【摘要】將白云巖人工骨料大規(guī)模運用于水利工程建設(shè),吊洞水庫系貴州省首次,在全國也屈指可數(shù)。根據(jù)工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的料源選擇、砂石骨料加工系統(tǒng)工藝布置、半成品及成品骨料加工運輸和混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面的問題,對吊洞水庫白云巖人工骨料的質(zhì)量控制過程及其對混凝土性能的影響進行了研究。最大限度地克服了白云巖巖質(zhì)特性、砂石系統(tǒng)工藝布置的地形限制及成品骨科運輸造成的人工骨料品質(zhì)上的缺陷,保證了水庫大壩混凝土的施工質(zhì)量。其工程經(jīng)驗可為同類工程參考。
【關(guān)鍵詞】白云巖;人工骨料;質(zhì)量控制;吊洞水庫
1、概述
吊洞水庫壩址位于興仁鎮(zhèn)點烈村擺泥河上游狹窄河段,距黔東南州丹寨縣興仁鎮(zhèn)3km、距丹寨縣城約19km,距都勻北67km,距貴陽市195 km。
吊洞水庫供水工程是以工業(yè)供水為主,兼有灌溉的一項綜合性水利工程。該樞紐由碾壓混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪表孔、左岸壩身底孔、右岸供水引水系統(tǒng)、右河岸式泵房等建筑物組成。
根據(jù)野外地質(zhì)勘察資料,工程區(qū)白云巖分布較廣,其中工程區(qū)無天然砂料,本工程石料場靠近壩址左岸小點烈寨子東側(cè)的陡坡山體,距小點烈寨子通村公路180~230m。地表高程925.00~850.00m,地形坡度40°左右,順向坡,基巖基本裸露,巖性為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群第一段(∈2~3ls1)肉紅色中厚~厚層塊狀細晶白云巖,巖層產(chǎn)狀N25°E /NW∠11°,單層厚1~3m,巖體較堅硬,單軸濕抗壓強度Rb=50~~60Mpa,巖體質(zhì)量較好;儲量計算采用平均厚度法,開采面積約6.4萬m2,取料時去除約3m厚的無用層,有用層平均厚度約17m,剝離量約19萬m3,有用儲量約110萬m3,剝采比約0.17;石料場質(zhì)量及儲量均能滿足設(shè)計要求,開采范圍位于地下水位之上,地下水對開采無較大影響。
大壩各類混凝土工程量總計22.84萬m3。根據(jù)推薦配合比計算,砂石骨料理論用量總計329400m3,其中砂118013m3(占比35.8%)、小石72811m3(占比22.1%)、中石91431m3(占比27.8%)、大石54500m3(占比14.3%)。
本標段工程混凝土總量約19.6萬m3,需加工成品砂石料約29.40萬m3。根據(jù)混凝土施工月高峰強度,計算出相對應(yīng)的砂石骨料加工系統(tǒng)的生產(chǎn)能力為168t/h。
2、砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備情況
2.1 基本情況
根據(jù)工程施工進度及混凝土澆筑強度曲線,本系統(tǒng)必須滿足成品骨料設(shè)計生產(chǎn)能力170t/h,系統(tǒng)處理能力260t/h,故砂石系統(tǒng)在滿足水利水電工程砂石系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)則(DL/T5098—1999)要求的前提下,本系統(tǒng)成品骨料設(shè)計生產(chǎn)能力為180t/h。同時,為滿足混凝土澆筑高峰期對骨料的需求,分別設(shè)置了大石40~80(2500m3)、中石20~40(3000m3)、小石5~20(3000m3)、人工砂0.15~5(13000m3)的骨料堆場。
2.2 系統(tǒng)布置
根據(jù)總體規(guī)劃,本工程砂石加工系統(tǒng)布置在大壩右岸上壩公路和料場公路起點的740m高程,砂石拌合系統(tǒng)占地面積為1.3萬m3,其中規(guī)劃混凝土拌合系統(tǒng)占地2500m2,砂石加工系統(tǒng)占地5000m2,成品料倉占地5500m2。
該系統(tǒng)充分利用地形條件依山而建。從上至下為依次為進料口、初碎車間、洗石、預(yù)篩分車間、中細碎、篩分車間、中轉(zhuǎn)料倉、成品料倉和制砂車間。系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)能力為180t/h。
3、工藝改造原因、分析及成果
3.1 設(shè)計方案
根據(jù)地質(zhì)勘查成果,為滿足堆石壩的變形、基礎(chǔ)固結(jié)及穩(wěn)定要求,以提高地基承載力及減少變形沉降量,形成人工復(fù)合地基?;A(chǔ)處理方案為:覆蓋層基礎(chǔ)上游側(cè)采用C30防滲墻隔水,墻頂采用連接板與河床趾板相接。壩基分3個區(qū)域進行基礎(chǔ)處理:河床左側(cè)A區(qū)采用振沖碎石樁處理,至上游到下游分為A1區(qū)和A2區(qū),碎石樁均采用等腰三角形布置,A1區(qū)為防滲墻變形控制區(qū),位于防滲墻上下游8m范圍;A2區(qū)為壩體變形控制區(qū),下游邊界至壩軸線下游35m范圍,沿河道長56m;河床右側(cè)B區(qū)采用振動碾碾壓處理。
左岸粉質(zhì)粘土層底部在壩基開挖完成后深9~13m,下伏基巖,粉質(zhì)粘土層為主要處理對象,因此左岸碎石樁底部深入基巖。
壩基基礎(chǔ)處理屬于大面積的滿堂處理,故樁位宜采用等腰三角形布置。根據(jù)壩基處理分區(qū),A1區(qū)樁距采用1.5m,A2區(qū)樁距采用2.5m,樁徑均為1.1m。
2.1 施工程序
振沖碎石樁的施工主要包括:試驗準備、施工試樁、振沖樁施工、成樁檢查等幾個方面的內(nèi)容。
3、振沖施工方法及施工工藝控制
3.1 振沖碎石樁施工工序
(1)對位:吊車垂直吊起振沖器,使噴水口對準樁孔位置,偏差小于50mm;
(2)造孔:打開水源和電源,檢查水壓(0.6~0.8MPa,水量200~300l/min)、電壓(380V)、成孔電流25~30A,振沖器以1m/min速度造孔,當振沖器下沉到設(shè)計孔深0.3m開始清孔;
(3)清孔:成孔后一般需要1~2min清孔,以便回水將稠泥漿帶出,以降低孔內(nèi)泥漿密度,易于下料;
(4)投料:用機動翻斗車將20~40mm碎石運至樁孔處,成孔后將振沖器提出孔口,由孔口投料;
(5)制樁:制樁電源50~60A,達到振密電流后,留振30s,以1.5m/min速度提升振沖器,待孔內(nèi)料高0.8m左右再繼續(xù)下放振沖器,擠密達到密實電流,直至達到設(shè)計高度后上部虛填0.7m左右石料,并用振沖器下壓,保證樁頭強度;
(6)移位至新孔位。
3.2 施工工藝控制
振沖施工過程可以通過填料量、密實電流和留振時間三個參數(shù)來控制,振沖碎石樁的質(zhì)量是以振沖器振動時的工作電流達到規(guī)定值為控制標準。
試驗確定技術(shù)參數(shù)如下:(1)密實電流;(1)填料量;(2)留振時間;(3)樁間距;(4)水源壓力、水量、制樁時水壓、水量;(5)振沖器貫入速度;(5)振密提升高度:振密后段提升高度。
4、振沖施工質(zhì)量控制與檢測
4.1 控制標準:
(1)樁數(shù)、樁徑、填料質(zhì)量符合設(shè)計要求。碎石塊(粒徑不大于50mm)以及采用石場的石料,通過試驗確定出最佳級配,一般經(jīng)級配后碎石料干重度γ=18.7KN/m3。保證每孔填料量,并做好填料現(xiàn)場記錄。
(2)樁身的密實度符合施工規(guī)范。
(3)允許偏差項目: 成孔中心位移△1≤50mm;成孔垂直度△2≤1.5%;樁徑誤差△3≤20mm;孔深誤差△4≤100mm。
4.2 防止質(zhì)量通病措施
(1)機組就位檢查樁位樁管直徑范圍內(nèi)的地面土質(zhì),如遇到較大的硬塊,由人工清理后再沉管成樁。如因下部地層不均勻引起的樁管跑偏,應(yīng)提出樁管,查明原因,向孔內(nèi)填入較大硬物導(dǎo)順樁管,確保樁位準確及樁管垂直后在沉管成樁。
(2)樁尖難開,造成帶料。沉管前認真檢查樁尖,保證其靈活,如果因地層特點,樁尖難打開時,可上拔樁管一定高度后加料,然后需在拔樁管位置適當留振,保證樁底碎石密實。
(3)下料不均勻,使樁體不連續(xù)。如果下料困難可向樁管內(nèi)加水,控制提升速度及留振時間,消除局部帶料問題,或及時反插保證填料量。
(4)樁頂帶料。可在樁頂帶料區(qū)段及時反插保證填料量。
4.3 復(fù)合地基質(zhì)量檢測
4.3.1 檢測目的和要求
本工程主要采用單樁復(fù)合地基載荷試驗確定處理后復(fù)合地基承載力特征值,要求進行現(xiàn)場檢測。振沖施工結(jié)束后,除破土地基外,應(yīng)間隔一定時間方可進行質(zhì)量檢驗。對粘性土地基,間隔時間可取3~4周;對粉土地基,可取2~3周。振沖樁的施工質(zhì)量檢驗可用單樁載荷試驗。試驗用圓形壓板的直徑與樁的直徑相等??砂疵?00~400根樁隨機抽取一根進行檢驗,但總數(shù)不得少于3根。對砂土或粉土層中的振沖樁,除用單樁載荷試驗檢驗外,尚可用標準貫入、靜力觸探等試驗對樁間上進行處理前后的對比檢驗。對不加填料的振沖密實法處理的砂土地基,處理效果檢驗宜用標準貫入、動力觸探或其它合適的試驗方法。檢驗點應(yīng)選擇在有代表性的或地基土質(zhì)較差的地段,并位于振沖點圍成的單元形心處。檢驗點數(shù)量可按每100~200個振沖點選取1孔,總數(shù)不得少于3孔。
4.3.2 試驗設(shè)備配置
試驗采用壓重平臺反力裝置,加載及反力系統(tǒng)由液壓千斤頂、鋼梁、承壓板、配重組成。加壓由一臺500kN的液壓千斤頂及其配套加壓系統(tǒng)來完成,加載值由量程60MPa等級0.4級壓力表量測。沉降觀測采用通常使用的基準梁、百分表觀測系統(tǒng)。在壓板的兩個正交直徑方向?qū)ΨQ安置四個量程50mm(精度0.01mm)的百分表,百分表經(jīng)萬能表架固定于兩根6m長的工字鋼組成的基準梁上。
4.3.3 試驗方法
本次檢測采用單樁復(fù)合地基載荷試驗,壓板邊長為1.1m,壓板下鋪中粗砂找平(厚度50~150mm)。試驗最大加荷至280kPa,每級加載值為預(yù)估極限荷載的1/10。
每加一級荷載的前、后應(yīng)分別測記1次壓板下沉量,以后每0.5h測記一次,當連續(xù)2h內(nèi),每1h小于0.1mm時,認為壓板下沉量已趨穩(wěn)定,即加下一級荷載。
當出現(xiàn)下列情況之一時,可終止加載:
①壓板周圍的土,出現(xiàn)明顯的側(cè)向擠出;
②沉降s急劇增大、壓力-沉降(P-s)曲線出現(xiàn)陡降段;
③在某一級荷載下,24h內(nèi)沉降速率不能達到穩(wěn)定標準;
④累計沉降量已大于壓板直徑的6%(63.00mm);
⑤當達不到極限荷載,而已達到方案設(shè)計最大加載壓力。
荷載可分為3~4級,每卸一級荷載測記回彈量,直至變形穩(wěn)定。
4.3.4 單樁復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果及分析
4.3.4.1 試驗數(shù)據(jù)整理
根據(jù)試驗記錄,分別繪制P(荷載)~s(沉降)曲線及s(沉降)~ t(時間)曲線。P(荷載)~s(沉降)曲線反映了不同荷載作用下,沉降量變化趨勢;s(沉降)~ t(時間)曲線反映了在相同時間段,不同荷載作用下的沉降情況。
當壓力-沉降曲線是平緩的光滑曲線時可按相對變形值確定復(fù)合地基承載力;對振沖樁復(fù)合地基:當以粉土或砂土為主的地基可取s/b=0.01所對應(yīng)的壓力;按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半。其中:s——相對變形值,mm;b——承壓板的寬度,mm。
5、結(jié)語
通過對本工程振沖碎石樁的施工,按照《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202-2002)、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)、《巖土靜力載荷試驗規(guī)程》(YBJ17-90)等規(guī)范要求和設(shè)計的有關(guān)特殊檢測要求,組織了單樁復(fù)合地基承載力及變形等一系列檢測試驗,試驗成果均滿足設(shè)計要求。對于粉質(zhì)黏土的軟基處理,振沖碎石樁施工技術(shù)具有實施簡單、工期快、經(jīng)濟有效的特點。
本文通過對振沖碎石樁施工的成功經(jīng)驗的總結(jié),一是供同行和類似工程施工參考,二是旨在推廣振沖碎石樁基礎(chǔ)處理技術(shù)在有關(guān)工程的應(yīng)用。
參考文獻:
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作者簡介:蔡強(1970~),男(仡佬族),貴州銅仁人, 大學本科,高級工程師,主要從事:水利水電工程施工組織設(shè)計工作。