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        導(dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻施工技術(shù)研究

        2017-10-18 06:43:35謝文鵬肖立生
        山東水利 2017年10期
        關(guān)鍵詞:桿式灰漿成槽

        謝文鵬,肖立生

        (山東省水利科學(xué)研究院、山東水利巖土工程公司,山東 濟(jì)南 250014)

        導(dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻施工技術(shù)研究

        謝文鵬,肖立生

        (山東省水利科學(xué)研究院、山東水利巖土工程公司,山東 濟(jì)南 250014)

        導(dǎo)桿式開槽機經(jīng)過長達(dá)半年的現(xiàn)場試驗,確定了自凝灰漿的改型配比和施工工藝,保證了墻體質(zhì)量的穩(wěn)定,確定的新型技術(shù)和施工工藝取得了參建各方的一致認(rèn)可,其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于規(guī)范要求,為此類防滲型式在永久工程的應(yīng)用打下了基礎(chǔ),對同類工程有較大借鑒意義。

        導(dǎo)桿式開槽機;自凝灰漿;試驗;施工工藝;指標(biāo)

        南水北調(diào)棗莊市續(xù)建配套工程尚善水庫為新建平原水庫,控制流域面積131.37 km2,工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型,分上下庫,上庫總庫容340.11萬m3,圍壩全長3.289 km,最大壩高4.8 m;下庫總庫容560.09萬m3,圍壩全長4.272 km,最大壩高5.5 m。水庫為下挖式水庫,蓄水位與現(xiàn)狀地面基本持平,最大擋水水頭6.0 m,圍壩壩基存在強透水的礫質(zhì)粗砂層,設(shè)計采用厚度25.0 cm的自凝灰漿防滲墻,成槽深度至庫底基巖面以下1.0 m,成槽完成后灌注自凝灰漿,漿體凝固后形成垂直防滲墻體。設(shè)計指標(biāo):抗壓強度R28為2~3 MPa;墻體滲透系數(shù)K≤5×10-6cm/s;垂直度≤0.5%;水泥摻入量≥100 kg/m2。防滲面積8.1萬m2,防滲軸線全長7.56 km。

        1 導(dǎo)桿式開槽機技術(shù)簡介

        導(dǎo)桿式開槽機構(gòu)筑地下連續(xù)墻技術(shù)是由山東省水科院研究開發(fā)的一種用于水利工程建造防滲墻的新型技術(shù),該技術(shù)采用導(dǎo)桿定位跟進(jìn),多軸豎向回轉(zhuǎn)切削原理進(jìn)行開槽,由動力頭、導(dǎo)桿、成槽器、泥漿泵組成開槽系統(tǒng)。動力頭通過內(nèi)置于導(dǎo)桿內(nèi)的鉆桿提供扭矩給成槽器,帶動無巖心鉆頭組轉(zhuǎn)動;泥漿泵通過漿液管道、槽孔形成漿液循環(huán),用于護(hù)壁和排除鉆渣;導(dǎo)桿沿開槽機機架豎向運動,對成槽器進(jìn)行定向、加壓、提升,最終形成規(guī)則的槽孔。灌注不同的材料可形成不同類型的防滲帷幕,墻體無縫連接。

        1.1 主要設(shè)備及系統(tǒng)

        1)施工平臺:采用履帶樁機操作平臺,用于承載動力系統(tǒng)、開槽系統(tǒng)。2)動力頭:大功率變頻調(diào)速電機,頂置式直聯(lián)結(jié)構(gòu)。3)導(dǎo)桿:上聯(lián)動力頭,下聯(lián)成槽器,具有傳遞動力、定向、導(dǎo)向、提升功能。4)成槽器:由一字排列的多軸無巖心鉆頭及箱體組成,導(dǎo)桿內(nèi)的鉆桿提供扭矩給成槽器旋切銑槽,最終形成規(guī)則的槽孔。5)漿液循環(huán)系統(tǒng):由大流量泥漿泵及輸漿管路組成。形成漿液循環(huán),用于護(hù)壁和排除鉆渣。

        1.2 設(shè)備性能指標(biāo)

        1)開槽技術(shù)參數(shù):開槽寬度 25.0~40.0 cm,單次開槽長度1.8~3.4 m,可連續(xù)或分序開槽,開槽最大深度30.0 m,垂直度0.5%,適用于顆粒直徑小于60.0 mm內(nèi)的各類地層;2)適用防滲墻類型:自凝灰漿防滲墻(小于 1×10-6cm/s);混凝土防滲墻(小于1×10-7cm/s);垂直鋪設(shè)復(fù)合土工膜(小于 1×10-9cm/s)。

        2 自凝灰漿配比設(shè)計

        2.1 自凝灰漿試驗室配比試驗

        墻體設(shè)計28 d抗壓強度為2~3 MPa,滲透系數(shù)小于5×10-6cm/s。若按照《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》(SL174-2014)對自凝灰漿配比的建議,難以滿足設(shè)計指標(biāo)的要求,并且本防滲工程為永久工程,對防滲的耐久性提出了更高的要求,需要對墻體材料配比進(jìn)行系統(tǒng)的試驗研究,因此安排專人進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗。選定正交試驗方法,根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的試驗組合,試驗選取L16(45)正交配合比表格,主要研究漿材的水膠比、當(dāng)?shù)仞ね翐搅?、膨潤土摻量三個因素對凝結(jié)體的力學(xué)指標(biāo)和防滲性能的影響規(guī)律與機理。每個因素選取4個數(shù)值,在現(xiàn)場前期的探索試驗的基礎(chǔ)上設(shè)定水膠比為 0.6、0.64、0.68、0.72;當(dāng)?shù)仞ね翐搅繛?9%、53%、57%、61%;膨潤土摻量為 3.4%、3.8%、4.2%、4.6%。

        經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,室內(nèi)配合比最終確定為水膠比為0.67,當(dāng)?shù)仞ね翐搅繛?0%,膨潤土摻量為4%。

        2.2 施工配合比

        現(xiàn)場試驗段依照室內(nèi)配合比進(jìn)行現(xiàn)場配制,并對試驗墻體的不同部位分別進(jìn)行了3組抗壓強度和滲透系數(shù)檢測,墻體6.0 m處抗壓強度和滲透系數(shù)平均值分別為:3.3 MPa、2.37×10-7cm/s;墻體8.0 m處抗壓強度和滲透系數(shù)的平均值分別為:4.2 MPa、1.42×10-7cm/s。

        現(xiàn)場試驗結(jié)果表明室內(nèi)配合比成墻完全滿足墻體設(shè)計指標(biāo),但施工灰漿黏度過大,泵送時泵的負(fù)荷過重,因此在滿足成墻指標(biāo)的范圍內(nèi)略微調(diào)整水膠比為0.68、當(dāng)?shù)赝翐搅?3%、膨潤土摻量4.2%,最終確定施工配合比如表1示。其性能指標(biāo)28 d滲透系數(shù)為3.6×10-7cm/s,28 d抗壓強度為3.4 MPa。

        表1 自凝灰漿施工配合比

        2.3 自凝灰漿灌注

        本次固化灰漿成墻施工也是采用成槽后灌注自凝灰漿的方式,成槽質(zhì)量、入巖、殘渣厚度等均按照規(guī)范要求執(zhí)行。所不同的是成槽采用山東省水科院研制的導(dǎo)桿式開槽機銑槽,清孔完成后采用成槽機械自槽底開始灌注,且有攪拌功能,保證了墻體的均勻性,消除了泥皮,可以與周圍土體實現(xiàn)更好的銜接。

        3 自凝灰漿施工

        3.1 施工工藝流程

        工程開工前首先進(jìn)行三通一平(通水、通電、通路以及場地平整),其后為自凝灰漿以及泥漿的拌制、儲備、運輸修建與之配套的水泥與膨潤土儲備場、泥漿池、自凝灰漿儲備池等配套設(shè)施,并將運來的成槽設(shè)備進(jìn)行組裝、調(diào)試,確保其正常工作;一切準(zhǔn)備就緒后放線定位、開挖導(dǎo)槽進(jìn)行一期槽段的開挖,終孔驗收后使用正循環(huán)法進(jìn)行清孔,清孔結(jié)束后灌注自凝灰漿漿液,并按規(guī)定進(jìn)行補漿;待一期槽段內(nèi)灰漿凝固后按同樣方法進(jìn)行二期槽段的開挖與灌注。

        3.2 主要工序及技術(shù)要求

        1)成槽。防滲墻施工采用分槽段施工和切削套打法搭接,根據(jù)墻體總長度,劃分為Ⅰ期槽和Ⅱ期槽,其中Ⅰ期槽長度等于銑槽機鉆具箱長度3.4 m,Ⅱ期槽長度與一期槽搭接40 cm。施工順序:先開挖相鄰一期槽,待一期槽內(nèi)固化灰漿達(dá)到3天齡期后開挖其間二期槽,成槽沿一個方向進(jìn)行,順序為:①→③→⑤→②→⑦→④。

        2)灰漿拌制與灌注。成槽過程中,將正循環(huán)排出的槽內(nèi)泥漿首先收集于1號泥漿池初沉;然后用泥漿泵送入泥漿凈化系統(tǒng)去除大粒徑顆粒,并通過添加水或當(dāng)?shù)仞ね琳{(diào)整其比重為1.15~1.25;處理達(dá)標(biāo)的新鮮泥漿一部分作為成槽循環(huán)泥漿使用,一部分濕摻充分溶脹的膨潤土作為拌制自凝灰漿的原料泥漿,添加膨潤土后的泥漿比重控制在1.25~1.35;定量膨潤土摻加完畢、攪拌均勻并檢測指標(biāo)合格后泵送入灰漿攪拌站,按防滲墻每平方米不少于100 kg水泥添加水泥,最終拌和均勻制成灌注用自凝灰漿的比重控制在1.4~1.5。

        清孔驗收合格后,將鉆具箱下沉至槽孔最底部,然后通過鉆具箱內(nèi)的多個出漿噴嘴進(jìn)行灰漿灌注。灌注時首先按照注漿流量的計算在槽底靜噴一段時間,使灰漿漫過鉆具箱,試驗時約1 min;然后按照計算提鉆速度進(jìn)行勻速提鉆灌注,試驗時速度為0.85 m/min,同時利用灰漿與泥漿的密度差,將槽內(nèi)泥漿置換出槽外。由于孔內(nèi)灰漿會泌水沉降,因此利用黏土將孔口周圍加高并進(jìn)行超量灰漿灌注。待槽孔內(nèi)自凝灰漿經(jīng)過泌水沉淀,并排出孔口泌水后,進(jìn)行補漿。補充漿液拌制與自凝灰漿拌制要求相同。補漿間間隔不宜小于6.0 h、不應(yīng)大于24.0 h。補漿完成且待灰漿稍作凝結(jié)后須用0.3 m厚濕土覆蓋槽孔。

        4 成墻質(zhì)量評價

        4.1 墻體防滲性

        利用原位試驗測定墻身的滲透系數(shù)。2016年9月尚善水庫防滲墻項目外檢部在已達(dá)28 d齡期 的 0+741.5~1+048.7、1+454.1~1+647.7、3+258.4~3+349.6段,按50m一組的間隔進(jìn)行了原位測試,本次檢測按照《水利水電工程注水試驗規(guī)程》(SL345—2007)相關(guān)規(guī)定,采用鉆孔常水頭注水試驗法檢測28 d齡期的固化灰漿防滲墻,試驗方法如下:

        在試驗防滲墻軸線處鉆孔并下入套管后,用量筒向套管內(nèi)注入清水,將套管內(nèi)水位維持于套管口,測量出套管口水位與地下水位的水頭差H。試驗初期,每隔5 min向套管注一次清水使管內(nèi)水位維持于管口,并記錄下注水量,連續(xù)進(jìn)行5次注水測量;然后每隔20 min注入1次清水并記錄注水量,至少進(jìn)行6次注水測量;當(dāng)連續(xù)2次注入流量的差小于或等于最后一次注入流量的10%時,視作滲流穩(wěn)定,停止試驗。

        經(jīng)計算墻體滲透系數(shù)范圍為1.36×10-6~9.0×10-8cm/s,且滲透系數(shù)較多集中在10-7這一數(shù)量級,表明墻體不但完全滿足設(shè)計防滲要求且具有較好的均一性。

        4.2 墻體墻抗壓強度和連續(xù)性

        項目施工過程中每50 m隨機抽取一組抗壓試件送外檢部檢測,所檢試塊均達(dá)到設(shè)計要求。項目外檢部利用超高密度直流電法儀對已完工的防滲墻樁號0+745.6~1+600、2+034~2+600進(jìn)行連續(xù)性檢測,檢測結(jié)果表明所有檢測段防滲墻整體連續(xù)性良好,完全符合項目設(shè)計要求。

        5 結(jié)語

        以導(dǎo)桿式成槽機為基礎(chǔ)的新型施工工法,在保證墻體質(zhì)量的前提下大大提高了成槽效率。與傳統(tǒng)自凝灰漿相比,該新型自凝灰漿的墻體指標(biāo)有了顯著提高,墻體均勻性好、防滲性能穩(wěn)定、耐久性顯著提高,可以用于低水頭永久工程。與混凝土防滲墻相比,價格降低40%以上,在建造低水頭防滲墻方面有明顯的優(yōu)勢。

        (責(zé)任編輯 遲明春)

        TU753

        B

        1009-6159(2017)-10-0044-02

        謝文鵬(1979—),男,高級工程師

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