富水区连续钢构渡槽墩地基灌浆施工方法与流程

本发明属于连续钢构渡槽的施工技术领域，具体涉及一种富水区连续钢构渡槽墩地基灌浆施工方法。

背景技术：

因桩基深度一般较大，挖孔施工过程中必须用护筒等装置做好防水、防涌砂的预处理。但是对于部分离富水源较近的桩基，在挖孔桩施工时，常规钢护筒装置挖不能预防解决大涌水事故，可能导致桩基无法继续施工，影响施工进度，甚至引发安全事故。例如徐家湾渡槽GG2#主墩高92m，基础为桩基承台结构，该墩共有圆形2m直径桩基12根，采用人工挖孔法施工。桩顶设计高程为1184.76m，桩底设计高程为1168.06m，各桩嵌入岩石饱和单轴抗压强度不小于35Mpa的弱风化泥质灰岩深度6m以上。单根设计桩长为16.7m，总桩长200.4m。GG2#墩距离阿珠水库仅21.3m，水库水位高程为1175.71m，导致桩基挖孔施工时容易出现桩孔内涌水的问题，导致部分桩基挖孔施工无法继续施工，需对桩基进行水下混凝土灌注才能继续开挖。

技术实现要素：

本发明为了解决距水库等富水源处较近的桩基因涌水量过大导致无法施工的问题，进而提供了一种富水区连续钢构渡槽墩地基灌浆施工方法。

本发明采用如下技术方案：

一种富水区连续钢构渡槽墩地基灌浆施工方法，灌浆孔迎渡槽水流侧绕挖孔桩采用九孔单排方法布置，相邻灌浆孔之间的间距相等，灌浆孔与邻近挖孔桩的间距相等；九个灌浆孔分两期施工，每期分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三序依次施工；所述各灌浆孔均采用钻孔、冲洗、压水、灌浆和封孔的施工工艺。

第一期为1#～3#灌浆孔、7#～9#灌浆孔，第二期为4#～6#灌浆孔，其中1#、4#、7#、9#灌浆孔为Ⅰ序孔，2#、5#、8#灌浆孔为Ⅱ序孔，3#、6#灌浆孔为Ⅲ序孔，九个灌浆孔的施工顺序依次为1#、7#、9#、2#、8#、3#、4#、5#、6#，所述1#、7#灌浆孔为先导孔。

各灌浆孔采用分段施工，具体施工过程为：

1）钻孔，采用HGY-200型号地质钻机造孔，金刚石钻头钻进，孔径为φ91mm，灌浆孔的终孔孔径不小于76mm；

2）冲洗，采用压力水对已钻孔壁进行冲洗直至回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80%，孔内沉积厚度不得超过20cm；

3）压水，对灌浆孔自上而下分段卡塞进行压水试验，每钻一段孔均需进行压水试验，试验时采用单点法或五点法压水；

4）灌浆，采用自上而下的循环灌浆方式分段灌浆施工，已钻孔段灌浆完成后，将止浆塞塞在已灌浆段段底以上0.5m处，以防漏灌；

5）封孔，采用分段压力灌浆封孔法，当浆液注入率小于0.4L/min且灌浆时间持续0.5小时后，全孔结束灌浆并将止浆塞塞在灌浆孔的有效孔最上端进行封孔，封孔压力为最大灌浆压力，封孔灌浆时间为60min。

循环灌浆时的灌浆水泥浆液浓度由稀变浓，逐级变换，所述灌浆水泥浆液水灰重量比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1共五个比级，初始比级采用3:1。

所述水泥浆液的变换原则为：

（1）灌浆过程中，某种比级浆液注入量大于300L或者注入时间达1小时，灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显，改注浓一级的浆液；注浆流量按15～30L/min控制，最大注浆流量不超过50L/min；

（2）当采用最浓级别的水泥浆后，仍然出现灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显的情况时，采用水玻璃作为速凝剂配置浆液，水玻璃模数2.4-3.4，浓度30-45波美度；

（3）当采用最浓级别的水泥-水玻璃浆液后，仍然出现灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显的情况时，采用M10普通硅酸盐水泥（P.O 42.5R）砂浆进行灌注，砂料细度模数2.0-2.2；

（4）当灌浆压力保持不变而注入率持续减小或者注入率保持不变灌浆压力持续增大时，不得改变比级；灌浆时发现灌浆压力、注入率突然改变较大或单孔耗浆量超过20t而无明显改善时，停止灌浆，并查明原因。

所述灌浆孔的灌浆段分段段长为5m,每个灌浆孔分3个灌浆段，若遇到溶洞、断层、软弱夹层等情况，分段段长不能超过3m。

灌浆时的射浆管距离灌浆孔孔底不得大于50cm。

所述灌浆孔之间的间距为3m，灌浆孔与挖孔桩之间的距离为3.5m，灌浆孔的单孔有效孔深为15m，无效孔深为9m。

灌浆时，灌浆孔内设有回浆管，回浆管上设有分级压力表。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用九孔单排布置法设置灌浆孔，且灌浆孔迎渡槽水流向环绕挖孔桩设置，利用灌浆孔可有效解决水库等富水源对挖空桩的影响（图1中的1#、5#、9#桩为近水桩），保证了渡槽桩基孔的施工进度；

2、灌浆孔采用分期、分序施工，使多个灌浆孔在施工时本身能形成稳定的防水支撑，可有效保证灌浆孔的施工质量；

3、灌浆时采用循环分级灌浆，灌浆浆液由稀变浓，有效保证了灌浆孔的密实度等施工质量以及与桩基施工段的水文地质匹配度，更有利于后期的桩基挖空施工。

附图说明

图1为GG1#墩地基灌浆孔平面布置示意图；

图2为GG1#墩地基灌浆孔立面示意图；

图3为灌浆施工工艺流程图；

图4为浆液配置及主将管路示意图；

图中：1-强风化下限、2-挖孔桩、3-灌浆孔、4-止浆塞、5-注浆管、6-回浆管、7-射浆管。

具体实施方式

如图1所示，1#、5#、9#挖空桩为近水桩，灌浆孔采用单排布置；孔间距3.0m，总计9孔，孔径91mm。GG2#墩基础各灌浆孔开孔高程均为现地面，孔深均为24m，其中单孔有效孔深15m，无效孔深9m；总孔深216m，其中有效孔135m，无效孔深81m。灌浆分为2期施工，第1期为1#～3#孔、7#～9#孔；第2期为4#～6#孔,。每期灌浆分三序施工，具体顺序见图1。

本着易于控制施工质量、就近、方便、节省的原则，在确保施工需要和工程按期完成的前提下，充分利用现场已有条件合理有效的布置供水、供电、通讯及排污、制浆系统。

水电布置

利用已有自徐家湾变电站到GG2#墩基础的三相电源，作为动力主电源。所有用电设备安装漏电保护器。用电线路、设施、设备使用应符合规范要求，线路搭设整齐，并确保夜间施工有足够照明。

自阿珠水库接φ80钢管至工作面作为供水主管，主管上焊接支管供钻孔灌浆使用。

集中制浆站布置：

灌浆所用水泥浆液，采用现场制浆、输浆的方式供给，制浆站布置在GG2#墩左侧平台适当位置。用φ48mm钢管搭设高1.2m，6m×10m水泥平台，平台上搭设高2.4m的顶棚，用来存放灌浆用水泥。采用高速搅拌机制浆，搅拌时间不少于30s，制备浆液过筛后由灌浆泵通过φ42mm胶管送至施工现场。

输浆泵布置在配料台附近，尽量降低堵管频率和浆液废弃量。工作面设置与灌浆泵配套的双层搅拌机，采用灌浆泵直接对灌浆孔施灌。

制浆站统一配制一定浓度的水泥浆液，输送到各机组后根据需要进行浆液浓度的调配使用，为保证计量准确，对袋装水泥可按袋计算。若采用外加剂时，现场进行称量，并保证称量误差不大于5%。

钻灌平台布置：

钻孔直接在已施工的垫层顶面进行，钻机需要垫高时利用枕木或木板，灌浆设备、机棚布置在合适位置以便与钻孔工作面错开，相互不干扰施工。

本工程工期紧，根据灌浆吸浆量的递减规律，钻孔机械的配置要能充分满足施工强度要求，所以施工时共配置2台HGY-200型地质钻，2台5GBb-10型高压灌浆泵。

表1 主要施工机械设备表

施工材料：

1)钻孔过程中应配备足够的钻头、钻杆、扩孔器。

2)根据设计初步给定的灌浆压力：0.1～0.3MPa及施工技术规范，选定压力表标值为0～0.5Mpa的压力表。

3)进浆管路及高压阀门之前回浆管采用高压钢丝编织胶管。

4)水泥采用P.O 42.5号的普通硅酸盐水泥，细度要求通过80um方孔筛的筛余量不大于5%。不得使用受潮结块的水泥。

5)细度模数为2.0-2.2的机制砂。

总体工期说明：灌浆先导孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔均采用自上而下的循环灌浆方式施工。

先导孔施工工期为2.5天/孔，I-Ⅲ序孔施工工期为2天/孔。合计工期为：2.5×2+2×1+2×3+2×3=19天。

施工顺序及施工流程：

灌浆分2期进行，第1期为1#～3#、7#～9#孔；第2期为4#～6#孔。每期灌浆分三序施工，Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔。

各孔灌浆施工流程为：测量放样→钻机就位→开孔钻进第一段→钻孔冲洗及压水→灌浆→第二段及其以下各段钻孔、压水、灌浆直至终孔→封孔→迁移钻机。

1、钻孔

从第1期Ⅰ序孔中选取1#孔、7#孔作为先导孔。灌浆孔孔径为φ91mm。

灌浆钻孔采用HGY-200型号地质钻机造孔，金刚石钻头钻进，孔径为φ91mm，终孔孔径不小于76mm。开孔前先用罗盘仪对钻机进行校正。为确保钻孔孔向准确，在钻机就位时，用枕木或木板将钻机垫平，并用水平尺将钻机座找平，并确保稳固，使钻机立轴和孔口管的方向与设计孔向一致。在基岩中钻进时，采用清水钻进。

灌浆孔孔距为3.0m，孔位进行测量放样控制，孔位偏差不大于10cm。钻孔深度与设计孔深误差不大于20cm。每个灌浆孔都应进行孔斜和方位角测量，尤其注意上部20m范围内的偏斜和方位角的控制。岩层条件好、下浆量小的孔全孔钻孔结束后自下而上测斜检查，每10m一个测点。如发现孔斜超过要求时应及时纠正，成孔时孔底偏差小于25cm。

钻孔过程中除必须填写记录的内容之外，还将钻孔过程中孔内的各种情况（如砼厚度、回水颜色、塌孔、掉块、卡钻等及其相应孔深位置等）均在钻孔记录表中做出详细记录。

钻孔结束待灌或灌浆结束待钻孔，若在短时间之内不施工时，孔口应妥善保护，以防杂物掉入孔内。下一次序孔须在上次序孔灌浆完成后再进行钻孔。

2、钻孔冲洗

采用压力水进行孔壁冲洗直至回水清净时止，冲洗压力为灌浆压力的80%。孔内沉积厚度不得超过20cm。

每一段灌浆孔钻孔结束后需进行钻孔冲洗，采用导管通入大流量水流进行冲洗，从孔底向孔外冲洗至回清水为止。

若灌浆孔（段）钻孔完成后，孔内沉积物厚度不超过20cm，可不进行钻孔冲洗。

3、压水试验

灌浆孔的各灌浆段灌浆前均需作简易压水试验。先导孔应自上而下分段卡塞进行压水试验，采用单点法压水。灌浆试验孔采用五点法或单点法进行压力试验。

4、地基灌浆

4.1灌浆方法

灌浆采用自上而下的循环灌浆方式分段施工，灌浆塞应塞在已浇灌段底以上0.5m处，以防漏灌。射浆管距离孔底不得大于50cm。灌浆主要施工工艺流程见图3；浆液配制及注浆管路示意图见图4。

4.2灌浆压力

根据设计通知灌浆压力初定为0.1～0.3Mpa。灌浆作业时灌浆压力应分段上升，各灌浆段的灌浆压力最终由施工现场灌浆试验拟定，在施工过程中调整确定，并严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）执行。

灌浆采用循环式，压力表安装在孔口回浆管路上；灌浆应尽快达到设计压力（可通过手动调整进浆管阀门开度予以升压），但当注入率大于30L/min时，可分级升压。

4.3灌浆段段长

根据施工技术规范，灌浆段段长定为5m,每孔分3个灌浆段。若遇到溶洞、断层、软弱夹层等情况，段长不宜超过3m，视具体情况而定，终孔段最大段长不超过10m。

4.4灌浆浆液

灌浆水泥浆液水灰比（重量比）采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1共五个比级，初始比级采用3:1。对耗浆量较大的孔段视情况可按有关规定掺入粉煤灰，参量为30%。

4.5浆液变换

灌浆浆液浓度应由稀变浓，逐级变换，浆液变换按以下原则执行：

（1）灌浆过程中，某种比级浆液注入量大于300L或者注入时间达1小时，灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显，可改浓一级；当注入率大于30L/min时，亦可根据现场情况改浓一级。注浆流量宜按15～30L/min控制，最大注浆流量不易超过50L/min。

（2）当采用最浓级别的水泥浆后，仍然出现灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显的情况时，可采用水玻璃作为速凝剂配置浆液，水玻璃模数2.4-3.4，浓度30-45波美度。水泥-水玻璃浆液的具体配方应结合孔段的具体水纹地质状况进行试配确定。

（3）当采用最浓级别的水泥-水玻璃浆液后，仍然出现灌浆压力和注入率均无变化或变化不明显的情况时，应采用M10普通硅酸盐水泥（P.O 42.5R）砂浆进行灌注，砂料细度模数2.0-2.2。

（4）当灌浆压力保持不变而注入率持续减小或者注入率保持不变灌浆压力持续增大时，不得改变比级；灌浆时发现灌浆压力、注入率突然改变较大或单孔耗浆量超过20t而无明显改善时，应停止灌浆，立即查明原因并报监理、设计。

4.6结束标准

灌浆孔封孔采用压力灌浆封孔法，当注入率小于0.4L/min且灌浆时间持续0.5小时时，可结束灌浆。

4.7封孔

灌浆封孔采用“分段压力灌浆封孔法”。全孔灌完后，先用导管注浆法将孔内余浆置换成0.5:1的浓浆，而后将灌浆塞塞在有效孔的最上端，进行纯压式灌浆封孔。封孔压力为最大灌浆压力，封孔灌浆时间为60min。

4.8灌浆质量检查

当第Ⅰ期灌浆浆液达到80%以上强度时，可先依次进行1#、5#桩的开挖，以检验灌浆效果。若灌浆效果良好则取消第Ⅱ期灌浆，并进行9#桩的开挖；否则待第Ⅱ期灌浆结束后再进行9#桩的开挖。

4.9特殊情况处理措施

（1）若灌浆过程中发现冒浆、漏浆，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理，必要时通知相关各方以便及时研究处理措施。

（2）灌浆过程中如发现串浆时，如被串孔正在钻进，应立即停钻；如串浆孔具备灌浆条件，可同时进行灌浆，一泵灌一孔；当无条件同时灌注时，应将串浆孔用栓塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，再行扫开串浆孔，而后继续钻孔和灌浆。

（3）灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按以下原则进行处理：应尽早恢复灌浆，否则应立即进行冲洗钻孔，然后恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注；如注入率与中断前相近，则可改用中断前的水灰比继续灌注；如注入率与中断前相比减少较多，则浆液应逐级加继续灌注。恢复灌浆后，如注入率与中断前相比减少很多时，且在短时间内停止吸浆，则应采取补救措施。

（4）灌浆段注入量大，可根据情况采用下列措施处理：低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；浆液中加速凝剂；灌注稳定浆液或混合浆液。

（5）灌浆过程中如回浆变浓，换用相同水灰比的新鲜浆液进行灌注，若效果不明显时，延续灌30min，即可停止灌注。

（6）当灌浆孔段涌水压力超过0.2Mpa时一般采用下列措施：灌前测定涌水压力和涌水量；尽量缩短灌浆段长，加大灌浆压力；灌浆结束后闭浆时间不小于2h；待凝时间不得小于24h；必要时可在浆液中掺加速凝剂。

（7）灌浆过程中如遇到溶洞，应先查明溶洞的充填类型和规模，遵循“先封闭，再密实”的原则进行灌注，采取相应的措施处理：溶洞内无充填物时，根据溶洞大小，采用灌注M10水泥砂浆等措施，待凝后，扫孔，再灌注水泥浆；溶洞内有充填物时，根据充填物类型、性能以及充填程度，采用高压灌浆进行灌注，如下浆量较大，仍采用低压、浓浆、限流、间歇灌浆或浆液中掺加细砂等进行灌注。

灌浆专项安全措施

为保证灌浆安全施工，特制定以下措施，以进一步确保施工的正常开展。

1)所有施工人员进入现场施工前均进行了安全三级教育，并利用交接班时间进行“班前5分钟安全会”，对施工机组进行强化安全意识的教育，使施工人员能提前注意到施工中可能存在的安全隐患。钻孔灌浆施工主要操作人员持证上岗，机上操作手严格按使用机械的操作规程进行操作施工用电必须按《施工用电安全操作规程》的规定操作施工现场配备专职安全员，定期进行安全生产检查及专业性安全生产检查，并形成安全记录。按规定必须配备灭火器的部位及机具全部配置到位，安全管理人员不定期进行检查。对重大危险源、电源等部位按规定设立了安全标志牌安全生产管理坚持“安全第一，预防为主”的方针，发生安全事故后必须按“四不放过”的原则处理。

2)选择合适的灌浆设备：选用高压灌浆泵，其额定工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍，压力波动范围宜小于灌浆压力的20％，灌浆前在其压力极限范围内对耐压性和排浆量进行鉴定，确保灌浆泵要有稳定的工作性能。

3)改善灌浆系统：灌浆管采用钢丝编制胶管，应保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。采用大量程压力表和耐蚀高压阀，灌浆泵和灌浆孔口处均应安装压力表，进浆管路亦应安装压力表，以便相互对照，有效的控制压力，防止暴管。所选用的压力表在使用前应进行率定，使用过程中应经常检查校对，不合格和损坏的压力表严禁使用。压力表和管路之间应设有隔浆装置。

4)采取有效的防护措施：在灌浆机出口设置减振器，通过缓冲减小浆液对输浆管和灌浆塞的冲击力，减振器要确保焊接牢靠；安装孔口封闭器时必须加固稳定，避免压力过高造成脱落。

5)灌浆开始前，对现场施工人员作详细技术交底和相关操作培训，每个灌浆班组均配置操作熟练的灌浆工实际操作，灌浆时安排专人现场值班，加强现场安全监测巡视工作，灌浆期间随时观察砼及岩体变形情况，闲杂人员禁止在送浆、灌浆范围内逗留，发现孔口封闭器有滑落迹象、漏浆、暴管、砼变形严重等异常现象，及时通报监理工程师和质检人员。

6)钻孔灌浆设备、管子（接头）等，应灌前安排专人检查并应定期进行校验或检定，保持量值准确；灌浆时派专人随时检查。

质量管理措施

1)施工前制定详细的《灌浆作业指导书》，并对施工机组进行交底，在施工过程中应严格执行要求。

2)压力表、流量计等计量器具在使用前必须经过标定且满足施工精度要求。

3)灌浆过程中，施工人员应严格控制灌段长、灌浆压力及浆液水灰比，灌浆压力和灌浆水灰比要及时进行记录。

4)灌浆要连续进行，一般不允许中断，一旦发生中断，要尽快恢复灌浆。

5)施工机组在钻孔、灌浆过程中，应及时并详细作好各种记录，尤其要详细记录好钻孔失水、塌孔、掉块、掉钻等特殊现象及具体位置。按技术要求控制好灌浆压力及浆液浓度并如实作好记录。任何报表都有必须及时上交，任何人不得追记、补记、超前记录报表。

6)严格执行“三检制”，各道工序首先经班组、技术人员自检、质检人员复检、最后由监理工程师进行终检，二检人员应对重点部位或关键工序进行重点检查和控制，并作好值班记录及各种检查验收记录，在现场及时发现和解决各种问题，消除质量隐患。

7)灌浆过程中每30min测记一次浆液比重，要求开灌和更换浆液比级时必须测定浆液比重，浆液温度应控制在5～40℃，搅拌时间不超过4小时，超过者作为废浆处理。

本发明中未作特殊说明的构件或装置等均为现有技术。