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1、1.1 三管高三管高压压旋旋喷桩喷桩防渗防渗墙墙施工方案施工方案1.1.1 概述三管高压旋喷桩施工要求为：(1) 三管高压旋喷桩旋喷桩径 1200，桩距 1000，桩身偏斜率不大于 0.5%。(2) 高压旋喷桩材料采用 32.5 普通硅酸盐水泥，水灰比 1:1。(3) 高压旋喷桩灌浆压力 2030MPa，具体压力需现场试验确定。旋喷灌浆时提速 810cm/min，高压水流量 80L/min，压气流量1200L/min，喷浆浆液流量 80120L/min。喷射管分段提升搭接长度不得小于 100mm。(4) 喷射孔与高压注浆泵的距离不大于 50m，钻孔的位置与设计的位置偏差不得大于 50mm。(5
2、) 检测点的数量为施工孔数的 1%，并不小于 3 点，质量检验在高压喷射注浆结束 28d 后进行。1.1.2 施工安排根据施工总进度要求，拟安排 1 套旋喷桩施工机械设备进行三管高压旋喷桩施工。1.1.3 三管高压旋喷防渗墙工艺1.1.3.1 三管高喷灌浆施工工艺流程1)准备工作：“三通一平”后，在大坝三管高压旋喷防渗墙施工轴线一侧布置二个水泥平台及灌浆平台，沿防渗墙轴线布设宽度不小于 8.0m 的工作面，按高压旋喷防渗墙孔位平面布置图在防渗墙轴线上测定出高喷孔位，并做好标记。孔位定出后，即可进行钻机、高喷台车就位和安装调试设备，为正式施工做准备。2) 泥浆制备：由于地层主要为大坝填筑土，将采
3、用泥浆护壁造孔，泥浆制备采用优质粘土造浆，泥浆比重控制在 1.081.2，粘度1720s，胶体率90%，含砂量4%。3) 钻孔：采用 PH-5B 型深层搅拌桩机钻进，孔径 150mm，采用泥浆护壁正循环钻进，孔深按设计要求控制，施工时分二序孔进行，钻孔过程中应注意控制泥浆的比重，避免出现塌孔及埋钻现象，控制孔斜率1.0%。4) 高压旋喷：根据设计要求，采用三重管并列式喷射管，喷射管长度大于孔深，一次提升喷射完毕，保证防渗墙的连续性与完整性。213(a) (b) (c) (d) (e)图 Error! No text of specified style in document.-3 三管高压旋
4、喷法施工工艺流程(a)钻机就位钻孔；(b)钻孔至设计标高；(c)旋喷开始；(d)边旋喷边提升；(e)旋喷结束成桩；1钻孔机械；2高压泥浆泵；3高压胶管1.1.3.2 高压喷射灌浆施工流程图施工程序为钻孔、下置喷射管、喷射提升、成桩成板或成墙等。图 Error! No text of specified style in document.-4 高压喷射灌浆施工流程图1.1.3.3 三管高压旋喷凝结体的形状三管高压旋喷凝结体的形状与喷射形式有关。旋转喷射时，喷嘴一面提升、一面旋转，形成柱状凝结体。旋喷凝结体如下图所示。图中延伸长度 A 是喷射中心至凝结体边缘的最大长度。有效长度 B 是喷射中心至
5、凝结体的均匀连续长度。AB(1) (2) (3) (4)图 Error! No text of specified style in document.-5 旋喷凝结体的形式、结构A-延伸长度； B有效长度 1渗透凝结层(粘性土中无此层);2挤压层;3搅拌混合层;4浆液主体层1.1.3.4 三管高压旋喷凝结体的特性三管高压旋喷凝结体的物理力学性质取决于工艺参数、灌浆材料及地层组成条件。纯水泥浆在砂砾石层中喷射，经升扬置换和搅拌混合成水泥砂浆凝结体，而在黏土层中的凝结体的性状相当于水泥土。高压喷射灌浆凝结体的组成不均匀，一般凝结体的各项特性如下述。(1) 抗冻和抗干湿循环凝结体抗冻和抗干湿循环在
6、-20条件下是稳定的。因此在冻结温度不低于-20条件下，高喷凝结体可用于永久性工程。(2) 渗透系数喷射凝结体的渗透系数可达 10-610-7cm/s，具有良好的防渗性能。(3) 凝结体直径三管高压旋喷凝结体直径的大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。旋喷灌浆凝结体直径见下表。三管法旋喷灌浆凝结体直径0.50.9m。表 Error! No text of specified style in document.-1 三管高压旋喷灌浆凝结体的直径土质三管法0N101.20.2 11N200.80.2粘性土21N300.60.2土质三管法0N101.00.2 11N200.80.2砂性土21N3
7、00.60.2 砂砾20N300.60.2注：N 为土层的标准贯入击数。(4) 凝结体形状在均质土中，旋喷的圆柱体比较均称。在非均质或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不均称，甚至在圆柱体旁凸出翼片。由于喷射流脉动和提升速度不均匀，固结体的外表很粗糙。凝结体的形状可以通过改变喷射方法、喷射参数来控制，大致可喷成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状及扇形状。在深度大的土层中，因受地层密实度和喷射压力阻减的影响，如果不采用其他的措施，旋喷圆柱固结体可能出现上粗下细似胡萝卜的形状。(5) 凝结体密度凝结体内部含土粒较少并有一定数量的气泡，因此凝结体的重量较轻，小于或接近于原状土的密度。黏性土高喷凝结体比原
8、状土密度小约 10，但砂类土凝结体密度可能比原状土大 10%左右。(6) 凝结体强度土体经过喷射灌浆后，土粒重新排列，水泥等浆液含量大。一般外侧土颗粒直径大些，数量也多些，浆液成分多。因此在横断面上中心强度低，外侧强度高，与土交换的边缘处有一层坚硬的外壳。影响凝结体强度的主要因素是土质和旋喷灌浆材料。有时使用同一浆材配方，软黏土中凝结体强度成倍地小于砂土中凝结体强度。高喷凝结体弹性模量较低。喷射水泥浆形成凝结体的弹性模量为 1000MPa，喷射黏土水泥浆凝结体一般远小于 1000MPa，具有较高的变形适应性。通常黏土和水泥的重量比为 1:1 时，黏土水泥浆凝结体的抗压强度仍不低于 35MPa。
9、凝结体的抗拉强度较低，一般是抗压强度的 1/51/10。(7) 单桩承载力旋喷柱状凝结体有较高的强度，外形凸凹不平，因此具有较大的承载力。一般固结土直径愈大，承载力愈高。高压喷射灌浆固结体力学性质见下表。表 Error! No text of specified style in document.-2 三管高压旋喷凝结体性质一览表固结体性质三管法 单桩垂直极限荷载 (kN)500600 单桩水平极限荷载 (kN)3040 最大抗压强度 (MPa)砂类土1020,黏性土510,黄土510,砂砾820 平均抗压强度 /最大抗压强度1/51/10 干密度(g/cm3)砂类土1.62.0 渗透系数
10、(cm/s)砂类土10-510-6 粘聚力(MPa)砂类土0.40.5,黏性土0.71.0 内摩檫角 ()砂类土3040,黏性土2030 标贯击数砂类土3050,黏性土2030 P波砂类土2.03.0,黏性土1.52.0弹性波km/sS波砂类土1.01.5,黏性土0.81.01.1.3.5 三管高压旋喷防渗墙的主要结构型式本工程三管高压旋喷防渗墙采用单排套接，为有效搭接采用单双序孔施工。(d)(c)(b)(a)图 Error! No text of specified style in document.-1 三管高压旋喷防渗墙结构型式1.1.4 三管高压旋喷灌浆工艺参数的选择施工工艺技术参数
11、的选择直接影响着高压喷射灌浆的质量、工效和造价。高喷施工工艺技术参数包括水、气、浆的压力及其流量、喷嘴直径大小及数量、喷射管旋转速度、摆角及摆动频率、提升速度、浆液配比及密度、孔距与板墙的布置形式等。施工实践表明，要获得较大的防渗加固体，一般应加大泵压，国内常用的喷射水压力为 2040MPa，最大达 70MPa。我国目前高喷灌浆常用的工艺参数如下表。表 Error! No text of specified style in document.-3 三管高压旋喷灌浆常用工艺参数项 目三管法 压力(MPa)2235 流量(L/min)70120 密度(g/cm3)1.41.5 喷嘴(出浆口)(个
12、)2 喷嘴直径 (mm)2.03.2水泥浆孔口回浆密度 (g/cm3)1.3粉土1525砂土1530提升 速度 V (cm/min) 砾石1020卵(碎)石815 旋喷速度宜取V值的0.81.0倍三管高压旋喷灌浆孔的孔距应根据墙体结构型式、墙深、防渗要求和地层条件，综合考虑确定。三管高压旋喷灌浆的工艺参数和钻孔布置初步确定以后，一般宜进行现场试验予以验证和调整。特别是重要的、地层复杂的或深度较大(40m)的高喷灌浆防渗工程，一定要进行现场试验。高喷灌浆试验可按照下述原则进行：(1) 确定有效桩径或喷射范围、施工工艺参数和浆液种类等技术指标时，宜分别采用不同的技术参数进行单孔高喷灌浆试验。(2)
13、 确定孔距和墙体的防渗性能时，宜分别采用不同的孔距和结构型式进行群孔高喷灌浆试验。1.1.5 浆液材料三管高压旋喷灌浆最常用的材料为水泥浆。高喷用的水泥应根据灌浆目的和坝堤地基的地质情况而定。一般应采用较高的强度等级。在地下水有侵蚀性的地方应选用有抗侵蚀性的水泥，以保证防渗板墙或帷幕的耐久性。为了提高浆液的流动性和稳定性，改变浆液的凝胶时间或提高凝结体的抗压强度，可在水泥浆液中加入外加剂。根据加入的外加剂及注浆目的不同，高喷水泥浆液可分为以下几种类型。(1) 普通型普通型浆液一般采用强度等级为 32.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不加任何外加剂，水灰比一般为 0.6:11.5:1，凝结体的
14、抗压强度(28d)最大可达 20MPa。对于无特殊要求的工程宜采用普通型浆液。(2) 速凝一早强型对地下水位较高或要求早期承担荷载的工程，需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。其用量为水泥用量的 24。纯水泥浆与土的凝结体的抗压强度(1d)为 1MPa，而掺人 2氯化钙的水泥一土的凝结体的抗压强度为 1.6MPa，掺人 4氯化钙后为2.4MPa。(3) 高强型凡喷射凝结体的 28d 平均抗压强度在 20MPa 以上的称为高强型。若想提高凝结体的抗压强度，可以选择强度等级高的水泥，或选择高效能的扩散剂和外加剂组成的复合配方等，外加剂对凝结体强度的影响见下表。表 Error! No tex
15、t of specified style in document.-4 外加剂对固结体抗压强度的影响主剂外加剂抗压强度 (MPa) 名称用量名称掺量(%)28d3个月6个月1年抗折强度 (MPa) NNO0.5 NR30.0513.5918.6222.824.686.27 NaNO21 NF0.532.5普 通硅酸 盐水泥100NR30.0514.1419.3727.829.07.36(4) 抗渗型在水泥浆中掺人 24的水玻璃，其凝结体渗透性降低，如下表所示。如工程以抗渗为目的，最好使用“柔性材料”。可在水泥浆液中掺入 1050的膨润土(占水泥重量的百分比)。此时不宜使用矿渣水泥，如仅有抗渗要
16、求而无抗冻要求者，可使用火山灰水泥。表 Error! No text of specified style in document.-5 掺入水玻璃的水泥浆凝结体的渗透系数土的类别水泥品种水泥含量 (%)水玻璃含量 (%)渗透系数 (cm/s)4002.310-6细砂32.5硅酸盐水泥4028.510-84001.410-6粗砂32.5硅酸盐水泥4022.110-8注：水玻璃模数 2.43.0,浓度 3045 波美度。普通水泥浆液可不进行室内试验，其它浆液根据需要进行一些必要的试验，如测定浆液的密度、含砂量、静切力、粘度、失水量、胶体率(或析水率)、酸碱度、流散直径、凝结时间等。1.1.6 施工机械的选择高压喷射
