侯旻,魏驍
(1.山東黃河勘測設計研究院,山東濟南 250014;2.魯控水務發(fā)展集團有限公司,山東濟南 250014)
高壓旋噴技術在引黃閘基礎處理中的應用
侯旻1,魏驍2
(1.山東黃河勘測設計研究院,山東濟南 250014;2.魯控水務發(fā)展集團有限公司,山東濟南 250014)
以簸箕李引黃閘為例,闡述了深層攪拌樁技術在加固“老口門”閘基的局限性,提出了采用高壓旋噴樁技術處理這種地基的可行性。
引黃閘;高壓旋噴樁;地基處理;工程施工
新建簸箕李引黃閘位于黃河下游山東省惠民縣境內(nèi),黃河簸箕李險工新5#~3#壩之間,相應左岸臨黃堤樁號207+490處,設計引水流量為75 m3/s;兩聯(lián)6孔鋼筋混凝土箱式涵洞,每孔凈寬、凈高均為3.0 m。涵洞全長91.0 m,共分9節(jié),首節(jié)涵洞長11.0 m,其余8節(jié)均長10.0 m。上游設5.0 m長拋石槽,15.0 m長黏土鋪蓋;下游布置長16.0 m的消力池,13.0 m長的漿砌塊石和16.0 m長的干砌塊石海漫,5.0 m長的拋石槽。
從地質(zhì)剖面圖看出,閘址部分座落在歷史“老口門”(歷史上曾決口、出險并且搶險過的位置)上,特別是閘首左側A1鉆孔揭露出的②、①-4、①-5等土層含大量腐殖質(zhì)、樹皮、木塊、塊石、碎石等,估計為當時堵口的料物。
勘探深度內(nèi),上部主要揭露地層為人工堆積(Qr)地層,主要為黃河大堤及堤后淤背區(qū);下部揭露均為第四系全新統(tǒng)沖積堆積(Q4al)地層,巖性主要有砂壤土、淤泥質(zhì)砂壤土、壤土、裂隙黏土。在高程8~16m(黃海高程,下同)之間有一層厚度不等人工拋石層,估計為當時決口搶險時拋料所致。
閘首底板高程14.20 m,閘首地基應力最大值151.2 kPa,地基沉降量0.34 m。根據(jù)地質(zhì)資料,擬定閘首位置大部分坐落在第②層淤泥質(zhì)壤土上,地基承載力較低,采用水泥土攪拌樁進行加固。樁徑采用0.6 m,梅花型布置,順水流方向間距1.08 m,垂直水流方向間距為1.1 m,每聯(lián)閘首底部布置114棵,共布置228棵,置換率為23.7%,樁長9.2~11.07 m,樁端置于⑤層裂隙黏土中,樁底高程4.0 m。
該工程地基處理采用單鉆頭攪拌樁基方案。施工中在閘首左上角及上游翼墻部位的水泥土攪拌樁施工中,鉆機下鉆至高程13 m左右時,無法鉆探,鉆機提出時鉆頭脫落。鉆機鉆深無法達到設計深度。鑒于以上情況,剩余的92棵樁,采用攪拌樁方案難以實施。經(jīng)對地層進行分析,確定將剩余的攪拌樁調(diào)整為高壓旋噴樁。
依據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》(DL/T5200-2004),在粉土層中高壓旋噴樁的28 d單軸無側限抗壓強度為0.5~3.0 MPa。結合以往施工經(jīng)驗和本工程的地質(zhì)條件,本次設計高壓旋噴樁的28 d單軸無側限抗壓強度應不小于2.0 MPa,同原攪拌樁強度要求一致。旋噴樁的樁底深入到第⑤層裂隙黏土中,第⑤層土的標貫擊數(shù)最大值為12.6、最小值為6.4、平均值為9.6,黏性土中標貫擊數(shù)為6<N<10時,雙管法高壓旋噴樁的直徑宜選用0.7~1.1 m??紤]該工程的地質(zhì)條件及閘底板下不同樁型受力均勻性,剩余的92棵樁變更為高壓旋噴樁加固,有效樁徑仍采用0.6 m,樁徑、樁長、樁間距及置換率,均與水泥土攪拌樁加固相同。
閘室及上游翼墻復合地基承載力特征值應不小于180.45 kPa,其單樁豎向承載力標準值應不小于186.78 kN。水灰比1∶1,具體水灰比值施工時根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。
3.1 主要技術參數(shù)
高壓旋噴樁的主要設計參數(shù)建議如下:
1)采用雙管法進行施工;
2)樁身的28 d單軸無側限抗壓強度大于2.0 MPa;
3)主要技術參數(shù):高壓水泥漿壓力35.0~38.0 MPa,流量為70~80 L/min;壓縮氣壓力為0.6~0.8 MPa,氣量60~80 m3/h;漿液采用P·O42.5級的普通硅酸鹽水泥攪制,水灰比1∶1;提升速度:Ⅰ序孔、Ⅱ序孔高程9.5 m以上均為10~15 cm/min,高程9.5 m以下均為8~10 cm/min;旋轉(zhuǎn)速度為12~15 n/min;施工采用鉆機鉆孔,孔斜率<1%。
4)高壓旋噴樁有效樁徑不小于0.6 m;
5)施工前進行高壓旋噴灌漿現(xiàn)場試驗,根據(jù)試驗確定灌漿的方法、驗證設計參數(shù)、漿液性能要求。
3.2 施工技術要求
1)定孔位。在定孔位時,一定嚴格按照設計放樣定位,其誤差不大于2.0 cm,并用木樁固定。
2)造孔。把鉆機移至鉆孔位置,對準孔位用水平尺保持機臺水平,立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度須滿足精度要求,經(jīng)技術人員驗測合格后方可開鉆。如發(fā)現(xiàn)鉆機傾斜,則停機找平后再開鉆。鉆孔過程中遇石塊,現(xiàn)場技術人員和監(jiān)理應詳細記錄高程和鉆孔情況?;匦@難以進尺時,應采用錘擊、沖擊等方法進行鉆孔。鉆進過程中,遇到異常情況及時查明原因,采取相應措施,對地層變化、顆粒大小、硬度等要詳細記錄,鉆孔結束后,由技術人員進行質(zhì)量檢查,合格后方可移位進行下一個孔的鉆進。
3)下噴射管。將噴射臺車移至成孔處,先在地面進行漿、氣試噴試驗,檢查各項工藝參數(shù)符合設計要求后將噴射管下至設計深度,經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)檢人員檢查認可后方可進行高噴灌漿施工,噴射過程中如遇特殊情況,如漿壓過高或噴嘴堵塞等,應將噴射管提出地面進行處理,處理好后再進行施工。
4)漿液制備。灌漿漿液采用純水泥漿,按水灰比1∶1進行漿液攪制,在制漿過程中應隨時測量漿液比重,每孔高噴灌漿結束后要統(tǒng)計該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機攪制,拌制漿液必須連續(xù)均勻,攪拌時間不小于30 s,一次攪拌使用時間宜控制在4 h以內(nèi)。
5)噴射提升。當噴射管下至設計深度,開始送入符合要求的漿、氣,待注入漿液冒出孔口時,按設計的提升方式及速度自下而上提升,直至提升到設計的終噴高程。
6)回灌。噴射結束后,隨即在噴射孔內(nèi)進行靜壓充填灌漿,直到漿面不再下沉為止,保證旋噴樁固結后樁頂標高,回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。
7)工藝參數(shù)及注意事項。高壓噴射灌漿屬于基礎工程施工,在施工前或施工初期,宜進行現(xiàn)場灌漿試驗,確定旋噴速度、拉升速度、噴射壓力和噴射量,驗證工程施工詳圖設計和施工組織設計,調(diào)試運行鉆孔灌漿施工系統(tǒng),驗證合理的機械設備與人員配置。
在施工過程中注意的事項有:在下入或拆卸噴射管時,應采取措施防止噴嘴堵塞;灌漿過程中,采取措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通,避免造成地層劈裂或地面抬動。
高壓旋噴樁施工從2014年12月24日至2015年01月20日,歷時28 d,施工進展較為順利。雖在塊石地層有進尺慢、跳鉆現(xiàn)象,但采用錘擊越過該層后,再無特殊情況發(fā)生;噴射過程中,無長噴頭和噴管現(xiàn)象發(fā)生。施工過程中,設計代表、監(jiān)理、監(jiān)督各方對高壓旋噴實施現(xiàn)場指導旁站,施工隊伍嚴格按設計要求進行施工,經(jīng)現(xiàn)場荷載試驗檢測,單樁豎向抗壓承載力特征值為188.5 kN,復合地基承載力特征值為208 kPa,滿足設計要求。
實踐證明,采用高噴技術對“老口門”閘基進行處理,技術可行,加固效果可靠,可供類似工程參考。
(責任編輯 趙其芬)
F426.91
B
1009-6159(2016)-12-0012-02
2016-05-11
侯旻(1989—),男,助理工程師