该进行优先灌浆。
2.5灌浆结束的标准
如何确定灌浆是否达到饱和也是最后一步的实施,严格的把控标准是整个工程前提。在吸浆量和预先估计的浆液用量已经相差不多,并且吸浆量逐渐减小到0.01L/min,压力也比较稳定的情况下,再继续灌注3-5min就可以结束灌浆。
2.6灌浆质量的控制与检验
公路施工过程中最重要的部分无非是钻灌浆孔以及灌浆的部分,而无论是钻灌浆孔还是灌浆的部分,要求的质量检测员做到一丝不苟,有效地完成质量合格的检测,检查钻孔孔位的偏差度、孔径大小和灌段的长度也是必要的实施程序,材料的检验也要全部达标才方可使用,各个工程以及路段试行也都需要进行审批,在灌浆过程中应该考虑灌浆所受压力、灌浆孔体积大小、灌浆量进行掌握,并按照相应的比例进行调配。
3灌浆施工技术要点
3.1钻孔方式
钻孔工作的前提是将孔头与孔艳相对应吻合,用力钻入。如果是在杂填土中钻进,孔壁不稳时可以下入导管护壁;钻孔进行到一定深度后,到达淤泥或淤泥质土和粉、细砂时,可以下入导管护壁,再利用捞砂筒的取砂成孔方法钻到粘性土层。
3.2安放灌浆管
灌浆管实施安放的时候,一定要严密谨慎的进行,以确保灌浆能够正常的实施,孔口封堵灌浆管的长度一定要在合理范围之内,花管孔径要下封,这一点也是非常的重要,要达到15%的孔隙率;为了避免流砂涌进花管阻碍灌浆的正常进行,可以在花管外壁包扎一层软橡皮,促进灌浆顺利灌入。在成孔达到预定深度后,再把灌浆管下放到位,并在孔中水稳层的底部放入水泥袋,使得灌浆管被完整包裹并接触孔壁,最后分层投入粘土确保夯实到孔口。
3.3灌浆方法
地脚螺栓锚固工艺要求如下:清理空洞→清除孔内积水→调整及固定螺栓(清除螺栓表面油污及铁锈)→浇注(拌和高强无收缩灌浆料)→养护→安装设备。地脚螺栓成孔时,螺栓孔的水平偏差不得大于5mm,垂直度偏差不得大于5°。螺栓孔壁应粗糙,应将孔内清理干净,不得有浮灰、油污等杂物,灌浆前用水浸泡8~12h,清除孔内积水。当环境温度低于5℃时应采取措施预热,温度保持在10℃以上。将拌和好的自密实混凝土灌入螺栓孔内时,可根据需要调整螺栓位置。灌浆过程中严禁振捣,可适当插捣,灌浆结束后不得再次调整螺栓。
4结语
水利工程建设常常会遇到岩溶地段,这样的地段在处理上必须要格外注意,一旦处理不当,就会给工程的安全埋下隐患,除了灌浆处理技术,目前尚没有特别好的处理方法。在对岩溶地区进行基础施工时,要先对所在地段进行详细的勘察,根据施工情况、地质特点、岩溶深浅、分布情况等进行全方位的了解,然后制定相应的技术方案,对于岩溶地区的基础施工,一般分为有填充物和没有填充物。在进行基础处理时,一般采用不冲洗高压水泥灌浆,这种方式能大大提高基础的稳定性、抗渗性,也可以采用使水泥浆液以条带状向土体中穿插,凝结后,会形成网络包裹进而提高地基的稳固性能。高压喷浆技术主要是利用高压喷嘴,通过灌浆管不断钻进,把喷嘴送到指定位置,水泥喷浆强大的压力会把原有土层破坏,水泥浆液会和被破坏的土层泥土进行充分混合相融,凝固后形成一个结实的柱体结构,这样会使岩溶地区的基础变得稳定坚固。高压灌浆技术在处理岩溶地段的地基应用较为普遍,效果不错。
2浅层岩溶地区和深层岩溶地区的基础灌浆
对于浅层岩溶地段,因为岩溶埋藏的不是很深,可以利用机械先把填充物全部挖掘出来,然后再用水泥进行回填,完成灌浆,此种地段的灌浆基本都在露天完成,施工相对容易一些,工序也较简单。对于埋层较深的岩溶,在灌浆时,一般不适合用高压喷灌浆技术,因为水泥浆进入深层岩溶时,会对里面的填产物充生排斥,然后形成固化,对进一步灌浆造成阻碍,使得灌浆面不大,影响基础的稳定,多数采用钻孔注浆技术进行处理。
3大吸浆量情况的灌注在基础灌浆
作业时,常常会遇到大量吸浆的情况,使灌浆作用不能在预计施工作业时间内完成。通常的岩缝灌浆在1~3个小时内都会结束,对于水泥浆量的消耗也都正常。但遇到大吸浆情况,这样的地层结构会使浆量消耗很大,因为灌进地层的水泥浆会从别的地方涌出,使灌浆时间延长。遇到这种情况,一定要做好相应的处理,采用妥善的解决方案,首先要进行限流,控制注浆的速度,减少注浆量,使浆液的流动速度变慢然后慢慢凝结,但一直要保持灌浆结束的最终要求才能结束。再有就是采用降低压力或者是自流的方法进行施工处置,等到泥浆全部都凝结之后,可以采取多次灌浆的方法,在进行基础灌浆施工时,可以适当将灌浆压力降低,在灌浆凝固之后,没有别的原因可按设计压力进行灌浆。
4严重漏水的情况下灌浆施工
水利施工过程中选址十分关键,但因地形地貌的不同,一些工程所处位置不得不面对复杂的地基情况,由于各种原因,常常会遇到漏水的情况,这时施工条件变得困难,如不采取有效的方案,会出现跑浆现象,消耗大量的浆液,延长灌浆时间,使成本增加。这时可采取充填级配料处理方法和采用模袋灌浆的方法进行施工,两种方法都各有优点,可以根据具体的情况适当采用。模袋变形能力强,适应环境形状的变化,有效堵塞溶洞,另外也较耐磨,而且浆液定形凝固后强度增强。充填级配料的时候如果使用砾石的效果不好,也可利用粘稠度较高的水泥冲灌级配料,水泥冲灌级配料的材料和数量应该灵活掌握。
4.1充填级配料处理方法这种方法就是用粘稠状的水泥浆,直接灌入砂砾中,水泥浆与砂砾结合而形成坚固的凝结体,从而增强地基的抗渗性能及稳固性。在灌注时,要注意砾石的直径,一般都是呈逐渐变大的趋势。对于灌入量要进行细致、准确的判断,避免浪费填料,填料可以是水泥浆,也可以是水泥、粗砂、砾石等混合物,实践证明,混合物充填是相对自然的,灌后会产生反过滤层,把一些裂缝有效堵住,同时使水利工程的抗渗水性能得到提高。
4.2模袋灌浆处理方法在水利工程建设中,常常使用模袋灌浆,利用聚酯、尼龙等材质制成模袋,在袋中进行灌浆,这些特殊材质具有较高的耐磨性,可以根据需要设计成不同形状的模袋,在灌浆阶段应用,由于模袋具有一定的透性,浆中的水分能够渗出,但浆中的颗粒存在于浆中,所以袋中能保留颗粒。使水灰比得到降低,所以一方面能缩短水泥浆的凝固时间,另一方面,凝固后的强度也大大提升,提高灌浆的质量。
5结语