富水區連續鋼構渡槽墩地基灌漿施工方法與流程

2023-10-22 18:20:42 1

本發明屬於連續鋼構渡槽的施工技術領域，具體涉及一種富水區連續鋼構渡槽墩地基灌漿施工方法。

背景技術：

因樁基深度一般較大，挖孔施工過程中必須用護筒等裝置做好防水、防湧砂的預處理。但是對於部分離富水源較近的樁基，在挖孔樁施工時，常規鋼護筒裝置挖不能預防解決大湧水事故，可能導致樁基無法繼續施工，影響施工進度，甚至引發安全事故。例如徐家灣渡槽GG2#主墩高92m，基礎為樁基承臺結構，該墩共有圓形2m直徑樁基12根，採用人工挖孔法施工。樁頂設計高程為1184.76m，樁底設計高程為1168.06m，各樁嵌入巖石飽和單軸抗壓強度不小於35Mpa的弱風化泥質灰巖深度6m以上。單根設計樁長為16.7m，總樁長200.4m。GG2#墩距離阿珠水庫僅21.3m，水庫水位高程為1175.71m，導致樁基挖孔施工時容易出現樁孔內湧水的問題，導致部分樁基挖孔施工無法繼續施工，需對樁基進行水下混凝土灌注才能繼續開挖。

技術實現要素：

本發明為了解決距水庫等富水源處較近的樁基因湧水量過大導致無法施工的問題，進而提供了一種富水區連續鋼構渡槽墩地基灌漿施工方法。

本發明採用如下技術方案：

一種富水區連續鋼構渡槽墩地基灌漿施工方法，灌漿孔迎渡槽水流側繞挖孔樁採用九孔單排方法布置，相鄰灌漿孔之間的間距相等，灌漿孔與鄰近挖孔樁的間距相等；九個灌漿孔分兩期施工，每期分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序依次施工；所述各灌漿孔均採用鑽孔、衝洗、壓水、灌漿和封孔的施工工藝。

第一期為1#～3#灌漿孔、7#～9#灌漿孔，第二期為4#～6#灌漿孔，其中1#、4#、7#、9#灌漿孔為Ⅰ序孔，2#、5#、8#灌漿孔為Ⅱ序孔，3#、6#灌漿孔為Ⅲ序孔，九個灌漿孔的施工順序依次為1#、7#、9#、2#、8#、3#、4#、5#、6#，所述1#、7#灌漿孔為先導孔。

各灌漿孔採用分段施工，具體施工過程為：

1）鑽孔，採用HGY-200型號地質鑽機造孔，金剛石鑽頭鑽進，孔徑為φ91mm，灌漿孔的終孔孔徑不小於76mm；

2）衝洗，採用壓力水對已鑽孔壁進行衝洗直至回水清淨時止，衝洗壓力為灌漿壓力的80%，孔內沉積厚度不得超過20cm；

3）壓水，對灌漿孔自上而下分段卡塞進行壓水試驗，每鑽一段孔均需進行壓水試驗，試驗時採用單點法或五點法壓水；

4）灌漿，採用自上而下的循環灌漿方式分段灌漿施工，已鑽孔段灌漿完成後，將止漿塞塞在已灌漿段段底以上0.5m處，以防漏灌；

5）封孔，採用分段壓力灌漿封孔法，當漿液注入率小於0.4L/min且灌漿時間持續0.5小時後，全孔結束灌漿並將止漿塞塞在灌漿孔的有效孔最上端進行封孔，封孔壓力為最大灌漿壓力，封孔灌漿時間為60min。

循環灌漿時的灌漿水泥漿液濃度由稀變濃，逐級變換，所述灌漿水泥漿液水灰重量比採用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1共五個比級，初始比級採用3:1。

所述水泥漿液的變換原則為：

（1）灌漿過程中，某種比級漿液注入量大於300L或者注入時間達1小時，灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯，改注濃一級的漿液；注漿流量按15～30L/min控制，最大注漿流量不超過50L/min；

（2）當採用最濃級別的水泥漿後，仍然出現灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯的情況時，採用水玻璃作為速凝劑配置漿液，水玻璃模數2.4-3.4，濃度30-45波美度；

（3）當採用最濃級別的水泥-水玻璃漿液後，仍然出現灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯的情況時，採用M10普通矽酸鹽水泥（P.O 42.5R）砂漿進行灌注，砂料細度模數2.0-2.2；

（4）當灌漿壓力保持不變而注入率持續減小或者注入率保持不變灌漿壓力持續增大時，不得改變比級；灌漿時發現灌漿壓力、注入率突然改變較大或單孔耗漿量超過20t而無明顯改善時，停止灌漿，並查明原因。

所述灌漿孔的灌漿段分段段長為5m,每個灌漿孔分3個灌漿段，若遇到溶洞、斷層、軟弱夾層等情況，分段段長不能超過3m。

灌漿時的射漿管距離灌漿孔孔底不得大於50cm。

所述灌漿孔之間的間距為3m，灌漿孔與挖孔樁之間的距離為3.5m，灌漿孔的單孔有效孔深為15m，無效孔深為9m。

灌漿時，灌漿孔內設有回漿管，回漿管上設有分級壓力表。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明採用九孔單排布置法設置灌漿孔，且灌漿孔迎渡槽水流向環繞挖孔樁設置，利用灌漿孔可有效解決水庫等富水源對挖空樁的影響（圖1中的1#、5#、9#樁為近水樁），保證了渡槽樁基孔的施工進度；

2、灌漿孔採用分期、分序施工，使多個灌漿孔在施工時本身能形成穩定的防水支撐，可有效保證灌漿孔的施工質量；

3、灌漿時採用循環分級灌漿，灌漿漿液由稀變濃，有效保證了灌漿孔的密實度等施工質量以及與樁基施工段的水文地質匹配度，更有利於後期的樁基挖空施工。

附圖說明

圖1為GG1#墩地基灌漿孔平面布置示意圖；

圖2為GG1#墩地基灌漿孔立面示意圖；

圖3為灌漿施工工藝流程圖；

圖4為漿液配置及主將管路示意圖；

圖中：1-強風化下限、2-挖孔樁、3-灌漿孔、4-止漿塞、5-注漿管、6-回漿管、7-射漿管。

具體實施方式

如圖1所示，1#、5#、9#挖空樁為近水樁，灌漿孔採用單排布置；孔間距3.0m，總計9孔，孔徑91mm。GG2#墩基礎各灌漿孔開孔高程均為現地面，孔深均為24m，其中單孔有效孔深15m，無效孔深9m；總孔深216m，其中有效孔135m，無效孔深81m。灌漿分為2期施工，第1期為1#～3#孔、7#～9#孔；第2期為4#～6#孔,。每期灌漿分三序施工，具體順序見圖1。

本著易於控制施工質量、就近、方便、節省的原則，在確保施工需要和工程按期完成的前提下，充分利用現場已有條件合理有效的布置供水、供電、通訊及排汙、製漿系統。

水電布置

利用已有自徐家灣變電站到GG2#墩基礎的三相電源，作為動力主電源。所有用電設備安裝漏電保護器。用電線路、設施、設備使用應符合規範要求，線路搭設整齊，並確保夜間施工有足夠照明。

自阿珠水庫接φ80鋼管至工作面作為供水主管，主管上焊接支管供鑽孔灌漿使用。

集中製漿站布置：

灌漿所用水泥漿液，採用現場製漿、輸漿的方式供給，製漿站布置在GG2#墩左側平臺適當位置。用φ48mm鋼管搭設高1.2m，6m×10m水泥平臺，平臺上搭設高2.4m的頂棚，用來存放灌漿用水泥。採用高速攪拌機製漿，攪拌時間不少於30s，製備漿液過篩後由灌漿泵通過φ42mm膠管送至施工現場。

輸漿泵布置在配料臺附近，儘量降低堵管頻率和漿液廢棄量。工作面設置與灌漿泵配套的雙層攪拌機，採用灌漿泵直接對灌漿孔施灌。

製漿站統一配製一定濃度的水泥漿液，輸送到各機組後根據需要進行漿液濃度的調配使用，為保證計量準確，對袋裝水泥可按袋計算。若採用外加劑時，現場進行稱量，並保證稱量誤差不大於5%。

鑽灌平臺布置：

鑽孔直接在已施工的墊層頂面進行，鑽機需要墊高時利用枕木或木板，灌漿設備、機棚布置在合適位置以便與鑽孔工作面錯開，相互不幹擾施工。

本工程工期緊，根據灌漿吸漿量的遞減規律，鑽孔機械的配置要能充分滿足施工強度要求，所以施工時共配置2臺HGY-200型地質鑽，2臺5GBb-10型高壓灌漿泵。

表1 主要施工機械設備表

施工材料：

1)鑽孔過程中應配備足夠的鑽頭、鑽杆、擴孔器。

2)根據設計初步給定的灌漿壓力：0.1～0.3MPa及施工技術規範，選定壓力表標值為0～0.5Mpa的壓力表。

3)進漿管路及高壓閥門之前回漿管採用高壓鋼絲編織膠管。

4)水泥採用P.O 42.5號的普通矽酸鹽水泥，細度要求通過80um方孔篩的篩餘量不大於5%。不得使用受潮結塊的水泥。

5)細度模數為2.0-2.2的機制砂。

總體工期說明：灌漿先導孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔均採用自上而下的循環灌漿方式施工。

先導孔施工工期為2.5天/孔，I-Ⅲ序孔施工工期為2天/孔。合計工期為：2.5×2+2×1+2×3+2×3=19天。

施工順序及施工流程：

灌漿分2期進行，第1期為1#～3#、7#～9#孔；第2期為4#～6#孔。每期灌漿分三序施工，Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

各孔灌漿施工流程為：測量放樣→鑽機就位→開孔鑽進第一段→鑽孔衝洗及壓水→灌漿→第二段及其以下各段鑽孔、壓水、灌漿直至終孔→封孔→遷移鑽機。

1、鑽孔

從第1期Ⅰ序孔中選取1#孔、7#孔作為先導孔。灌漿孔孔徑為φ91mm。

灌漿鑽孔採用HGY-200型號地質鑽機造孔，金剛石鑽頭鑽進，孔徑為φ91mm，終孔孔徑不小於76mm。開孔前先用羅盤儀對鑽機進行校正。為確保鑽孔孔向準確，在鑽機就位時，用枕木或木板將鑽機墊平，並用水平尺將鑽機座找平，並確保穩固，使鑽機立軸和孔口管的方向與設計孔向一致。在基巖中鑽進時，採用清水鑽進。

灌漿孔孔距為3.0m，孔位進行測量放樣控制，孔位偏差不大於10cm。鑽孔深度與設計孔深誤差不大於20cm。每個灌漿孔都應進行孔斜和方位角測量，尤其注意上部20m範圍內的偏斜和方位角的控制。巖層條件好、下漿量小的孔全孔鑽孔結束後自下而上測斜檢查，每10m一個測點。如發現孔斜超過要求時應及時糾正，成孔時孔底偏差小於25cm。

鑽孔過程中除必須填寫記錄的內容之外，還將鑽孔過程中孔內的各種情況（如砼厚度、回水顏色、塌孔、掉塊、卡鑽等及其相應孔深位置等）均在鑽孔記錄表中做出詳細記錄。

鑽孔結束待灌或灌漿結束待鑽孔，若在短時間之內不施工時，孔口應妥善保護，以防雜物掉入孔內。下一次序孔須在上次序孔灌漿完成後再進行鑽孔。

2、鑽孔衝洗

採用壓力水進行孔壁衝洗直至回水清淨時止，衝洗壓力為灌漿壓力的80%。孔內沉積厚度不得超過20cm。

每一段灌漿孔鑽孔結束後需進行鑽孔衝洗，採用導管通入大流量水流進行衝洗，從孔底向孔外衝洗至回清水為止。

若灌漿孔（段）鑽孔完成後，孔內沉積物厚度不超過20cm，可不進行鑽孔衝洗。

3、壓水試驗

灌漿孔的各灌漿段灌漿前均需作簡易壓水試驗。先導孔應自上而下分段卡塞進行壓水試驗，採用單點法壓水。灌漿試驗孔採用五點法或單點法進行壓力試驗。

4、地基灌漿

4.1灌漿方法

灌漿採用自上而下的循環灌漿方式分段施工，灌漿塞應塞在已澆灌段底以上0.5m處，以防漏灌。射漿管距離孔底不得大於50cm。灌漿主要施工工藝流程見圖3；漿液配製及注漿管路示意圖見圖4。

4.2灌漿壓力

根據設計通知灌漿壓力初定為0.1～0.3Mpa。灌漿作業時灌漿壓力應分段上升，各灌漿段的灌漿壓力最終由施工現場灌漿試驗擬定，在施工過程中調整確定，並嚴格按照《水工建築物水泥灌漿施工技術規範》（SL62-94）執行。

灌漿採用循環式，壓力表安裝在孔口回漿管路上；灌漿應儘快達到設計壓力（可通過手動調整進漿管閥門開度予以升壓），但當注入率大於30L/min時，可分級升壓。

4.3灌漿段段長

根據施工技術規範，灌漿段段長定為5m,每孔分3個灌漿段。若遇到溶洞、斷層、軟弱夾層等情況，段長不宜超過3m，視具體情況而定，終孔段最大段長不超過10m。

4.4灌漿漿液

灌漿水泥漿液水灰比（重量比）採用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1共五個比級，初始比級採用3:1。對耗漿量較大的孔段視情況可按有關規定摻入粉煤灰，參量為30%。

4.5漿液變換

灌漿漿液濃度應由稀變濃，逐級變換，漿液變換按以下原則執行：

（1）灌漿過程中，某種比級漿液注入量大於300L或者注入時間達1小時，灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯，可改濃一級；當注入率大於30L/min時，亦可根據現場情況改濃一級。注漿流量宜按15～30L/min控制，最大注漿流量不易超過50L/min。

（2）當採用最濃級別的水泥漿後，仍然出現灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯的情況時，可採用水玻璃作為速凝劑配置漿液，水玻璃模數2.4-3.4，濃度30-45波美度。水泥-水玻璃漿液的具體配方應結合孔段的具體水紋地質狀況進行試配確定。

（3）當採用最濃級別的水泥-水玻璃漿液後，仍然出現灌漿壓力和注入率均無變化或變化不明顯的情況時，應採用M10普通矽酸鹽水泥（P.O 42.5R）砂漿進行灌注，砂料細度模數2.0-2.2。

（4）當灌漿壓力保持不變而注入率持續減小或者注入率保持不變灌漿壓力持續增大時，不得改變比級；灌漿時發現灌漿壓力、注入率突然改變較大或單孔耗漿量超過20t而無明顯改善時，應停止灌漿，立即查明原因並報監理、設計。

4.6結束標準

灌漿孔封孔採用壓力灌漿封孔法，當注入率小於0.4L/min且灌漿時間持續0.5小時時，可結束灌漿。

4.7封孔

灌漿封孔採用「分段壓力灌漿封孔法」。全孔灌完後，先用導管注漿法將孔內餘漿置換成0.5:1的濃漿，而後將灌漿塞塞在有效孔的最上端，進行純壓式灌漿封孔。封孔壓力為最大灌漿壓力，封孔灌漿時間為60min。

4.8灌漿質量檢查

當第Ⅰ期灌漿漿液達到80%以上強度時，可先依次進行1#、5#樁的開挖，以檢驗灌漿效果。若灌漿效果良好則取消第Ⅱ期灌漿，並進行9#樁的開挖；否則待第Ⅱ期灌漿結束後再進行9#樁的開挖。

4.9特殊情況處理措施

（1）若灌漿過程中發現冒漿、漏漿，應根據具體情況採用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇、待凝等方法進行處理，必要時通知相關各方以便及時研究處理措施。

（2）灌漿過程中如發現串漿時，如被串孔正在鑽進，應立即停鑽；如串漿孔具備灌漿條件，可同時進行灌漿，一泵灌一孔；當無條件同時灌注時，應將串漿孔用栓塞塞住，待灌漿孔灌漿結束後，再行掃開串漿孔，而後繼續鑽孔和灌漿。

（3）灌漿工作必須連續進行，若因故中斷，可按以下原則進行處理：應儘早恢復灌漿，否則應立即進行衝洗鑽孔，然後恢復灌漿，若無法衝洗或衝洗無效，則應進行掃孔，而後恢復灌漿。恢復灌漿時，應使用開灌比級的水泥漿進行灌注；如注入率與中斷前相近，則可改用中斷前的水灰比繼續灌注；如注入率與中斷前相比減少較多，則漿液應逐級加繼續灌注。恢復灌漿後，如注入率與中斷前相比減少很多時，且在短時間內停止吸漿，則應採取補救措施。

（4）灌漿段注入量大，可根據情況採用下列措施處理：低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿；漿液中加速凝劑；灌注穩定漿液或混合漿液。

（5）灌漿過程中如回漿變濃，換用相同水灰比的新鮮漿液進行灌注，若效果不明顯時，延續灌30min，即可停止灌注。

（6）當灌漿孔段湧水壓力超過0.2Mpa時一般採用下列措施：灌前測定湧水壓力和湧水量；儘量縮短灌漿段長，加大灌漿壓力；灌漿結束後閉漿時間不小於2h；待凝時間不得小於24h；必要時可在漿液中摻加速凝劑。

（7）灌漿過程中如遇到溶洞，應先查明溶洞的充填類型和規模，遵循「先封閉，再密實」的原則進行灌注，採取相應的措施處理：溶洞內無充填物時，根據溶洞大小，採用灌注M10水泥砂漿等措施，待凝後，掃孔，再灌注水泥漿；溶洞內有充填物時，根據充填物類型、性能以及充填程度，採用高壓灌漿進行灌注，如下漿量較大，仍採用低壓、濃漿、限流、間歇灌漿或漿液中摻加細砂等進行灌注。

灌漿專項安全措施

為保證灌漿安全施工，特制定以下措施，以進一步確保施工的正常開展。

1)所有施工人員進入現場施工前均進行了安全三級教育，並利用交接班時間進行「班前5分鐘安全會」，對施工機組進行強化安全意識的教育，使施工人員能提前注意到施工中可能存在的安全隱患。鑽孔灌漿施工主要操作人員持證上崗，機上操作手嚴格按使用機械的操作規程進行操作施工用電必須按《施工用電安全操作規程》的規定操作施工現場配備專職安全員，定期進行安全生產檢查及專業性安全生產檢查，並形成安全記錄。按規定必須配備滅火器的部位及機具全部配置到位，安全管理人員不定期進行檢查。對重大危險源、電源等部位按規定設立了安全標誌牌安全生產管理堅持「安全第一，預防為主」的方針，發生安全事故後必須按「四不放過」的原則處理。

2)選擇合適的灌漿設備：選用高壓灌漿泵，其額定工作壓力應大於最大灌漿壓力的1.5倍，壓力波動範圍宜小於灌漿壓力的20％，灌漿前在其壓力極限範圍內對耐壓性和排漿量進行鑑定，確保灌漿泵要有穩定的工作性能。

3)改善灌漿系統：灌漿管採用鋼絲編制膠管，應保證漿液流動暢通，並能承受1.5倍的最大灌漿壓力。採用大量程壓力表和耐蝕高壓閥，灌漿泵和灌漿孔口處均應安裝壓力表，進漿管路亦應安裝壓力表，以便相互對照，有效的控制壓力，防止暴管。所選用的壓力表在使用前應進行率定，使用過程中應經常檢查校對，不合格和損壞的壓力表嚴禁使用。壓力表和管路之間應設有隔漿裝置。

4)採取有效的防護措施：在灌漿機出口設置減振器，通過緩衝減小漿液對輸漿管和灌漿塞的衝擊力，減振器要確保焊接牢靠；安裝孔口封閉器時必須加固穩定，避免壓力過高造成脫落。

5)灌漿開始前，對現場施工人員作詳細技術交底和相關操作培訓，每個灌漿班組均配置操作熟練的灌漿工實際操作，灌漿時安排專人現場值班，加強現場安全監測巡視工作，灌漿期間隨時觀察砼及巖體變形情況，閒雜人員禁止在送漿、灌漿範圍內逗留，發現孔口封閉器有滑落跡象、漏漿、暴管、砼變形嚴重等異常現象，及時通報監理工程師和質檢人員。

6)鑽孔灌漿設備、管子（接頭）等，應灌前安排專人檢查並應定期進行校驗或檢定，保持量值準確；灌漿時派專人隨時檢查。

質量管理措施

1)施工前制定詳細的《灌漿作業指導書》，並對施工機組進行交底，在施工過程中應嚴格執行要求。

2)壓力表、流量計等計量器具在使用前必須經過標定且滿足施工精度要求。

3)灌漿過程中，施工人員應嚴格控制灌段長、灌漿壓力及漿液水灰比，灌漿壓力和灌漿水灰比要及時進行記錄。

4)灌漿要連續進行，一般不允許中斷，一旦發生中斷，要儘快恢復灌漿。

5)施工機組在鑽孔、灌漿過程中，應及時並詳細作好各種記錄，尤其要詳細記錄好鑽孔失水、塌孔、掉塊、掉鑽等特殊現象及具體位置。按技術要求控制好灌漿壓力及漿液濃度並如實作好記錄。任何報表都有必須及時上交，任何人不得追記、補記、超前記錄報表。

6)嚴格執行「三檢制」，各道工序首先經班組、技術人員自檢、質檢人員復檢、最後由監理工程師進行終檢，二檢人員應對重點部位或關鍵工序進行重點檢查和控制，並作好值班記錄及各種檢查驗收記錄，在現場及時發現和解決各種問題，消除質量隱患。

7)灌漿過程中每30min測記一次漿液比重，要求開灌和更換漿液比級時必須測定漿液比重，漿液溫度應控制在5～40℃，攪拌時間不超過4小時，超過者作為廢漿處理。

本發明中未作特殊說明的構件或裝置等均為現有技術。