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      水泥攪拌樁防滲墻生產(chǎn)性試驗技術(shù)分析

      2015-11-26 02:38:30程譜學(xué)高建新
      河南水利與南水北調(diào) 2015年18期
      關(guān)鍵詞:砂性成樁單樁

      □程譜學(xué) □高建新 □王 珊

      (1河南方正水利工程咨詢有限公司;2河南省陸渾水庫管理局;3河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司)

      1 概述

      南水北調(diào)中線一期工程南陽方城段四標(biāo)樁號TS150+264~TS152+161渠段,其上部為弱膨脹土、砂,下部為軟質(zhì)碎屑巖。渠坡主要由(Q3)粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土、砂組成,局部渠底揭露有(N)軟質(zhì)碎屑巖。其中:粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土厚5~10m;細(xì)砂層厚0~3 m,多呈互層狀或漸變狀,砂巖具有中等透水性。該段渠道挖深7~9 m,地下水位高于渠底板2~7 m,渠底高程位于富含水的砂層及砂巖地層中,存在涌砂涌水問題。如施工期間采取大面積、長時間的井點降水,一方面會增加排水費(fèi)用,計列在其他臨時施工費(fèi)用中5%的降水費(fèi)明顯不足;另一方面大面積、長時間抽水會降低周邊的地下水位,影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活用水,產(chǎn)生補(bǔ)償費(fèi)用糾紛,對渠道施工帶來不利影響。

      施工前需通過生產(chǎn)性試驗,驗證設(shè)置水泥攪拌樁防滲墻的可行性與合理性,試驗分兩階段進(jìn)行,第一階段通過水泥土結(jié)石室內(nèi)試驗,確定水泥攪拌樁合適的漿液濃度和水泥摻入量;第二階段進(jìn)行室外生產(chǎn)性試驗,主要包括成樁工藝試驗、樁體性能測試以及圍井滲透特性檢驗試驗,以最終確定水泥攪拌樁防滲墻工藝參數(shù)和施工控制參數(shù)。

      試驗取得試驗數(shù)據(jù)648組,經(jīng)對各項試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,試驗成果達(dá)到了設(shè)計和規(guī)范的的要求。

      2 水泥土結(jié)石室內(nèi)試驗

      在攪拌樁實施渠段,選取有代表性的透水土層中的土料在室內(nèi)進(jìn)行水泥土結(jié)石試驗,采用1.20:1和0.80:1兩種不同水灰比的水泥漿液,在強(qiáng)透水的砂性土地層中分別摻入10%,15%,15%水泥+5%膨潤土,在弱透水的粘性土地層中分別摻入5%,7.50%,10%水泥,水泥土結(jié)石成型后,測試不同齡期(3,7,28 d)的水泥土結(jié)石,測試指標(biāo)包括飽和單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、允許滲透坡降等。試驗共進(jìn)行12個組,每組試樣45個,共取得540組試驗數(shù)據(jù)。

      通過對試驗成果進(jìn)行分析,對于強(qiáng)透水層(砂層),當(dāng)水灰比在0.80:1,摻入15%水泥或15%水泥+5%膨潤土攪拌成型的水泥土結(jié)石,各項指標(biāo)能夠達(dá)到試驗大綱要求;對于弱透水層(粘土層)在水灰比1.2:1及0.80:1時,摻入10%水泥攪拌成型的水泥土結(jié)石,各項指標(biāo)均能達(dá)到大綱要求。因此,水泥攪拌樁生產(chǎn)性試驗宜采用0.80:1的水灰比、15%水泥摻量(針對強(qiáng)透水層)和采用1.20:1或0.80:1水灰比、10%的水泥摻量(針對弱透水層)。

      3 單樁生產(chǎn)及樁體水泥土結(jié)石試驗

      3.1 成樁施工工藝試驗

      3.1.1 水泥攪拌樁成樁試驗的主要控制參數(shù)

      一是選擇兩種水灰比:1.20:1和0.80:1。二是采用室內(nèi)試驗確定的水泥摻入比作為參照指標(biāo)進(jìn)行成樁施工,并在室內(nèi)試驗摻入比基礎(chǔ)上分別增加3%,5%作為比較組進(jìn)行成樁施工。三是攪拌樁施工時的提升速度參考“試驗大綱”數(shù)值,攪拌頭提升速度分別為0.20 m/min,0.05 m/min兩種。四是根據(jù)確定的水泥摻入比及不同注漿壓力下的漿體注入量確定注漿壓力。控制的注漿壓力在0.20~0.40 MPa。五是攪拌樁施工,弱透水地層中采用兩攪一噴方式,強(qiáng)透水地層中采用四攪兩噴方式。在水泥攪拌樁成樁過程中,當(dāng)用水灰比為0.80:1的水泥漿液鉆進(jìn)時,鉆機(jī)摩阻力很大,電機(jī)電流超過70A(額定80A),經(jīng)常接近或超過80A,經(jīng)現(xiàn)場人員分析認(rèn)為可能是漿液濃度過大,造成注漿管內(nèi)壁摩阻增大,將水灰比改為1.20:1后,發(fā)現(xiàn)施工較為順利,電機(jī)電流降至50A左右,可正常施工。根據(jù)“試驗大綱”要求,單樁試驗樁共需6組,每組3根,共18根樁。實際施工試驗單樁共18根,樁長平均10 m。

      3.1.2 水泥攪拌樁成樁施工過程

      3.1.2.1 施工工藝流程

      水泥攪拌樁施工流程主要分為定位→水泥漿制備→噴漿攪拌下鉆→噴漿攪拌提升→重復(fù)上下攪拌→清洗移位等幾個步驟。

      3.1.2.2 施工技術(shù)要求

      一是深沉攪拌壓漿用的漿液主要材料為水泥,水泥在使用前應(yīng)進(jìn)行復(fù)檢,合格后方可使用,攪拌水泥漿液所用的水應(yīng)符合混凝土拌合用水的標(biāo)準(zhǔn)。二是孔位偏差±2~±5 cm,樁體偏斜率≤0.20%~0.50%。三是水泥漿應(yīng)嚴(yán)格過濾,并在水泥制漿罐與儲漿機(jī)之間設(shè)一道過濾網(wǎng)。四是水泥漿攪拌采用高速制漿機(jī)制漿,水泥液應(yīng)隨配隨用,為防止水泥漿發(fā)生離析,在儲漿罐中不斷攪動,以保證漿液質(zhì)量。五是供漿必須連續(xù),一旦中斷,應(yīng)將噴管下沉于停供點以下0.20 m,待恢復(fù)供漿時再攪拌提升并適當(dāng)考濾復(fù)攪。當(dāng)因故停機(jī)超過半小時,應(yīng)將鉆頭提出地面,并對泵體和輸漿管路及鉆桿進(jìn)行妥善清洗。若在水泥土初凝之前恢復(fù)施工,搭接長度≥1.00 m;若在初凝后施工,則做事故處理。六是攪拌機(jī)噴漿下沉提升的速率必須符合施工工藝的要求,應(yīng)記錄樁機(jī)下沉和提升的時間及噴漿量。深度記錄誤差≤100 mm,時間記錄誤差≤5 s。

      3.2 樁體性能測試

      根據(jù)“試驗大綱”要求,單樁成樁后,在不同齡期對6組、18根試驗樁分別進(jìn)行了取樣檢測。18根樁體,每根在不同部位取樣6個,共取樣108個,

      通過對單樁成樁試驗取樣檢測資料的數(shù)據(jù)分析,砂性土地層的水泥摻入比為15%、粘性土地層中水泥摻入比為10%不能完全達(dá)到試驗大綱要求的相關(guān)技術(shù)控制指標(biāo)。而對水泥摻入量進(jìn)行上調(diào)3%和5%后的成果數(shù)據(jù)表明,上調(diào)3%后,在不同提速下,28 d抗壓強(qiáng)度均符合要求,21 d抗壓強(qiáng)度91.70%符合要求。上調(diào)5%后,14d抗壓強(qiáng)度66.70%符合要求,21,28 d抗壓強(qiáng)度均符合要求。經(jīng)綜合分析,砂性土地層的水泥摻入比為18%(即15%+3%),粘性土地層中水泥摻入比為13%(即10%+3%),提升速度0.50 m/min,注漿壓力0.20~0.40 MPa,既節(jié)約材料成樁速度又快,能夠保證“試驗大綱”的相關(guān)單樁成樁的技術(shù)控制指標(biāo)。

      3.3 水泥攪拌樁施工參數(shù)選擇

      經(jīng)對室內(nèi)試驗成果和單樁成樁試驗檢測結(jié)果的分析和比較,并參照以往類似的施工經(jīng)驗,初步擬定水泥攪拌樁防滲墻圍井的主要施工技術(shù)參數(shù):樁體有效搭接厚度≥25 cm,滲透系數(shù)砂性土k≤5×10-6cm/s,主要成樁施工工藝參數(shù):水灰比1.20:1,注漿壓力0.20~0.40 MPa,供漿流量30~50 L/min,水泥摻入比粘土、粉質(zhì)粘土中摻入量為13%,15%,砂性土土層18%。

      4 防滲墻滲透特性檢驗試驗

      根據(jù)“試驗大綱”,生產(chǎn)性試驗應(yīng)對攪拌樁防滲墻形成后的滲透特性進(jìn)行抽水試驗檢測,測試攪拌樁防滲墻的綜合滲透性,為渠道工程滲控設(shè)計提供依據(jù)。水泥攪拌樁防滲墻滲透特性試驗圍井,分2區(qū)布置,每個區(qū)域為封閉的矩形,尺寸2 m×10 m×10 m,圍井單樁樁長10 m,共計84根,圍井成墻面積為:714 m2。在圍井內(nèi)進(jìn)行開挖檢查,開挖深度達(dá)到砂性土層頂面以下1.20 m左右,對暴露出的攪拌樁防滲墻體外觀進(jìn)行拍照和檢查。

      5 降水抽水試驗成果及分析

      降水抽水試驗采用單井分級降水方式,按試驗方案要求測試圍井內(nèi)外穩(wěn)定水位,然后根據(jù)檢測數(shù)據(jù),分析防滲墻的截滲性能。經(jīng)對觀測記錄計算,兩個封閉區(qū)域的滲透系數(shù)K分別為:1.45×10-5cm/s,1.40×10-5cm/s,均 <5×10-5cm/s的要求。從現(xiàn)場開挖檢查結(jié)果看:一是攪拌樁防滲墻體之間的搭接良好,防滲墻體完整,輪廓清晰,防滲墻表面光滑,基本保持在一條線上,未見搭接不上或搭接簿弱部位,開挖后的防滲墻壁上無滲、漏水現(xiàn)象。二是從圍井內(nèi)側(cè)墻體之間的輪廓看,防滲墻體的垂直度偏差極小,墻體上、下部的搭接基本一致。三是開挖后圍井內(nèi)基本干燥無水,通過7d的觀察,圍井內(nèi)基本無地下從墻壁和井底部滲出,水泥攪拌樁防滲墻的截滲效果理想。防滲墻滲透特性檢驗試驗結(jié)果表明,圍井試驗測得的滲透系數(shù)K均滿足設(shè)計<5×10-6cm/s要求。

      確定水泥攪拌樁截滲墻施工主要工藝參數(shù):砂性土地層的水泥摻入比為18%,粘性土地層中水泥摻入比為13%,水灰比1.2:1,攪拌機(jī)提升速度0.5 m/min,注漿壓力0.2~0.4 MPa,供漿流量30~50 L/min。

      6 結(jié)語

      該試驗成果在方城段四標(biāo)渠道工程中得到了應(yīng)用,防滲效果較好,渠道開挖和襯砌工程施工基本不受地下水的影響,既保證了工程進(jìn)度,又節(jié)約了降排水費(fèi)用,達(dá)到了預(yù)期的效果。

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