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        高壓旋噴樁地基處理技術(shù)工法特點(diǎn)分析

        2017-11-01 13:11:28王小彬
        山西水利 2017年9期
        關(guān)鍵詞:噴漿卵石漿液

        王小彬

        (山西辛安泉供水工程有限公司,山西 長治 046000)

        高壓旋噴樁地基處理技術(shù)工法特點(diǎn)分析

        王小彬

        (山西辛安泉供水工程有限公司,山西 長治 046000)

        高壓旋噴灌注樁就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后,以高壓設(shè)備使水或漿液以20 MPa左右的高壓流噴射、沖擊、破壞土體,并隨漿液結(jié)合、凝固成固體,隨著噴嘴不停地旋轉(zhuǎn)、提升,最終形成圓柱狀樁體,與周圍土體形成復(fù)合地基,提高地基承載力。通過淜頭水電站高壓旋噴樁實(shí)例,簡單分析了高壓旋噴樁技術(shù)及工法特點(diǎn)。

        旋噴灌注樁;旋噴參數(shù);雙管法;淜頭水電站

        1 概況

        1.1 工程概況

        淜頭水電站工程位于山西省平順縣北耽車鄉(xiāng)北耽車村上游約400 m的濁漳河干流上,控制流域面積10458 km2。主要包括9孔攔河閘段、左右岸坡連接壩段、水電站發(fā)電站主副廠房、啟閉機(jī)房、消力池等水工建筑物,水庫總庫容425萬m3,電站總裝機(jī)1200 kW,工程建筑物等級為4等。

        1.2 地質(zhì)狀況

        壩區(qū)地貌主要為剝蝕構(gòu)造中山區(qū)與山前洪沖積、洪積區(qū),區(qū)域內(nèi)出露的地層有古生界。本區(qū)地下水分為碳酸巖類溶裂隙水和松散巖類孔隙水兩種類型,地下水多有兩岸向溝谷流動,由上游向下游流動。壩址處河谷呈“U”型,高程588~910 m,閘址段溝谷平坦寬闊,寬約190 m,河谷內(nèi)常年流水,河水位高程588 m左右,河床覆蓋層厚5~28 m,具有中等透水性,巖性上部為低液限粘土層、卵石混合土層,下伏基巖為泥質(zhì)頁巖,基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度5~8 m,弱風(fēng)化層厚度10~15 m。

        工程場址主要存在壩基覆蓋層及基巖滲漏問題,覆蓋層滲漏變形問題,繞閘基滲漏問題,土體承載力低及不均勻變形等問題。

        2 壩基旋噴灌注樁設(shè)計(jì)

        豎向承載旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值,可按下式計(jì)算:

        式中:fspk——復(fù)合地基承載力特征值,kPa;

        m——面積置換率;

        Ra——單樁豎向承載力特征值,kPa;

        Ap——樁的截面積,m2,取0.785;

        β——樁間土承載力折減系數(shù),取0.75;

        frk——處理后樁間土承載力特征值。

        經(jīng)計(jì)算,面積置換率m為0.18,復(fù)合地基承載力為250 KPa。

        3 鉆孔布置

        壩基基礎(chǔ)處理采用高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方案,高壓旋噴樁布置在閘基閘室段范圍內(nèi),樁號為0+000.00-0+160.00。設(shè)計(jì)樁徑1.0 m,樁距2.2 m(加密區(qū)1.7 m),梅花形布置,鉆孔鉆入基巖下0.5 m??孜徊贾霉卜譃?7 m表孔泄洪閘段、33.5 m表孔、底孔及電站進(jìn)水口段及39.5 m左岸擋水壩段共三段160 m,布樁共計(jì)1317根。

        4 施工方案

        4.1 施工流程

        鉆機(jī)就位→鉆孔→試噴→噴漿作業(yè)→結(jié)束→拔管→清理。

        4.2 鉆機(jī)選用

        本工程主要采用回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī)及鉆噴一體機(jī)兩種機(jī)型,自上而下一次成孔、膨潤土泥漿固壁工藝。

        4.3 鉆孔孔徑

        位于30-42列(滲0+50.894—滲0+73.754)設(shè)計(jì)樁頂處于粉質(zhì)粘土層的高噴樁,粘土層控制不小于150 mm,以下卵石層至終孔不小于110 mm,深入基巖0.5 m;位于1-29列和43-87列設(shè)計(jì)樁頂處于卵石層的高噴樁,開孔至終孔不小于110 mm,深入基巖0.5 m,鉆孔孔徑根據(jù)實(shí)際地層情況確定。

        4.4 漿液配制

        高噴灌漿采用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥,漿液配合比為1.2∶1和1∶1(水∶水泥),采用高速攪拌機(jī)攪拌,純拌合時(shí)間不少于30 s,保證連續(xù)制漿。漿液在使用前過篩,自制備到使用完畢不超過4 h。水泥漿液配比見表1。(注:括號中數(shù)字適用于水灰比1:1工況。)

        表1 水泥漿液配比

        5 高噴主要施工參數(shù)選定

        5.1 高壓旋噴樁主要施工參數(shù)

        高壓旋噴樁施工參數(shù)主要根據(jù)地層情況決定,可采用雙管法和三管法,如表2所示。

        表2 旋噴樁高噴灌漿施工參數(shù)一覽表

        5.2 高壓旋噴樁形式

        通過施工單位進(jìn)行試驗(yàn)樁采用的“雙管法”及“三管法”成樁情況分析,結(jié)合地層勘探資料,位于30-42列(滲0+50.894—滲0+73.754)設(shè)計(jì)樁頂處于粉質(zhì)粘土層,地基土粘土層分部相對較厚,為取得較好復(fù)噴效果,高噴樁采用“三管復(fù)噴法”旋噴的形式。

        位于1-29和43-87列設(shè)計(jì)樁頂處于卵石層的高噴樁采用“雙管法”的形式。樁徑1.0 m,樁距2.2 m,梅花形布樁,分兩序施工,先施工一序孔,后施工二序孔。

        6 噴射作業(yè)質(zhì)量控制

        6.1 地面試噴

        鉆孔經(jīng)驗(yàn)收,高噴臺車就位對準(zhǔn)孔口后,為了直觀檢查高壓系統(tǒng)的完好性以及是否能夠滿足使用要求,首先應(yīng)進(jìn)行地面試噴。

        6.1.1 噴漿作業(yè)

        噴管下至制定深度厚,即可供漿、供風(fēng)開噴。首先靜噴1~3 min,待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求,且孔口已返出漿液時(shí),即可按既定的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行噴射灌漿。

        高噴灌漿應(yīng)全孔自下而上連續(xù)作業(yè)。作業(yè)中因拆換噴射管而停頓后,搭接高噴長度不小于20 cm。

        6.1.2 提升速度的控制

        位于30-42列(滲0+50.894—滲0+73.754)高噴樁噴射作業(yè)按下列要點(diǎn)進(jìn)行:

        噴管下至鉆孔孔深后開始卵石層噴漿,噴漿至卵石與粘土層結(jié)合面,停止送漿,用高壓水按5 cm/min的提升速度噴射至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm,然后將噴射管下放至停漿部位以下30 cm,開始送漿,再按7 cm/min的提升速度噴射至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm。

        位于1-29和43-87列高噴樁,首先對于卵石層中的粘土夾層,卵石層提升速度10cm/min,黏土層提升速度5 cm/min,卵石層與粘土層結(jié)合面上下30 cm范圍內(nèi),降低提升速度按5 cm/min提升,確保結(jié)合面噴漿質(zhì)量;其次在噴至距設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm時(shí),靜噴1 min后按8 cm/min的速度提升2 min后再靜噴1 min,再按8 cm/min的速度提升2 min再靜噴,直至設(shè)計(jì)高程,然后繼續(xù)按8 cm/min的速度提升至超過設(shè)計(jì)高程50 cm。

        6.1.3 回灌

        待噴漿結(jié)束后,利用下一孔噴濺過程中的回漿或新制漿液進(jìn)行回灌,直至孔內(nèi)漿面不再下沉為止。

        6.1.4 封孔

        高噴灌漿經(jīng)回灌后,地面空孔部分用壤土回填封孔。

        6.1.5 廢漿處理

        針對現(xiàn)場灌漿機(jī)較多,漿液返漿到地面后,會產(chǎn)生大量廢棄漿液,如果不妥善進(jìn)行處理,廢漿液就很容易流向下游河道,隨河水流向下游,污染環(huán)境,為此,現(xiàn)場設(shè)置約200 m3矩形廢漿處理池一座,用于階段性容納地面返漿,返漿經(jīng)過凝固后定期由自卸汽車?yán)撸碜魉谩?/p>

        7 幾種特殊情況處理

        7.1 樁徑不足

        現(xiàn)場因地層出現(xiàn)硬粘土層,使樁徑達(dá)不到要求,通??煽紤]以下措施:第一加大徑鉆機(jī)口徑、增大壓力水頭和漿液流量等旋噴參數(shù)以增加成樁直徑;第二按照“兩慢一重復(fù)”進(jìn)行慢速噴漿,即變慢旋轉(zhuǎn)速度、變慢提升速度,重復(fù)噴漿;第三結(jié)合靜液注漿等局部修復(fù)方法使得旋噴樁徑達(dá)到要求。第四可采用多重管法,但該方法較復(fù)雜,不僅要輸送高壓水,而且還要同時(shí)將沖下來的土、石抽出地面,因此管徑較大,達(dá)到Φ300。目前在我國尚未大規(guī)模使用,經(jīng)驗(yàn)不足,應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況,并考慮施工周期及經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。

        7.2 樁體形狀不規(guī)則

        在非均質(zhì)或有裂隙土中,旋噴的圓柱體不勻稱,固結(jié)體常在某個(gè)方向多出固結(jié)塊,且外表粗糙,三重管旋噴固結(jié)體受氣流影響,在黏砂土中外表格外粗糙,這些可通過調(diào)整噴射壓力、注漿量、噴嘴移動方向和提升速度來控制。

        7.3 串漿及冒漿不正常

        高噴樁灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí),應(yīng)填串漿孔,待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束,盡快對串漿孔掃孔,進(jìn)行高噴灌漿,或繼續(xù)鉆進(jìn)。

        噴射過程中,從冒漿成分和流量大小可大致了解噴射注漿質(zhì)量和地層情況,以及噴射效果和噴射參數(shù)的合理性。冒漿量大小與噴射類型、被噴射地層及進(jìn)漿量有關(guān)。冒漿量過大或過小均不正常,以注漿量的20%為界,應(yīng)及時(shí)分析原因進(jìn)行處理。

        發(fā)生冒漿量過大通常是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)有關(guān),可通過提高噴射注漿壓力,適當(dāng)縮小噴嘴孔徑,調(diào)整靜噴時(shí)間等措施來解決。

        7.4 返漿異常

        地層中若存在較大孔洞引起不冒漿或發(fā)生嚴(yán)重漏漿情況,若在鉆孔中發(fā)生漏漿,則應(yīng)當(dāng)加大鉆進(jìn)泥漿的濃度,在泥漿中摻加沙子,或向孔內(nèi)填入其他堵漏材料,使其恢復(fù)孔口正常返漿。

        7.5 噴射管安裝及沖洗

        7.5.1 裝、卸噴射管

        裝、卸噴射管時(shí),采取的措施:密封、加快裝卸動作以防止噴嘴堵塞。

        7.5.2 噴管沖洗

        當(dāng)噴射到超出設(shè)計(jì)高程50 cm后迅速拔出噴射管,并及時(shí)將各管路沖洗干凈,以防管嘴附近上黏著的漿液凝固堵塞管嘴。

        8 質(zhì)量控制

        在灌注過程中嚴(yán)格質(zhì)量控制,首先從水泥、膨潤土等原材料進(jìn)場,到鉆機(jī)設(shè)備,施工原始記錄進(jìn)行嚴(yán)格控制。水泥保證從正規(guī)大廠家進(jìn)貨,保證原材料符合要求。其次在造孔、灌漿整個(gè)過程中,監(jiān)理要實(shí)行全天候旁站,完整記錄施工過程,特別是對孔位、孔深、灌漿壓力、開噴時(shí)間、提升速度、水泥用量等要詳細(xì)記錄,每個(gè)孔位開噴前要簽發(fā)開噴證方可開噴。

        高壓旋噴樁質(zhì)量檢查包括旋噴樁單樁樁體開挖檢查、室內(nèi)試驗(yàn)、鉆孔檢查、載荷試驗(yàn)及其他非破壞性試驗(yàn)等五類方法。本工程通過單樁豎向靜載試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載試驗(yàn),單樁豎向承載力特征值和復(fù)合地基承載力特征值分別達(dá)到850 KN和250 KPa,均滿足設(shè)計(jì)要求。

        9 結(jié)語

        淜頭水電站閘壩基礎(chǔ)經(jīng)高壓旋噴樁處理后,與樁間土形成復(fù)合地基共同承受上部荷載。在隨后的閘壩基礎(chǔ)施工中,鑿除樁頭后樁頂鋪設(shè)30 cm厚的碎石褥墊層,均勻地?cái)U(kuò)散基底壓力,滿足設(shè)計(jì)要求。目前淜頭水電站已并網(wǎng)發(fā)電,開始發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

        TV223

        C

        1004-7042(2017)09-0039-03

        王小彬(1965-)男,1988年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)農(nóng)田水利工程專業(yè),工程師。

        2017-07-10;

        2017-08-16

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