王明甫 周 輝
多頭小直徑深層攪拌樁在清水畔水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用
王明甫 周 輝
清水畔水庫(kù)位于江蘇省睢寧縣姚集鎮(zhèn)清水畔村境內(nèi),建于1957年。設(shè)計(jì)洪水位28.09m,校核洪水位28.45m,總庫(kù)容 627.28×104m3,水庫(kù)主要建筑物有粉質(zhì)粘性土壩1座,長(zhǎng)1373m,進(jìn)水閘1座,灌溉涵洞1座,泄洪涵洞1座,以防洪、灌溉為主結(jié)合水面養(yǎng)殖等綜合利用的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。根據(jù)地質(zhì)條件,壩體加固采取深層攪拌樁進(jìn)行防滲處理。
多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻的施工原理是運(yùn)用深層攪拌樁機(jī)在地基一定深度范圍內(nèi)把水泥漿噴入土體,使水泥和土體產(chǎn)生一系列的物理—化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)形成具有整體性、水穩(wěn)性、一定強(qiáng)度和防滲能力的水泥土樁體。
(1)按設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放樣,確定截滲墻的軸線。
(2)測(cè)放具體孔位,設(shè)置鉆機(jī)標(biāo)志。
(3)移動(dòng)主機(jī)至設(shè)計(jì)鉆孔位置,并進(jìn)行機(jī)械調(diào)平,水平對(duì)中孔位。
(4)啟動(dòng)鉆機(jī),樁機(jī)鉆頭攪拌下沉——到達(dá)設(shè)計(jì)墻頂高程后,開(kāi)啟噴漿泵送漿——至設(shè)計(jì)深度,記錄輸漿量。
(5)重復(fù)攪拌提升,同時(shí)噴漿直至設(shè)計(jì)墻頂,再攪拌提升到地面。
(6)關(guān)閉攪拌樁機(jī)。樁機(jī)前移就位,調(diào)平后,重復(fù)上述過(guò)程,進(jìn)行下一單元墻施工。
(1)施工機(jī)具選擇
攪拌樁防滲墻施工設(shè)備由鉆機(jī)裝置和灌漿裝置構(gòu)成。根據(jù)清水畔水庫(kù)大壩的地質(zhì)資料,本工程鉆機(jī)采用3頭小直徑深層攪拌樁機(jī),灌漿裝置有擠壓式灰漿泵、水泥漿引漿筒、儲(chǔ)漿筒、集料斗等,噴漿系統(tǒng)采用電腦計(jì)量,自動(dòng)控制每根漿管的漿量及密度。
(2)施工參數(shù)選擇
根據(jù)清水畔水庫(kù)施工圖設(shè)計(jì)要求,攪拌樁防滲墻的各參數(shù)為:滲透系數(shù)K應(yīng)小于A×10-6cm/s(1<A<10);墻體最小厚度16cm;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3M Pa;水泥摻入量15%;水灰比一般要求不低于1.2。
(3)材料選用
按施工圖紙的要求,攪拌樁的水泥漿液所需的水泥品種選用42.5普通硅酸鹽水泥。水泥漿用水直接采用庫(kù)中蓄水(滿足拌和要求)。
(1)防滲墻軸線測(cè)放
清水畔水庫(kù)原大壩軸線比較順直,根據(jù)設(shè)計(jì)大壩軸線偏上游側(cè)布置,利用測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)設(shè)截滲墻中心線位置,確定截滲墻施工軸線。
(2)高程接測(cè)
為了保證高程的準(zhǔn)確無(wú)誤,利用監(jiān)理提供的的水準(zhǔn)點(diǎn),沿截滲墻軸線在堤頂每30m施測(cè)一個(gè)高程點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)樁頂?shù)赘叱碳皩?shí)測(cè)堤頂高程,編制成樁控制表。
攪拌樁機(jī)每幅單序施工成墻有效長(zhǎng)度為750m m,一序孔施工完后,前移150m m施工二序孔,一、二序孔均施工完成后即完成一個(gè)有效長(zhǎng)度為900m m的單元墻體,然后前移750m m移至下一單元的一序孔施工,如此往復(fù),形成連續(xù)套接的攪拌樁截滲墻體。
根據(jù)清水畔水庫(kù)施工圖設(shè)計(jì)要求,結(jié)合試驗(yàn)確定水泥摻入量為15%,每一攪拌桶水泥用量按照攪拌桶容積進(jìn)行摻量計(jì)算。制漿時(shí)每桶均先放水到計(jì)算用量,然后放入摻量的水泥進(jìn)行攪拌,每桶進(jìn)行正反方向攪拌不少于2m i n。
攪拌機(jī)準(zhǔn)確定位后,啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī),放松起重機(jī)或樁架的鋼絲繩,攪拌機(jī)開(kāi)始切土攪拌下沉,至防滲墻設(shè)計(jì)底線深度以后,同時(shí)開(kāi)啟灰漿泵,使水泥漿自動(dòng)連續(xù)噴入地層中,噴漿開(kāi)始30s~60s內(nèi)不提升,并使攪拌頭在樁底1m范圍內(nèi)上下活動(dòng)一次,然后按下沉及上提平均速度小于0.8m/m i n或Ⅲ~Ⅴ檔的速度提升攪拌頭。提升過(guò)程中不斷噴入新漿,提升至設(shè)計(jì)樁頂高程0.5m以上,停止提升,繼續(xù)攪拌數(shù)秒,使?jié){液完全到達(dá)樁頂。第一次攪拌完成后,停止注漿,再次將攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土體中,直至設(shè)計(jì)深度以后,回轉(zhuǎn)提升至地面完成二次攪拌。隨后,向集漿桶內(nèi)注入適量的清水,清洗管路中殘存的水泥漿,并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。然后樁機(jī)向前平移額定距離,重復(fù)以上過(guò)程開(kāi)始下一單元墻施工。
截滲墻體施工順序橫斷面形狀如圖1。
根據(jù)單、雙序及單元幅之間中心距,在墻體中心線一側(cè)劃定每幅間的間隔位置,并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定做好施工模具定樁位,控制平面偏差在±3cm以內(nèi)。
成樁設(shè)備就位平整穩(wěn)固,采用經(jīng)緯儀作樁架垂直度的初始零點(diǎn)校準(zhǔn),并用兩側(cè)垂直角度儀或吊垂跟蹤調(diào)整導(dǎo)桿立柱的垂直度,用三支點(diǎn)導(dǎo)桿立柱的垂直度控制鉆具垂直度偏差在±0.3%以內(nèi)。攪拌掘進(jìn)過(guò)程中,隨時(shí)檢測(cè)攪拌軸的垂直度,以保證攪拌樁垂直度。
開(kāi)動(dòng)攪拌主機(jī),并徐徐下降鉆頭與壩基土接觸,開(kāi)始慢速攪拌進(jìn)尺,鉆頭下沉設(shè)計(jì)樁頂開(kāi)始噴漿,用樁架導(dǎo)柱標(biāo)尺和計(jì)時(shí)器聯(lián)合控制鉆進(jìn)攪拌速度。鉆進(jìn)攪拌時(shí),通過(guò)在導(dǎo)桿立柱上劃分標(biāo)尺來(lái)量測(cè)鉆具鉆進(jìn)速度。挖掘攪拌前,先調(diào)試好深度記錄儀,以鉆頭接觸地面時(shí)定為0深度,以確保深度記錄儀與鉆頭深度的同步性和準(zhǔn)確性,控制鉆進(jìn)深度不小于設(shè)計(jì)深度深層攪拌樁施工時(shí),攪拌次數(shù)越多,則拌和越均勻,防滲效果越好。試驗(yàn)證明,當(dāng)加固范圍內(nèi)土體任一點(diǎn)的水泥土每遍經(jīng)過(guò)20次的拌和,其強(qiáng)度即可達(dá)到較高值。
本工程采用的刀片為6片,葉片寬度10cm,攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角約60°,攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)為50rev/m i n,攪噴下沉速度為1.0m/m i n、攪拌提升速度為1.5 m/m i n,根據(jù)每遍攪拌次數(shù)公式N=h·cosβ·∑Z·n/V,得 N=0.1×cos60°×6×50/1.0+0.1×cos60°×6×50/1.5=25次>20次,滿足攪拌次數(shù)要求。
圖1 多頭小直徑攪拌樁水泥土截滲墻分單元分序施工示意圖
表1 截滲墻鉆芯檢測(cè)成果表
表2 滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表
表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
采用電子計(jì)數(shù)器控制水量,嚴(yán)格按預(yù)定配合比制作漿液,用比重計(jì)量測(cè)控制漿液的比重。水泥漿液隨配隨用,且不斷攪動(dòng)。在灰漿攪拌機(jī)與集料斗之間設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。漿液存放時(shí)注意以下幾點(diǎn):①當(dāng)氣溫在10℃以下時(shí),不宜超過(guò)5h。②當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí),不宜超過(guò)3h。③漿液溫度應(yīng)控制在5℃~40℃,超出規(guī)定應(yīng)予以廢棄。漿液存放時(shí)間超過(guò)以上規(guī)定的有效時(shí)間,作廢漿處理。
挖掘攪拌時(shí)按規(guī)定一次注漿完畢,漿液由注漿泵經(jīng)管路送至挖掘頭,注漿量由無(wú)級(jí)電機(jī)調(diào)速器和自動(dòng)瞬時(shí)流速計(jì)及累計(jì)流量計(jì)監(jiān)控。若中途出現(xiàn)堵管、斷漿等現(xiàn)象,應(yīng)立即停泵,查找原因進(jìn)行修理,待故障排除后再掘進(jìn)攪拌。當(dāng)因故停機(jī)超過(guò)半小時(shí),應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路妥善清洗。
為保證攪拌樁的樁徑、成墻厚度及攪拌均勻程度,鉆頭齒片端部焊接合金塊,對(duì)使用的鉆頭定期復(fù)核檢查,控制其磨耗量不大于2m m。為確保墻體均勻度,應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)過(guò)程中的注漿均勻性。幅間樁體的連結(jié)是水泥土防滲墻施工最關(guān)鍵的一道工序,在施工時(shí)嚴(yán)格控制樁位和垂直度,保證幅間套接質(zhì)量和墻體的整體連續(xù)性。
攪拌樁防滲墻的質(zhì)量檢測(cè)主要有開(kāi)挖檢測(cè)、鉆孔取芯檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)等3種形式。
采用地質(zhì)工程鉆機(jī)鉆取了3組芯樣,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
截滲墻有效深度均大于8.0m的設(shè)計(jì)深度。
上述3組芯樣取出部分芯段,室內(nèi)加工成錐形試塊,檢測(cè)了水泥土截滲墻體的滲透系數(shù),試驗(yàn)結(jié)果如表2。
水泥土滲透系數(shù)抽檢3組,檢測(cè)值為 8.49×10-8cm/s~8.84×10-6cm/s,滿足設(shè)計(jì)要求(1<A<10)。
另取部分上述3組芯樣,加工后形成直徑 71.1m m~72.1m m,高度100m m~101m m的試樣,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表3:
3組無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度推定值為0.74M Pa~5.87M Pa,滿足設(shè)計(jì)要求(≥0.3 M Pa)
采用瑞典M ALA公司的RAM AC地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)壩體防滲墻連續(xù)性進(jìn)行檢測(cè),表明壩體防滲墻連續(xù),其頂界面位于距頂約2m深處,底界面位于距堤頂10m深處,滿足設(shè)計(jì)要求。
采用多頭直徑深層攪拌樁的方案加固水庫(kù)大壩,有效深度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、樁的連續(xù)性各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求,與其他加固方案相比,具有防滲效果較好、施工工期短等優(yōu)點(diǎn),可以在各類水利工程的防滲處理中廣泛應(yīng)用
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