高压旋喷注浆工艺

高压旋喷注浆工艺一、材料选择与准备旋喷注浆是靠高压液流的冲击力破坏土层并与土体混合成新的固体，根据喷射工艺要求，浆液应具备以下特性：注浆液具有良好的可喷性；有足够的稳定性；浆液中气体应少；能调解浆液的胶凝时间；优良好的力学性能；无毒、无臭、；结实率高。水灰比一般采用1：1~1.5：1的水泥浆液。在喷浆之前按施工要求准备好足够的合格的水泥浆液，二、旋喷参数的确定1、压力参数的确定一般情况下采用加大泵压力来增加其流量及流速，进而增大喷射力。根据以往经验，本工程压力选择为：0~3米时，采用25Mpa，3米以下时采用23Mpa。2、旋转提升参数的确定旋转、提升的速度与喷流半径有关，而有效半径与喷嘴的几何尺寸和喷射角度有相互联系，并直接影响喷流的特性。根据施工经验，旋喷提升速度宜控制在25~28cm/min范围内，旋转速度宜控制在20~28r/min范围内。其中在顶部1m应选用较慢的转速和提升速度。一般为20~23cm/min速度提升，20r/min旋转。3、喷嘴直径喷嘴安装在钻头侧面，是旋喷注浆的关键部分，喷粉直径大小对喷射流速度影响很大。一般单管注浆中喷嘴直径选用2.0~3.2mm。三、旋喷注浆参数确定1、喷射直径的估计旋喷后的固结体尺寸由以下因素决定：土的类别及密实程度，高压旋喷注浆方法，喷射技术。根据我国使用的水泥浆液，压力为20Mpa左右、喷嘴孔径2.0〈d〈2.5mm时。旋喷固结体直径（D）可按标贯次数（N）进行估计：粘性土（适用于0〈N〈5〉：D=0.65/154N2~1/154N2砂类土（适用于5〈N〈15〉：D=1/770（350+10N-N2）2、布孔形式根据现场实际情况，本工程采用三角形布孔。矩形布孔四、高压旋喷注浆施工工艺的技术要求1、施工工艺1.1钻机就位钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许偏斜不得大于1.5%。1.2钻孔单管旋喷常使用76型旋转振动钻机，钻进厚度达30m以上，适用于标准贯入度小于40的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地址钻机钻孔。钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm。1.3插管插管是将喷管插入地层预定深度。使用76型振动钻机钻孔时，插孔与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地址钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管，并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中。为了防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压力不超过1Mpa。若压力过高易将空壁射塌。1.4、喷射作业当喷管插入预定深度后。由下而上进行喷射作业，值班人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否满足设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。1.5、冲洗喷射施工完毕后，应把注浆管等机具冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。1.6、移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。五、主要技术要求1.钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5°2、喷射注浆前要检查高压设备和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好。各通道和喷嘴内不得有杂物。3、喷射注浆时要注意准备，开动注浆泵，待估算水泥浆的前锋已经流出喷头后，才开始提升注浆管。自下而上喷射注浆。4、喷射注浆时，开机顺序也要遵守第3条的规定。同时开始喷射注浆孔的孔段要与前段搭接0.1m防止固结体脱节。5、喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固体体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6~1的水泥浆进行补灌，并要预防其他钻孔排除的泥土或杂物进入。6、为了加大固结体尺寸，或深层硬土为避免固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺。7、冒浆的处理，在旋喷处理中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据实验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量的20%为正常。超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。若是地层中有较大空隙引起的不冒浆，则可以在浆液中掺入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固。另外，还可以在空隙地段增加注浆量，填充空隙后再继续正常旋喷施工。冒浆量无穷大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆不相适应，注浆量大大超过旋喷固结所需的浆量所致。减小冒浆的措施有三种：提高喷射压力；适当缩小喷嘴直径；控制固结体形状。在正常情况下的冒浆可沿公路横向方向，在相邻两个孔之间开挖排浆沟，形成桩与桩之间的系梁，以便提高复合地基总体承载力。高压旋喷灌浆施工方法说明1工程简要概况本工程砂砾石层截渗采用旋喷桩，施工轴线长度283m。分河床段和两岸段，河床段砂砾石层厚度8-12m，上接心墙粘土，底部为基岩；两岸段无砂砾石层，心墙粘土以下为基岩。初设旋喷孔距1.0m，钻孔工作量为8535m，旋喷工作量为2471m。截渗面积2289m2。2施工程序高压旋喷灌浆孔均分两序或三序施工（遇串浆、串风现象，分成三序施工），总程序为：施工临建（包括水管、电缆铺设、排污系统和集中制浆站建造）、高喷灌浆试验、高喷钻孔、高喷灌浆（先封堵河床段，后施工两岸段）和墙体检查。高喷灌浆施工程序见图3-1。图3-1高喷灌浆施工程序图3钻孔施工工艺3.1钻孔设备拟采用9台地质钻机造孔，其中重庆探矿机械厂生产的XY-2型钻机5台和杭州探矿机械厂生产的SGZ-ⅢA型回转式地质钻机各4台。每台钻机配一台BW200/4型双作用柱塞泵钻孔。3.2钻孔方法钻进方法采用硬质合金回转钻进、金刚石钻进、合金牙轮钻进等方法成孔。心墙粘土层段一般宜采用干钻取芯成孔，必要时可向孔内加入少量清水或泥浆；亦可采用泥浆钻进，冲洗液选用优质粘土泥浆或膨润土泥浆；当坝体心墙粘土适合于自然造浆时，可用清水做为冲洗液，但泵量应根据需要严格控制。各种造孔方式均以不破坏坝体心墙粘土结构为原则。砂砾石层采用硬质合金回转钻进、合金牙轮钻进，泥浆护壁，基岩段造孔采用硬质合金回转钻进或金刚石钻进方法。3.3钻孔基本要求孔径：高喷钻孔孔径不小于Φ110mm。孔深：终孔深度以达到设计要求为准，即伸入基岩1.0m。孔斜：孔斜合格标准为偏斜率≤0.5%。桩位：根据施工图纸规定的桩位进行放样定位，其中心允许误差应不大于1%孔距。3.4孔斜测量与控制⑴孔斜测量测量仪器采用上海地质仪器厂制造的KXP-1轻便测斜仪，便于操作，可直接从操作箱刻度盘上观察到测量结果，精度可满足工程使用要求。因钻孔孔径比仪器外径较大，以求测量结果真实准确，测孔时配加导向，测斜仪安装在导向管内，与导向管（长度3.5-4.0m，外径与钻孔钻具外径相同）同心同轴。导向装置如图3-2所示。图3-2测斜仪导向装置图⑵孔斜控制钻孔偏斜是影响墙体可靠搭接的关键因素，施工时采取以下措施进行防斜：①钻机加设底座，力求钻机工作时保持平稳。②钻机就位后，应垫稳及调整好钻机，使开孔钻具保持铅垂状态。③随时校对立轴垂直度，加长粗径钻具，禁止使用弯曲钻杆和弯曲的粗径钻具。④除开孔外，不得使用短小钻具，钻具长度应保持在3.5m以上，并在钻进时合理使用钻进参数。⑤钻孔每5-10m进行一次孔斜测量，对钻孔过程实施检测，如孔斜偏差较大，应及时采取有效措施纠偏（如钻具上下往复拉动修复、填孔重钻、扩孔修复等）。3.5固壁泥浆采用当地优质粘土或采用膨润土做为造浆主要材料。泥浆性能参数指标按表3-1控制：表3-1泥浆性能指标控制标准表指标泥浆密度(g/cm3)马氏漏斗粘度(s)含砂量(%)粘土泥浆≤1.1535～40≤10膨润土泥浆≤1.0830～35≤53.5泥浆净化及回收钻孔时，孔口返出的泥浆经排浆沟、沉淀池沉淀后，用泥浆泵再次泵入钻杆循环使用，排浆沟、沉淀池的浆渣人工挖出，运至指定地点堆放。当泥浆中含砂量增多不能满足护壁要求时，应采用特殊除砂措施（振动筛除砂）或废弃。4高喷灌浆施工工艺4.1高喷墙设计方案⑴设计方案高喷墙设计为旋喷桩防渗墙，在防渗墙轴线上单排布置。两岸段孔距1.4m，伸入基岩1.0m，伸入心墙内1.0-2.0m；河床段孔距1.0m，伸入基岩1.0m，伸入心墙内4.0-4.5m。旋喷桩布置及墙体搭接型式如图3.3所示。图3-3三管旋喷墙体搭接示意图⑵高喷防渗墙设计要求及性能指标防渗墙有效搭接厚度应不小于60cm。渗透系数应不大于：心墙粘土层1×10-6cm/s，坝基砂砾石层5×10-6cm/s。防渗墙抗压强度应不小于：心墙粘土层3MPa，坝基砂砾石层8MPa。4.2机具配置拟采用一台高喷台车（组装高喷震动锤，频率800HZ，冲击功5.3KN）、一台高压清水泵、一台空压机和一台灌浆泵组装成一套高喷设备进施工，高压喷射设备组装见图3-4。CYP-50高喷机图3-4高压喷射设备组装示意图3D2-SZ高压清水泵4.3高压旋喷施工方案旋喷桩施工采用预先成孔，而后下入高喷管进行。旋喷桩施工采用三管或三重管法实施。三管和三重管法即以浆、气、水三种介质同时作用于地层，使浆液与地层颗粒成份混合、搅拌、置换、充填渗透形成固结体。高压水嘴布置为直线双喷嘴（180度夹角），使用定向送液器，高喷作业时喷嘴对准高喷墙轴线向左右两方向实施对摆，摆动角度185-190度，从而形成旋喷桩。4.4三管法旋喷施工工艺流程测量放线定点钻机就位调正钻孔终孔验收喷车就位地面试喷下设喷管喷射注浆结束孔口静压补浆粘土封孔下一流程4.5高喷注浆试验施工⑴试验区及旋喷试验孔布置在现场高压喷射注浆作业开始前，按施工图纸要求和监理人指示选择地质条件具有代表性的区段，按室内试验选定的配合比进行高喷注浆工艺试验。砂砾石地层高喷注浆试验在坝后砂砾石地层上进行，布置12个喷射孔构成一个长方形围井，采用不同的孔距、喷射压力、提升速度、浆液浓度等进行试喷，通过开挖检查和钻孔取芯检测喷射墙体质量且通过进行注水试验取得渗透系数（K值）；另在粘土层上布置2个喷射孔进行试喷，以选定粘土心墙中的工艺参数。砂砾石地层高喷注浆试验孔孔深暂定为8m，粘土层高喷注浆试验孔孔深为5m。高喷注浆试验旋喷孔布置见图3-4。a砂砾石层（围井试验）b粘土层（单喷孔）图3-4高喷注浆试验旋喷孔布置图⑵旋喷试验建议工艺参数高喷注浆试验建议工艺参数如下（供参考），试验施工时由设计决定：表3-2高喷注浆试验建议工艺参数地层砂砾石层粘土层基岩组别12121孔距m1.00.8提升速度cm/min6.88-1010-128-1015-20旋转速度r/min6-88-1010-128-1015-20水压MPa38-4038-4038-4038-4038-40水量L/min75-120100-120100-120100-12075-120浆压MPa0.4-0.80.4-0.80.4-0.80.4-0.80.4-0.8浆量L/min70-8070-8070-8070-8070-80风压MPa0.6-0.80.6-0.80.6-0.80.6-0.80.6-0.8风量m3/min1.2-1.51.2-1.51.2-1.51.2-1.51.2-1.5进浆密度g/cm3≤1.65≤1.60≤1.60≤1.60≤1.60通过对旋喷固结体钻孔取芯、注水试验和围井开挖检查成果分析后，对试验工艺参数进行优化调整，确定高喷注浆施工工艺参数。⑶试验设备表3-3旋喷试验设备表序号设备名称型号、规格单位数量备注1钻机SGZ-ⅢA台2钻孔2高喷机CYP-50台1三管机下设喷管、提升喷射3高压清水泵3D2-SZ台1供高压水4空压机6m3台1供压缩空气5浆泵BW200/4台1供浆6高速搅拌机ZJ-400台2配制水泥浆液7泥浆搅拌机300L（双桶）台1配制泥浆8振动筛台1回收浆液9水泵IS单级20m3/min台1供水10排污泵2PN台1排污4.6高压喷射灌浆作业⑴高压喷射灌浆作业钻孔验收合格后，进入喷浆作业。首先高喷台车就位、进行调平、支撑点垫实垫稳；全面检查喷浆设备是否完好，再进行孔口试喷，检查