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        臨江土石圍堰鉆孔咬合樁防滲體系施工技術(shù)研究

        2021-06-30 08:32:28董小龍
        工程技術(shù)研究 2021年10期
        關(guān)鍵詞:堰體贛江成孔

        董小龍

        中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司,江西 南昌 065201

        隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,近年來(lái)沿江許多城市大量港口、過(guò)江隧道、水利水電設(shè)施等工程投建,圍堰及圍堰內(nèi)防滲體系是用于上述工程臨岸接線水下部分和堤防的支擋工程,目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)堰內(nèi)防滲體系的合理選擇和工藝實(shí)施進(jìn)行了研究和總結(jié)。劉舒平等[1]根據(jù)圍堰堰體地質(zhì)情況分析塑性混凝土防滲墻在圍堰防滲體系的施工;卜林等[2]根據(jù)全套管鉆機(jī)總體結(jié)構(gòu)、工藝原理研究了鉆孔咬合樁防滲支護(hù)在深基坑工程中的應(yīng)用;杜常春等[3]根據(jù)三重管高壓旋噴樁施工工藝、成樁效果分析了高壓旋噴樁在防滲止水帷幕中的應(yīng)用。文章以南昌紅谷隧道為例,分析了水文地質(zhì)、施工機(jī)械、泥漿性能、施工工藝,總結(jié)了鉆孔咬合樁+高壓旋噴樁防滲體系用于重建土石圍堰快速閉合止水帷幕的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),以供參考。

        1 工程概況

        1.1 原圍堰設(shè)計(jì)概況

        圍堰按照20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),為端頭整體式、兩側(cè)分離式充砂長(zhǎng)管袋三面圍堰,圍堰上、下游堰體與既有贛東大堤接茬合攏封閉。堰頂高程為23.7m,軸線長(zhǎng)約651m,端頭坡腳伸入贛江約320m。頂寬10m,堰體高20.2m,底寬124m。18.2m高程以下堰體中部砂芯設(shè)0.8m厚塑性混凝土連續(xù)墻作為防滲構(gòu)體,18.2~23.7m高程防滲墻上方為黏土防滲斜墻和充砂長(zhǎng)管袋。原設(shè)計(jì)圍堰橫剖面圖如圖1所示。

        圖1 原設(shè)計(jì)圍堰橫剖面圖(單位:m)

        1.2 重建圍堰概況

        根據(jù)圍堰冬汛受災(zāi)情況,江中端頭堰體被沖毀,以滿足施工周期內(nèi)贛江隧址枯水期重建圍堰防洪標(biāo)準(zhǔn),保持20年一遇防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不變,采用土石圍堰重建,基底為原圍堰被沖毀后的剩余充砂長(zhǎng)管袋和河床,采用兩側(cè)拋塊石堰體+中間水下拋填黏土的堰體型式,中間填筑黏土中部設(shè)φ1200mm@900mm鉆孔咬合樁+φ800mm@500mm高壓旋噴樁(樁底入巖3.5m)接茬止水的組合防滲體系。土石圍堰高17m,頂寬46.1m,底寬71.1m,堰體迎水面和背水面邊坡比分別為1∶1.5和1∶1.2。

        外堰拋石堰體頂部標(biāo)高15.0m,頂寬8m,底寬33.2m,迎水側(cè)和背水側(cè)邊坡分別為1∶1.5和1∶1.2。內(nèi)堰拋石堰體頂部標(biāo)高12.0m,頂寬8m,底寬31.9m,兩側(cè)邊坡比為1∶1.2,背水側(cè)邊坡在8.0m高程設(shè)3.0m寬的平臺(tái)。15.0m高程以上黏土堰體頂部寬度為3m,底部寬度為15.5m,兩側(cè)邊坡坡比為1∶1.75。內(nèi)、外拋石堰體中部黏土施作鋼筋混凝土邊坡防護(hù)。重建圍堰橫剖面圖如圖2所示。

        圖2 重建圍堰橫剖面圖(單位:m)

        (1)工程地質(zhì)及水文。重建圍堰自上而下依次為①黏土、②砂、③Exn泥質(zhì)粉砂巖。砂土深度由南北兩側(cè)約9m,往中間匯攏約1.5m,在成孔過(guò)程中,砂土護(hù)壁困難,流動(dòng)性大,極易引起砂土坍塌,開(kāi)挖面失穩(wěn)。

        地下水主要為孔隙潛水,圍堰外臨贛江,水位浮動(dòng)標(biāo)高為13.5~15m,堰內(nèi)水位標(biāo)高為3m,水位差約為10~12m。上層①黏土為相對(duì)隔水層;中層②長(zhǎng)管袋充填砂,深度較大,結(jié)構(gòu)松散,透水性大;下層③中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,裂隙不甚發(fā)育,且呈緊密閉合狀,含水微弱。土石圍堰水文地質(zhì)橫斷面圖如圖3所示。

        圖3 土石圍堰水文地質(zhì)橫斷面圖(單位:m)

        2 施工方法

        2.1 施工機(jī)械確定

        采用GPS-15型反循環(huán)鉆機(jī)成孔,泥漿為黏土+水配制,鉆進(jìn)過(guò)程中添加黏土,黏土逐漸在孔內(nèi)擠壓,達(dá)到護(hù)壁作用黏土自制護(hù)壁效果好,滿足砂層土體成孔施工。泥漿性能表如表1所示。

        表1 泥漿性能表

        2.2 塑性混凝土配合比

        咬合樁采用塑性混凝土,塑性混凝土具有低強(qiáng)度、低彈模和大應(yīng)變等特性,由于彈性模量可達(dá)2000MPa以下,是一種柔性材料,可以很好地與較軟的基礎(chǔ)相適應(yīng),同時(shí)又具有很好的防滲性能。對(duì)塑性混凝土進(jìn)行抽樣試塊檢測(cè)分析,如表2所示。

        表2 塑性混凝土性能檢測(cè)表

        土石圍堰鉆孔咬合樁止水帷幕閉合完成后,對(duì)樁體的均勻、完整性、塑性混凝土膠結(jié)密實(shí)情況以及防滲體內(nèi)部是否存在空洞、夾泥、裂縫等異常隱患進(jìn)行了DUK-2B高密度電法無(wú)損探測(cè)試驗(yàn)。

        3 鉆孔咬合樁防滲體系施工

        3.1 施工方法

        采用反循環(huán)鉆孔跳樁法施工,在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種止水帷幕。先施工A型樁,待A型樁初凝時(shí)(約7~9h),再施工臨近B型咬合樁,跳孔施工順序如下:A6→A8→A10→A7→A9→B5→B6→B7→B8→B9為一循環(huán)施工完成。

        3.2 施工工藝流程

        施工工藝流程如下:施工準(zhǔn)備(包括場(chǎng)地準(zhǔn)備、鉆機(jī)試鉆、泥漿驗(yàn)收等)→測(cè)量放樣孔位→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)(正循環(huán))鉆進(jìn)成孔→鉆機(jī)(反循環(huán))清孔→導(dǎo)管就位→第二次反循環(huán)吸沙泵清孔→水下澆筑混凝土→護(hù)筒拆除。

        3.3 施工準(zhǔn)備

        (1)咬合樁溝槽沿軸線開(kāi)挖,開(kāi)挖寬度為1.3m,深度為1.2m。

        (2)溝槽縱向間距1.5m鋪設(shè)20mm×20mm枕木,枕木上架設(shè)鉆機(jī)軌道,軌道寬度為2.5m,兩側(cè)軌道安裝處于同一水平面,軌道上側(cè)架設(shè)套管反循環(huán)鉆機(jī)。

        (3)為防止贛江間隙水透過(guò)長(zhǎng)管袋充填砂滲透至孔內(nèi),影響鉆機(jī)成孔,加高溝槽頂標(biāo)高至16.5m,高于同期贛江水位1.5m,溝槽內(nèi)泥漿液面高于贛江水位1.2m,保持泥漿液面穩(wěn)定。

        3.4 鉆進(jìn)成孔

        準(zhǔn)備工作完成后,軌道式反循環(huán)鉆機(jī)自行就位,鉆機(jī)將鉆頭中心線對(duì)準(zhǔn)樁孔中心。啟動(dòng)泥漿泵、鉆機(jī)開(kāi)始鉆進(jìn),鉆進(jìn)方式以正循環(huán)鉆進(jìn)為主,以反循環(huán)鉆進(jìn)為輔。

        在鉆孔過(guò)程中,工作人員對(duì)成孔的孔位、孔深、孔形、孔徑、傾斜度及泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查,及時(shí)調(diào)整。孔內(nèi)應(yīng)保持泥漿稠度適當(dāng)、水位穩(wěn)定,及時(shí)加水和黏土,以維持孔內(nèi)水位差,防塌孔。工作人員對(duì)鉆渣作取樣分析,核對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料,根據(jù)地層變化情況,采用相應(yīng)的鉆進(jìn)方式和泥漿稠度。

        3.5 防滲體系閉合

        圍堰堰體遭贛江洪水沖刷,原塑性混凝土防滲墻+三軸攪拌樁防滲體系破壞,土石圍堰重建后,鉆孔咬合樁需與南北兩側(cè)原塑性混凝土防滲墻閉合,形成一道封閉的止水帷幕,如圖4所示。

        圖4 止水帷幕閉合平面圖

        4 高壓旋噴樁施工

        4.1 施工工藝流程

        施工工藝流程如下:施工準(zhǔn)備(包括測(cè)量放線、鉆機(jī)就位等)→鉆進(jìn)成孔→清孔→移鉆→高噴作業(yè)→回灌→移位[4]。

        4.2 施工工藝參數(shù)

        施工工藝參數(shù)如表3所示。

        表3 施工工藝參數(shù)

        5 存在的問(wèn)題及處理措施

        5.1 塌孔

        塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)主要受初期贛江水位標(biāo)高在13~15m左右,一方面,鉆進(jìn)施工作業(yè)平臺(tái)高度不足(要求高于贛江水平面1.5m以上),無(wú)法保持孔內(nèi)泥漿液面與贛江水位標(biāo)高持平,導(dǎo)致贛江間隙水透過(guò)長(zhǎng)管袋充填砂滲透至孔內(nèi),泥漿護(hù)壁困難。另一方面,由于南北兩側(cè)咬合樁黏土層淺(3~5m),砂土層深(8~10m),砂土結(jié)構(gòu)松散、透水性大,泥漿護(hù)壁困難。

        對(duì)于塌孔現(xiàn)象,采取以下措施:加高鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)高度直至高于贛江水位1.5m,孔內(nèi)泥漿液面等同贛江水平面;鉆機(jī)鉆進(jìn)至砂土層后,減緩鉆進(jìn)正循環(huán)鉆進(jìn)速率,結(jié)合反循環(huán)抽排進(jìn)行黏土換填進(jìn)行擠壓,達(dá)到護(hù)壁效果。

        5.2 孤石

        孤石位置大致處于樁頂下5m處,土石圍堰外堰體為拋石堰體,拋石過(guò)程中少量片石滾動(dòng)至咬合樁軸線處,導(dǎo)致樁基遇孤石轉(zhuǎn)進(jìn)困難。

        針對(duì)孤石現(xiàn)象,采取措施:先采用普通鉆頭(高2.2m,直徑1.17m)將孤石攪碎,后更換筒鉆鉆頭(高2.4m,直徑0.9m),利用鉆機(jī)反循環(huán)將攪碎后的孤石吸之筒鉆內(nèi),筒鉆內(nèi)焊螺旋樁鋼筋,提出筒鉆鉆頭排出碎石。若孤石較大,以此方法反復(fù)循環(huán)。

        6 結(jié)論

        在圍堰防滲體系施工過(guò)程中,堰體內(nèi)外側(cè)水位高差大,間隙水流急促,地層較多為砂性土情況下,宜使用反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔。

        針對(duì)非原狀砂性土地質(zhì)情況下,鉆機(jī)成孔所配制泥漿宜使用黏土+水配制而成,鉆進(jìn)至砂性土層時(shí),泥漿性能指標(biāo)參數(shù)宜為比重1.20~1.28g/cm3、黏度25~30s、含砂率<7%。

        在臨近江水施工鉆孔樁時(shí),為防止間隙水流對(duì)孔壁側(cè)壓,鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)需高于水平面1.5m,孔內(nèi)水位高于水平面1.2m。

        反循環(huán)鉆機(jī)施工咬合樁可在保證成孔質(zhì)量,有效地加快成孔速度,突破了該工藝只能采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工的局限性,為基坑支護(hù)樁的成孔提供了新思路,并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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