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        閘室基坑管涌處理方案的研究

        2014-05-09 08:25:54
        交通科技 2014年1期
        關(guān)鍵詞:閘室濾料壓漿

        崔 超

        (中建筑港集團(tuán)有限公司 青島 266032)

        船閘工程基坑開(kāi)挖普遍較深,且船閘工程一般緊鄰河岸,工程地質(zhì)含水量豐富,地下水位一般較高,對(duì)基坑止水、降水提出了很高的要求。管涌是船閘基坑開(kāi)挖過(guò)程中常見(jiàn)的現(xiàn)象,管涌的發(fā)生對(duì)于船閘基坑及周邊建筑物安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅,對(duì)管涌的處理必須要快,不能使管涌事態(tài)發(fā)展嚴(yán)重。本文對(duì)發(fā)生在基坑中間位置的某處管涌的發(fā)生經(jīng)過(guò)、原因進(jìn)行分析,并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行闡述,旨在對(duì)此類管涌處理提供一些思路。

        1 管涌發(fā)生及處理經(jīng)過(guò)

        2012年2月11日,項(xiàng)目部按照施工計(jì)劃開(kāi)挖完成7號(hào)閘室基坑,此次開(kāi)挖深度為-2.5~-5.6 m。2012年2月12日07:00在6號(hào)基坑與7號(hào)基坑分縫間發(fā)現(xiàn)涌水,根據(jù)觀察,涌水含灰黑色泥沙,涌水量有逐漸增大的趨勢(shì)。出水點(diǎn)具體位置見(jiàn)圖1。

        圖1 降水井平面布置圖

        項(xiàng)目部發(fā)現(xiàn)涌水后,及時(shí)通知了監(jiān)理部及工程辦,因12日天氣持續(xù)降雨,暫時(shí)調(diào)遣挖掘機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)填筑圍堰,避免涌水浸泡基坑,圍堰內(nèi)下放水泵進(jìn)行抽排水。2月13日早,管涌部位涌水量穩(wěn)定,涌水部位擴(kuò)大為直徑約2 m,深度約5 m的沉陷孔洞,經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)院等4方共同商定,提出了以下處理方案:首先在管涌位置開(kāi)挖,保證管涌出水點(diǎn)在開(kāi)挖坑底中間位置,管涌部位全部用碎石+砂拌和后回填[1],頂部放置油桶作為過(guò)濾箱,油桶周邊全部打孔,外部包裹目布,過(guò)濾箱內(nèi)放水泵將過(guò)濾后清水抽出。過(guò)濾清水并觀測(cè)穩(wěn)定后,用鋼管引至底板外側(cè)井管內(nèi)。外側(cè)井管采用直徑300 mm的波紋管,管壁打孔包裹目布,底部采用土工布封底,四周填充碎石沙濾料。橫向直徑160 mm的鋼管埋設(shè)完成以后,頂部全部用封底混凝土澆筑。待閘室底板封絞結(jié)束且墻后回填到位后,井內(nèi)停止抽水,待內(nèi)外水壓平衡不再涌水,邊側(cè)降水井進(jìn)行回填及壓漿處理,對(duì)底板中間預(yù)埋鋼管進(jìn)行壓漿處理

        2月13日按照方案將過(guò)濾箱安裝完成并順利抽水,2 d后水質(zhì)清澈,項(xiàng)目部連續(xù)對(duì)管涌部位進(jìn)行觀測(cè),至3月7日管涌部位涌水均清澈,水量穩(wěn)定,涌水量約為20 m3/h,濾料未下陷。3月7日按照既定方案,開(kāi)挖溝槽下放鋼管,將水引至底板外側(cè),并對(duì)7號(hào)底板進(jìn)行了封底。

        此后繼續(xù)每天對(duì)管涌涌水進(jìn)行觀測(cè),前期涌水一直穩(wěn)定,3月底管涌部位水質(zhì)突然變渾濁,項(xiàng)目部將引水水泵自-8.0 m提高至-6.5 m后水質(zhì)變化不大,為此于4月1日將管涌部位混凝土鑿除并重新開(kāi)挖補(bǔ)充碎石,并按照設(shè)計(jì)院要求在7號(hào)閘室底板南北側(cè)及下閘首部位共打設(shè)5口底標(biāo)高為-20.0 m的深井進(jìn)行降水。經(jīng)過(guò)處理后水質(zhì)清澈,涌水穩(wěn)定。

        4月17日水質(zhì)再次突然變渾濁,分析原因可能與4月16日晚降水井線路故障導(dǎo)致基坑北側(cè)8口降水井水泵燒壞而停抽有關(guān)。根據(jù)4月18日管涌處理專題會(huì)議要求,項(xiàng)目部對(duì)現(xiàn)場(chǎng)降水井線路進(jìn)行重新梳理,并按要求配備了充足的備用降水設(shè)備,保證降水的連續(xù)性。同時(shí)對(duì)管涌部位濾料進(jìn)行換填,并再次補(bǔ)打深水井,要求濾料中提高砂含量,并且于4月19日對(duì)濾料下挖2 m全部進(jìn)行了換填,并于4月25日在7號(hào)底板南北側(cè)補(bǔ)打3口-20.0 m深井進(jìn)行降水。降水井連續(xù)降水后,根據(jù)觀測(cè),涌水量明顯減少,用水量約為13.5 m3/h,但未能持續(xù)減少,并且由于濾料砂含量太高,管涌部位涌水無(wú)法自濾料中涌出,大部分從濾料和泥土接縫處涌出,并且涌水一直未能濾清,涌水部位濾料持續(xù)下沉。為此,項(xiàng)目部于4月29日對(duì)濾料再次進(jìn)行換填(全部用小石子進(jìn)行換填),至5月2日,水質(zhì)逐漸清澈,涌水穩(wěn)定,濾料穩(wěn)定未下沉。

        2 管涌原因分析

        根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告[2],本工程地下水類型主要為上層滯水與空隙性承壓水。

        場(chǎng)地地表?、②層由于存在裂隙、孔隙、孔洞,透水、含水,構(gòu)成場(chǎng)地上層滯水含水層。⑥、⑧層粘土局部分布,⑤、⑦層粉土與⑨層粉砂互相連通,⑤層室內(nèi)垂直向滲透系數(shù)K=1.9×10-5c m/s~2.4×10-4c m/s;⑦層室內(nèi)垂直向滲透系數(shù)K=1.5×10-5c m/s~7.2×10-4c m/s;⑨層室內(nèi)垂直向滲透系數(shù)K=1.2×10-5c m/s~9.7×10-4c m/s;為弱~中等透水性;⑤、⑦、⑨層共同構(gòu)成了場(chǎng)地的第一承壓含水層(微承壓)。上覆②層~④層粘性土室內(nèi)垂直向滲透系數(shù)K=1.1×10-5c m/s~3.6×10-8c m/s;為微~極微透水性,構(gòu)成其隔水頂板。⑩層粉質(zhì)粘土室內(nèi)垂直向滲透系數(shù)K=1.2×10-8c m/s~7.8×10-8c m/s;為極微透水性,構(gòu)成其隔水底板。根據(jù)地質(zhì)勘探,場(chǎng)地承壓水位為1.93 m。

        根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,閘室基坑開(kāi)挖標(biāo)高為-5.9 m,處于⑤層土內(nèi),其下層⑦及⑨層均含有微承壓水,特別是⑨層含水層,含水層厚度大,且為粉砂土,如果⑤、⑦層內(nèi)有小空隙與⑨層相通,極易出現(xiàn)管涌現(xiàn)象,且管涌前期涌出土的顏色為灰黑色粉砂土,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,⑤、⑦層為灰黃色,只有⑨層土含有灰色粉砂。并且在基坑開(kāi)挖及處理管涌開(kāi)挖過(guò)程中,在管涌部位挖出木樁,推測(cè)此處原先就存在涌水通道,因此此次管涌極有可能為自⑨層土內(nèi)沿原有涌水通道涌出的承壓水。

        3 后期處理方案

        3.1 底板施工計(jì)劃

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安排,計(jì)劃先施工8,9號(hào)底板后,再施工7號(hào)底板,最后施工10號(hào)底板,7號(hào)底板作為倒數(shù)第2塊施工。

        3.2 管涌混凝土封堵方案

        管涌部位已經(jīng)用級(jí)配碎石拌和后回填,在頂部放置油桶作為過(guò)濾箱,油桶周邊全部打孔,外部包裹目布,過(guò)濾箱內(nèi)放水泵將過(guò)濾后清水抽出。過(guò)濾清水并觀測(cè)穩(wěn)定后,用鋼管引至底板外側(cè)井管內(nèi)。在底板施工前,若管涌部位出清水無(wú)變化,則對(duì)管涌部位進(jìn)行封底,在挖開(kāi)區(qū)域均采用30 c m的C20混凝土封底。

        3.3 降水井的處理

        在管涌?jī)蓚?cè)有5口深井,其中9號(hào)、補(bǔ)1號(hào)、補(bǔ)2號(hào)位于北側(cè),27號(hào)、補(bǔ)3號(hào)位于南側(cè),深井底標(biāo)高為-20 m,經(jīng)過(guò)持續(xù)降水,管涌中出的明水?dāng)?shù)量較初期有明顯減少,但未能繼續(xù)減少?,F(xiàn)在9號(hào)深井中有泥砂抽出,暫不進(jìn)行抽水,觀察穩(wěn)定后再行處理。其他深井及降水井進(jìn)行持續(xù)抽水,以保證地下水位的降低,抽水時(shí)間持續(xù)到底板寬縫施工完成。

        項(xiàng)目部對(duì)抽水線路進(jìn)行專項(xiàng)鋪設(shè),北側(cè)500 k VA變壓器總線路與船閘發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)接,南側(cè)總線路與315 k VA變壓器進(jìn)行聯(lián)接,保證停電后0.5 h內(nèi)可實(shí)現(xiàn)2個(gè)變壓器之間的交互送電,以確保地下降水的進(jìn)行。在停電期間,在深水降水開(kāi)始工作抽水之前,引水管中的水泵也不抽水,以減少地下水的水力梯度,以免擾動(dòng)管涌通道中的泥砂平衡。

        3.4 最終處理方案

        待閘室7號(hào)底板澆筑完成,將兩側(cè)土方回填到-3.65 m后,將引出管中的水泵暫停抽水,觀測(cè)依靠管涌自身水頭上升能否達(dá)到內(nèi)外平衡,如不再涌水,則停止引水管中的水泵抽水,并根據(jù)情況利用閘室底板預(yù)留鋼管對(duì)管涌處進(jìn)行壓漿封堵。如仍有少量涌水,則設(shè)置小功率水泵抽除自溢的水體,并加高引水井高度,水泵上提,觀測(cè)涌水是否減小,并加快6,7號(hào)一層廊道施工速度,待廊道完成后,將土方回填到1.0 m標(biāo)高后,將水泵停抽,再觀測(cè)管涌處的水頭平衡情況,如不再涌水,即利用預(yù)留在閘室中的鋼管進(jìn)行壓漿處理。

        若7號(hào)基坑管涌處封底至底板澆筑期間管涌出現(xiàn)渾水,則將管涌引水水井接高,抽水水泵上提,依靠自身水頭減少管涌出水量,另外加快7號(hào)底板施工速度,底板澆筑完成后按照上述方案進(jìn)行處理。為避免出現(xiàn)底板施工期間出現(xiàn)問(wèn)題,管涌部位封底時(shí)間盡量延后,縮短自封底至底板澆筑間隔時(shí)間,加強(qiáng)7號(hào)底板澆筑前降水井管理工作,確?;咏邓€(wěn)定,避免管涌部位出現(xiàn)異常。底板澆筑完成后水頭達(dá)到平衡則盡快進(jìn)行壓漿處理[3]。

        3.5 壓漿

        3.5.1 漿液配置

        采用混合純水泥漿液,即水泥-水玻璃雙液快凝漿液,水泥采用P.O32.5普通硅酸水泥,水灰比為0.6,加入適量水玻璃,含量約為水泥用量的2%,漿液初凝時(shí)間控制在1~2 h,具體含量由試驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)確定后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施[4]。

        3.5.2 施工工序

        (1)首先用專用鉆機(jī)利用底板上預(yù)留的鋼管孔向下鉆孔,鉆孔深度為底板底面以下5 m。

        (2)利用鉆機(jī)鉆桿由下而上進(jìn)行壓漿,通過(guò)高壓管將漿液壓入注漿管內(nèi),此時(shí)應(yīng)配合調(diào)節(jié)注漿壓力、流量,以便漿液順利壓入土體內(nèi)。注漿壓力保持在0.3~0.4 MPa左右,在每一壓漿段內(nèi)灌入一定預(yù)估的漿量后(根據(jù)《地基處理手冊(cè)》灌漿溶液總用量Q=K×V×n×1 000=1×15.7×0.44×1 000=6 908 L,根據(jù)總量及注漿段高度預(yù)估分段注漿量),應(yīng)停止壓漿,待其漿液穩(wěn)定(一般20 min)后,再把注漿管提起50 c m。再壓漿、穩(wěn)定,拔管至設(shè)計(jì)標(biāo)高。壓漿時(shí)應(yīng)注意是否冒漿,一旦發(fā)現(xiàn)冒漿,應(yīng)立即停止壓漿,待穩(wěn)定一下,水泥漿初凝后方可再次壓漿。

        (3)單孔注漿結(jié)束后,預(yù)留鋼管頂部采用圓木塞封堵密實(shí),防止管內(nèi)漿回噴。3.5.3 質(zhì)量控制措施

        (1)施工期間,認(rèn)真記錄每個(gè)注漿孔的注漿壓力、注漿時(shí)間、水泥用量等參數(shù),并注意底板及其他注漿孔的冒漿情況。

        (2)注漿期間,在9號(hào)底板上架設(shè)測(cè)量?jī)x器,對(duì)7號(hào)底板進(jìn)行沉降觀測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)上浮跡象,立即停止注漿,查明原因或減小注漿壓力后再進(jìn)行注漿。

        (3)因水泥漿內(nèi)要摻加水玻璃,水玻璃摻加量應(yīng)用量杯嚴(yán)格控制用量,水泥漿液要隨拌隨用,攪拌均勻,不得有結(jié)塊和有襯墊的漿液待灌。

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)以上處理方法可知,對(duì)此類基坑底部中間位置管涌的處理,采用過(guò)濾引流,后期壓漿的處理方式,速度快,方法簡(jiǎn)便,費(fèi)用較少,處理效果好,管涌處理過(guò)程不影響其他結(jié)構(gòu)物的施工,可為其他類似管涌事故的處理提供參考。

        [1] JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

        [2] 江蘇揚(yáng)州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.寶應(yīng)船閘工程地質(zhì)報(bào)告[R].揚(yáng)州:江蘇揚(yáng)州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2010.

        [3] JGJ120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

        [4] GB50666-2011混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

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