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        高壓旋噴灌漿技術(shù)在黃河工程中的應(yīng)用

        2010-07-19 08:48:36李亮玉張慶偉
        山東水利 2010年5期
        關(guān)鍵詞:粉土圍堰泵站

        李亮玉 張慶偉

        (山東臨沂水利工程總公司,山東 臨沂 276006)

        1 泵站工程總體情況

        1.1 工程概況

        利津縣宮家干渠渠首泵站位于宮家引黃閘前首,黃河左岸宮家斷面以下300m處,相應(yīng)大堤樁號(hào)300+137。泵站由連接段、自流閘、泵室、出水池、箱式變電站、管理房等部分組成。自流閘設(shè)計(jì)流量30m3/s,泵站設(shè)計(jì)流量18m3/s,選用6臺(tái)900QZB-125潛水軸流泵,泵站總裝機(jī)容量960kW。

        1.2 區(qū)域地層

        根據(jù)野外鉆探揭露、靜探資料及室內(nèi)土工試驗(yàn),勘察場(chǎng)地地層除表層為素填土外,其下地層均由黃河三角洲第四紀(jì)新近堆積的粉土,粘性土組成。地層特征自上而下分述為:

        一層素填土(Q4ml):黃褐色,土質(zhì)不均勻,以粉土為主,含云母,含有機(jī)質(zhì),加粉質(zhì)粘土團(tuán)塊,含植物根系及少量建筑垃圾,稍濕。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:2.00~3.20m,平均 2.35m;層底標(biāo)高:16.60~17.91m,平均 17.42m;層底埋深:2.00~3.20m,平均 2.35m。

        二層粉土(Q4al):黃褐色,土質(zhì)較均勻,含云母、氧化鐵斑、有機(jī)質(zhì),稍有粘性,層里不明顯,搖振反應(yīng)迅速,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低,夾粉質(zhì)粘土薄層,稍密,濕。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:1.80~7.60m,平均 3.95m;層底標(biāo)高:10.31~15.7m,平均 13.47m;層底埋深:4.00~9.60m,平均 6.30m。

        三層粉土(Q4al):灰色,土質(zhì)較均勻,含云母、氧化鐵斑,搖振無反應(yīng),稍有光滑,干強(qiáng)度中等,韌性較好,粘感較明顯,夾粘土薄層,軟塑。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:4.70~9.60m,平均 7.45m;層底標(biāo)高:0.71~9.70m,平均6.02m;層底埋深:10.00~19.20m,平均 13.75m。

        四層粉土(Q4al):黃褐色,土質(zhì)均勻,顆粒較粗,含云母、貝殼及氧化鐵斑、有機(jī)質(zhì),稍有粘性,層里不明顯,搖振反應(yīng)較快,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低,密實(shí),濕。 場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:1.30~16.20m,平均 9.68m;層底標(biāo)高:-6.50~4.00m,平均-3.65m;層底埋深:15.80~26.20m,平均 23.43m。

        五層粉土(Q4al):黃褐色,土質(zhì)較均勻,含云母及氧化鐵斑,搖振無反應(yīng),稍有光滑,干強(qiáng)度中等,韌性較好,粘感較明顯,夾粘土及粉土薄層,可塑。場(chǎng)區(qū)普遍分布,厚度:1.50~12.30m,平均 4.63m;層底標(biāo)高:-8.81~ -7.99m,平均-8.28m;層底埋深:27.70~28.50m,平均28.05m。

        六層粉土(Q4al):黃褐色,土質(zhì)較均勻,顆粒較粗,含云母、貝殼及氧化鐵斑、有機(jī)質(zhì),搖振,稍有粘性,層里不明顯,搖振反應(yīng)較快,無光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低,較粗,夾粉質(zhì)土層薄厚,密實(shí),濕。該層未穿透。

        1.3 地基承載力特征值

        根據(jù) 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)的有關(guān)規(guī)定,地基承載力特征值可以根據(jù)原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果,并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合確定各層土的地基承載力特征值fak(見表1)。

        1.4 場(chǎng)地土滲透性評(píng)價(jià)及基坑開挖

        從室內(nèi)土樣滲透試驗(yàn)成果表2得出,二層為中性透水性土,三層為弱透水性土。

        表2 滲透試驗(yàn)成果表 cm/s

        2 施工導(dǎo)流及基礎(chǔ)處理方案論證

        根據(jù)地形、地質(zhì)條件、水頭等情況,初步確定兩種基礎(chǔ)處理方案。

        方案一:在泵站上游采用全段圍堰法導(dǎo)流,將兩壩頭處拋石拆除,填筑土圍堰,邊填筑邊在內(nèi)外坡堆放裝土編織袋;同時(shí)外坡采用圍堰頂高出水面1.0m時(shí),沿圍堰軸線進(jìn)行水泥土深層攪拌法(濕法)截滲墻施工。施工降水采用滲井和輕型井點(diǎn)相結(jié)合方式降水,在臨河側(cè)布置滲井,基坑周圍布置輕型井點(diǎn)。自流閘、泵室及扶壁基礎(chǔ)采用水泥土攪拌法中的粉體噴攪法(干法)提高地基承載力。

        方案二:施工平臺(tái)與圍堰同時(shí)填筑施工,首先采用挖掘機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)清理,采用工地附近土料場(chǎng)的土料,利用挖掘機(jī)裝車,自卸汽車運(yùn)輸,挖掘機(jī)分段、分層平料、壓實(shí)的方法。

        施工平臺(tái)填筑以高出水位1.0m控制,施工圍堰頂高程 15.00m,頂寬 5~7m,邊坡 1:1,采用塑料編織袋裝砂填筑封閉土石圍堰。為防止波浪沖刷,迎水坡采用編織袋裝土護(hù)坡。

        施工平臺(tái)及圍堰完成后,進(jìn)行高壓旋噴截滲。在施工平臺(tái)迎水面布置三排孔、左右岸兩側(cè)旋噴樁布置雙排孔,孔距0.9m,孔深 14m,共布孔268個(gè)。自流閘、泵室及出水池基礎(chǔ),梅花樁布孔,孔間距0.9m,泵房基礎(chǔ)旋噴樁高程控制在4.3~7.3m,閘室基礎(chǔ)旋噴樁高程控制在 5.5~8.5m。

        經(jīng)過反復(fù)論證分析,方案一圍堰伸入黃河主河道,施工難度較大,同時(shí)井點(diǎn)降水造價(jià)較高。方案二考慮到高噴不存在一般注漿的可灌性問題,只要高壓射流能破壞的地層如細(xì)砂、特細(xì)砂、粘性土均可處理;高壓噴射灌漿板墻自身及它與周邊構(gòu)筑物在上下、左右、前后能實(shí)現(xiàn)三維空間連接;高噴灌漿無須護(hù)壁漿液和砼制作澆筑系統(tǒng),對(duì)場(chǎng)地要求不高;同時(shí)適用于軟基加固及松散體整體固化,故采用高壓噴射灌漿防滲墻的防滲處理方案,既可滿足地基承載力,又達(dá)到截滲目的,降低工程造價(jià),大大提高了施工可行性。

        3 高壓旋噴截滲施工工藝

        高壓噴射灌漿技術(shù)的基本原理是利用射流作用切割摻攪土層,改變?cè)翆拥慕Y(jié)構(gòu)和組成,同時(shí)灌入水泥漿達(dá)到防滲目的。

        3.1 施工機(jī)械

        造孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī),高壓噴射灌漿采用GP-5高噴臺(tái)車,輔以高壓灌漿泵、空壓機(jī)、水泥漿攪拌機(jī)等。

        3.2 施工方法

        1)定孔:采取全站儀進(jìn)行整體測(cè)量放線,并按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔進(jìn)行編號(hào)。2)造孔:將鉆機(jī)移至定位的孔位上泥漿護(hù)壁鉆孔,鉆進(jìn)過程中隨時(shí)注意觀察鉆機(jī)的工作情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正,直至鉆至設(shè)計(jì)深度。3)下噴射管:將高噴臺(tái)車移至孔口、對(duì)準(zhǔn)孔位中心,進(jìn)行地面試噴后下管。為防止氣噴嘴堵塞,下管前可用膠布包扎,可用1MPa水壓下管,下到設(shè)計(jì)深度后,用水平尺檢查垂直度。4)制漿:制漿站嚴(yán)格按照監(jiān)理人批準(zhǔn)的水灰比配制并拌制水泥漿。每罐測(cè)量一次漿液比重,并詳細(xì)記錄(見表3)。在灌漿過程中連續(xù)攪拌,漿液過篩后使用。5)噴射提升:噴管下至設(shè)計(jì)深度后,開始送入符合要求的氣、漿,待孔內(nèi)漿液冒出孔口后,隨即按旋(擺)噴的工藝要求提升注漿管,由下而上注漿。在灌漿過程中要特別注意孔口冒漿情況,如孔口出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,說明地層中空隙大或有集中漏水現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)采取措施,如充砂或摻外加劑等措施,以確保樁的連續(xù)性。6)回灌:待噴射管提出地面后,在原孔位利用水泥漿進(jìn)行回灌,直至孔內(nèi)漿液面不下降為止,以確保施工質(zhì)量。7)沖洗:噴射結(jié)束后,及時(shí)將各管路沖洗干凈,以防堵塞。

        3.3 施工質(zhì)量控制方法

        1) 施工過程質(zhì)量控制

        表3 制漿站配料計(jì)算表

        a.在施工前,做好技術(shù)交底,明確技術(shù)措施。b.施工前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和地下埋設(shè)物的位置等情況,復(fù)核高壓噴射注漿的設(shè)計(jì)孔位。精確測(cè)量放樣,孔位誤差小于50mm,鉆孔深度大于設(shè)計(jì)樁底100mm,成孔偏斜率小于0.5%。c.鉆孔至巖面內(nèi)0.2~0.5m后提鉆,報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師核實(shí)孔深。d.對(duì)漿液配比嚴(yán)格控制,做到掛牌施工,每盤檢測(cè)一次漿液比重。e.認(rèn)真做好各樁的施工記錄和工程意外情況。f.認(rèn)真組織開展施工班組的質(zhì)量自檢、互檢、交接班檢查,嚴(yán)格獎(jiǎng)懲制度。g.實(shí)行崗位責(zé)任制,貫徹全面質(zhì)量管理。

        2)特殊情況處理

        a.塌孔:鉆孔時(shí),出現(xiàn)塌孔或不返水現(xiàn)象應(yīng)說明原因,詳細(xì)記錄層深。并用粘土充填固壁來處理,以順利成孔和保證孔壁穩(wěn)定。b.噴漿中斷:在噴漿過程中,供漿必須連續(xù),一旦中斷,將噴漿管下沉到停漿點(diǎn)以下進(jìn)行復(fù)噴,以保證樁體的完整性。c.冒漿:在噴射注漿過程中,觀察冒漿的情況,以及時(shí)了解土層情況,判別噴射注漿的大致效果和噴射參數(shù)是否合理。冒漿量小于注漿量20%為正?,F(xiàn)象;超過20%或完全不冒漿時(shí),應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。若系地層中有較大空隙引起的不冒漿,可增大注漿量;如冒漿過大,可減少注漿量或加快提升和回旋的速度。對(duì)冒漿要妥善處理:對(duì)施工時(shí)從孔中冒出的漿液應(yīng)引流入沉淀池中。d.凹漿處理:及時(shí)進(jìn)行回灌處理。e.旋、擺噴分界處理:依據(jù)設(shè)計(jì)高度要求,在垂直方向分界線處施工時(shí),要改變噴射方式,適當(dāng)減緩提升速度,以保證樁體的質(zhì)量。

        4 結(jié) 語

        在黃河工程施工中,施工導(dǎo)流及基礎(chǔ)處理工程存在一定的難度,同時(shí)也極為關(guān)鍵。

        采用高噴灌漿防滲處理后,檢測(cè)表明,東營(yíng)市利津縣宮家閘前泵站工程施工圍堰高噴防滲墻施工質(zhì)量?jī)?yōu)良,高壓旋噴樁經(jīng)單樁和復(fù)合地基載荷試驗(yàn),各項(xiàng)性能均滿足設(shè)計(jì)要求,地基沉降在允許范圍以內(nèi)??梢姼邏盒龂姽酀{的地基處理方式是合適的、可行的,同時(shí)對(duì)地基承載力設(shè)計(jì)值比較大的粘性土和粉性土,可通過加強(qiáng)施工成樁試驗(yàn),合理調(diào)整施工機(jī)械和有關(guān)參數(shù),加強(qiáng)水泥用量的計(jì)量,可以確保高壓旋噴樁的質(zhì)量。

        [1]楊南方,尹輝.建筑工程施工技術(shù)措施 [M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.

        [2]李天科,侯慶國(guó),黃明樹.水利工程施工[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

        [3]葉書麟,葉觀寶.基礎(chǔ)處理 [M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

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