砂卵石土

砂卵石土（精选7篇）

砂卵石土 篇1

振动水冲法是根据机械机具的震动力在饱和状态介质中传播高频震动加速度, 使振冲器周围一定范围内的松散介质在震动作用下重新排列, 使松散介质趋于密实, 同时使填入孔内的松散卵石料与孔间卵石相互补充重新排列并趋于密实。振动水冲法使桩体与桩间土共同组成复合地基, 承载力得到大幅度提高, 压缩性减小, 抗剪能力增强, 地基土均匀性得到大幅度提高。

振动水冲法地基处理工艺被广泛用于处理人工填土、粘性土和砂类土组成的多元地基。某地区Ⅰ～Ⅱ级阶地地层为典型的二元结构, 上部为粘性土、粉土和砂土, 厚度约4～6m, 下部为卵石土, 卵石土内夹有厚度不等且分布不连续的细～中砂透镜体。

一般高层建筑设置地下室, 基础持力层为卵石土, 设计采用的承载力特征值达到350～400kPa以上。当持力层范围内遇1～3m厚的细～中砂夹层时, 因其强度低, 分布无规律, 地基强度和均匀性均无法满足设计要求, 采用振冲法处理后承载力超过400kPa。

该地基处理方案工期短, 造价低, 不排污, 具有推广价值。

1 工程概况

某工程项目由20层和20+1层主楼及2层裙楼组成, 设一屋地下室, 基坑开挖深度为±0.00m以下6.5m, 其中主楼采用筏板基础, 持力层以中密卵石为主, 要求承载力特征值400kPa。根据勘察成果, 基底以下持力层0.8～4.0m范围内分布有1～3m厚砂土夹层, 厚度变化较大, 承载力低, 地基均匀性差, 无法满足变形要求。经多种方案比较, 决定采用振动水冲法处理。

工程地质勘察成果表明, 该建筑场地位于Ⅰ级阶地, 地基土自上而下分为:①人工填土, 由粘性土、粉土和少量卵石组成;②粉质粘土, 可塑状;③粉土, 稍密状, ①②③层总厚度4.5m左右, 基坑开挖后基本清除干净。④卵石土, 以稍密、中密和密实状态为主, 其间夹有1～3m厚细～中砂, 砂夹层一般含5%～30%不等的圆砾或卵粒, 砂层埋深在基底以下0.8～4.0m范围的持力层内, 该层为本次处理对象。土层主要力学参数如表1。

2 处理方案

对于基地以下持力层表面砂土夹层小于1m时可以用C10砼换填, 大于1m时进行振冲处理;基地以下持力层厚度小于3m或持力层4m以下砂土夹层厚度大于0.8m时进行振冲处理。

填料为3～10cm级配卵石, 处理深度进入相对硬层0.5m。根据设计意图, 划分地基处理范围, 本次处理目标是复合地基承载力超过400kPa, 变形模量超过25MPa。

初步设计依据《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) 7.2.8-1、7.2.8-1:

fspk=m fpk + (1-m) fsk m=d2/de2

其中桩身平均直径d取1.20m, 一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径de, 桩位按等边三角形布置, 桩间距s取1.40m, de=1.05s, 则计算de=1.47m, 计算桩土面积置换率m=0.66。

桩体承载力特征值fpk取480kPa, 处理后桩间土承载力特征值fsk取值320kPa, 计算振冲桩复合地基承载力特征值fspk=425 kPa。

基础边缘布置3排保护桩, 处理加固桩桩长均穿越软弱砂层到下部硬层。考虑到地层特点, 用ZCQ-55型振冲器制桩, 采用置换法, 使用粒径3～10cm新鲜卵石作填料, 制桩用水压暂定为700kPa, 用密实电流控制施工质量, 制桩时密实电流80～100A。

3 施工概况

按照设计方案, 施工程序按《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) 的相关规定进行, 振冲器沿同一方向, 按方案设计参数进行施工。由于砂夹层上覆土层为卵石, 振冲器穿越硬层速度慢, 难度大, 在现场分别用ZCQ-30型振冲器和ZCQ-75型振冲器进行试验, 水压为1000kPa。

本工程在施工前期进行了各种尝试, 在不同地段分别采用1000～2000kPa水压, 将桩间距分别调整为1.8～2.5m, 对砂夹层层顶埋深小于2.0m的地段, 使用挖掘机械翻松后再振冲, 均取得了良好效果和相关参数。

用3种振冲器分别制桩, ZCQ-55型振冲器穿越速度最快, 各型振冲器施工相关参数对比如表2。

对现场施工情况分析, ZCQ-30型振冲器在粗颗粒土中的振动力度不足, ZCQ-75型振冲器因激振力太大, 穿越土层之前, 其强大的水平激振力使卵石土超前致密, 因此穿越困难。在处理该地段卵石土内砂夹层时, 选择ZCQ-55型振冲器最为理想。制桩水压的切削力对造孔及砂层置换效果起着重要作用, 由于卵石土体渗透力强, 施工污水能够及时渗走, 施工时可加大水压, 加快施工速度, 在水冲和振动作用下部分砂粒被冲走, 填入卵粒, 提高置换率, 从而大提高地基强度。

施工结束后采用14t振动压路机对地基表面进行了振动碾压。

4 处理效果

施工结束后, 对个别处理位置进行开挖检验。开挖部位中砂层厚度2.3m, 层顶埋深0.8m, 开挖深度3.8m, 剖面显示中砂砂粒绝大部分被置换, 桩体与桩间土已连为一体, 接近天然卵石地层。

对处理地基进行了动力触探检测, 动力触探试验结果与勘察成果对比, N120贯入击数提高近一倍, 地基均匀性较好。

单桩复合地基静载荷试验采用方形压板, 面积1.44m2, 加荷装置和记录仪器均满足规范要求。试验荷载为800kPa, 对应的总沉降量由7.70mm～9.14mm, 承载力均超过400kPa, 变形模量30MPa。在场地选取最薄弱的点位, 静载最大加荷1306kPa, 对应的总沉降量12.18mm, 地基承载力特征值达到500kPa。

根据以上检验结果, 地基处理完全达到设计要求, 比对处理手段, 工期和总造价均节约一半。

5 有关问题的说明

5.1 方案设计

对卵石土内砂夹层的处理主要针对高层建筑地基, 一般需要较高的承载力。通过分析该工程项目地基处理过程中的相关参数, 振冲处理时采用较高的水压和适当的桩间距, 提高置换率可获得较高的地基承载力。从几种功率不同振冲器的对比试验结果表明, 采用ZCQ-55型施工机械效益最佳, 桩位宜按等边三然形布设, 施工水压1000～1500kPa, 填料使用粒径3～10cm卵石或碎石。针对本地区地层特点, 经总结, 可按下式估算振冲孔间距:

d=1.0+0.02 (480-fsk )

式中:d—振冲桩间距 (m) ; fsk—天然地基承载力特征值取值 (kPa) 。

5.2 关于承载力修正

经地基处理后的复合地基按现行规范一般不进行进行深度修正。卵石土内的砂夹层呈透镜状分布, 振冲处理处理进行置换和振密, 使其与卵石土体混为一体, 处理后的地基与天然卵石土层特点基本一致。对于大面积分布的砂层, 处理时按可《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) 7.2.1条规定, 在基础外缘扩大1～2排保护桩。卵石土体内的砂土软弱层经振冲法处理后形成的复合地基与天然卵石土层特征基本相同, 承载力可参考天然地基条件进行深度修正。

5.3 关于处理效果

采用N120动力触探对卵石土体进行测试已有相当成熟的理论依据和实践经验, 经振冲法处理后的卵石土地基可采用N120动力触探进行检测, 检测点可按处理桩孔数量的5%抽取, 在典型地段可进行少量静载荷试验, 通过与N120动力触探检测结果对比后确定复合地基力学参数。

6 结论

①该地区卵石土内的砂夹层, 采用振动水冲法处理效果明显, 处理后的承载力可超过400kPa, 变形模量超过30MPa, 而且工期短, 造价低。与压力灌浆、高压旋喷等处理方法相比, 工期与造价均可节约1/2以上。

②ZCQ-55型振冲器在卵石土内具有良好的穿越性能, 施工水压宜采用1000～1500kPa。

③振冲桩间距宜通过现场试验确定, 初步设计时可按公式d=1.0+0.02 (480-fsk ) 进行估算。

④处理填料宜使用3～10cm卵石或碎石, 填料应使用质地坚硬的石料, 不能使用风化或半风化的石料。

⑤经处理后的卵石土复合地基承载力可参考天然地基条件进行深度修正。

参考文献

[1]JGJ79-2002.建筑地基处理技术规范.

[2]郑培成.振动水冲法施工技术.南京水利科学研究院报告, 1983.

[3]郑培成.厦门港东渡港区驳般码头基槽填砂的水下振密研究.第三届全国地基处理学术讨论会文集, 杭州、浙江大学出版社, 1992, 269-272.

砂卵石土 篇2

现行描述路基压实质量的检测指标主要有压实度、弯沉值、回弹模量、沉降差、沉降率等。压实度仅仅是从路基填料内部颗粒的密实程度来描述压实效果,但是路基除了要满足压实度要求外,还要满足强度要求,即路基必须满足承载力要求,达到一定的刚度,保证道路使用过程中在车辆荷载作用下不产生过大的变形。弯沉值通常用来表示路基路面的承载能力,弯沉值越大路基刚度、承载力越小,反之刚度越大、承载力越大,回弹弯沉值在我国已广泛使用且研究较为透彻,是路基工程设计、施工中的重要参数[1]。现行《公路路基路面现场测试规程》中用于测量弯沉值或回弹模量的方法有承载板法、贝克曼梁法、动力锥贯入仪法、自动弯沉仪法、落锤式弯沉仪法,便携式落锤弯沉仪或称手持式落锤弯沉仪(Portable Falling Weight Deflectmeter,简称PFWD),具有诸多优点,是值得推广的一种检测方法。

1 PFWD简介

1.1 PFWD工作原理

PFWD是基于普通落锤式弯沉仪的改进设备,又称手持式落锤弯沉仪(Handhold FWD),由于体积比普通落锤式弯沉仪小很多,也被称作微型落锤弯沉仪(Mini FWD),是当今国际上普遍采用的路基路面结构强度无损检测仪器,在国外运用较广[2]。与传统的检测方法相比,PFWD具有操作安全可靠,精度高,携带简便,操作简单,自动记录并能模拟汽车荷载作用等优点,是继常规拖车式落锤弯沉仪(FWD)后的又1种新的动力模量快速无损检测设备,可用来快速检测路基回弹模量值。

PFWD由加载系统、数据采集系统和数据传输系统组成。各系统有独立的装置,每一次测试中,各系统协同工作,通过落锤加载,数据由压力传感器、位移传感器量测并采集,通过计算机中的数据处理软件完成数据处理工作。PFWD的基本原理是将一固定重的落锤提升至一固定高度,然后释放自由下落,落锤冲击置放在路基(或路面)表面的承载板及底座上产生冲击荷载,在冲击荷载作用下,承载板与路基(或路面)表面产生竖向位移。由此,压力传感器和位移传感器将荷载和位移的时程数据记录下来,并传输到计算机数据处理软件中,从而根据压力和位移的峰值确定路基动弹性模量。

PFWD的荷载施加方式和FWD一致,均为动荷载,且加载时间极短,可认为瞬时加载,加载以后20 ms内即完成卸载,虽然路基填料属于弹塑性材料,并非理想的线弹性材料,但荷载施加瞬间,路基变形主要为弹性变形,塑性变形可忽略不计,因此根据PFWD测得的最大压力值p和最大弯沉值l,采用圆形垂直弹性半空间体的刚性承载板理论公式进行计算可以得到路基模量EP为[3]:

式中:p为实测的承载板最大单位压力;δ为承载板半径,现场通常采用半径为15 cm的承载板;μ为泊松系数,对于路基通常取0.35;l为实测的承载板中心弯沉;Ep为路基回弹模量。本文采用式(1)对PFWD测得的弯沉值进行路基回弹模量反算。

2 现场试验

2.1 试验场地概况

试验依托南京绕越高速公路东北段,路基填料为砂砾卵石土,填料属于粗粒土,级配曲线见图1。试样场地选取现场某段路基,试验每隔5 m选取1个点进行观测,共10点。文献[4]、[6]、[7]将贝克曼梁法、FWD法测得的弯沉值与PFWD法进行比较,并得出相应的回归公式,本文将PFWD与压实度、沉降差进行比较。一般来说,静力压实方式只能增加路基中的应力,而无助于颗粒之间阻力的减小。振动压实方式则对于土石混填路基兼有增加应力与减少阻力的双重作用,因此,该试验选用柳工生产的CLG622型振动压路机,压路机的额定功率为128 kW,工作质量22 000 kg,振幅取2.1 mm档,频率使用32 Hz档。

2.2 试验过程

填料运至现场,在振动碾压之前,需去除填料中粒径过大的卵石,保证填料级配良好,并取试样进行颗粒分析、含水率试验,填料的级配曲线见图1。从曲线中可以看出,填料中大于5 mm颗粒均在50%以上,细粒组颗粒分布不均匀,试样含水率为5.8%,含水率偏低。现场分别测定路基在碾压2、3、4、5遍后的回弹模量值、压实度、沉降差,回弹模量采用PFWD法,压实度采用灌砂法,沉降差用水准仪测量。为保证数据的准确性,每碾压1遍后首先进行PFWD试验,用水准仪测出路基表面高程,最后做灌砂试验,保证3个压实指标处在同一点。压实度作为路基最常用的检测指标,将其与PFWD量测的回弹模量进行对比,找出PFWD所测得的回弹模量与压实度、沉降差的关系。

2.3 试验结果分析

试验得到了不同碾压遍数下弯沉值、回弹模量、沉降差、压实度的数值,舍去异常值后得到了各指标的平均值,见表1。由表中数据可知,当碾压遍数小于4遍时,回弹模量、压实度随着碾压遍数的增加而增加;弯沉值、沉降差随着碾压遍数的增加而减小;随着碾压遍数的增加,其变化幅度均逐渐变小;当碾压遍数继续增加,回弹模量、压实度反而降低,弯沉值较碾压4遍时增加,沉降差出现负值,说明路基出现了回弹。以上结果表明,路基在碾压4遍时能够取得较好的压实效果。根据现场观察,碾压5遍后填料中的粗颗粒出现破碎的情况,土体结构遭到破坏,级配发生变化,从而产生了更多的空隙,使得砂砾卵石土路基压实效果变差,为了能定量地描述彼此之间的关系,对碾压遍数小于4遍时的各检测指标进行线性拟合。

沉降差与回弹模量拟合后的方程为:

压实度与回弹模量拟合后的方程为:

沉降差与弯沉值拟合后的方程为:

压实度与弯沉值拟合后的方程为:

从各线性拟合方程可以看出,4个拟合方程的相关系数均大于0.9,压实度与回弹模量拟合方程的相关系数达到了0.993,说明PFWD得到的弯沉值、回弹模量与压实度、沉降差有较好的线性相关性。

由于路面模型、材料的非线性、非均匀性,荷载作用形式的不同,不同方法反算结果往往差异较大,所以在反算模量时,应该注意几个方面的问题:(1)建立起弯沉盆-各层模量-路面状况之间的数值关系,甚至直接建立弯沉盆与路面状况之间的关系,从而使反算方法更加简单;(2)对PFWD测试技术标准化,定期标定仪器,使检测数据更加有效,并找到1种对现有各路面结构反算方法合理的评价方法,使反算方法标准化。

2.4 不同检测方法对比分析

由上节可知砂砾卵石土路基在碾压4遍时可以取得较好的压实效果,于是采用PFWD法、贝克曼梁法和FWD法对碾压4遍的砂砾卵石土路基进行弯沉检测,其检测结果见图2。

从图2中可以看出,PFWD法测出的弯沉值是最大的,贝克曼梁法测出的弯沉值最小,从而可知,PFWD法测得的路基回弹模量最小。此外,还可以知道,3种方法测得的弯沉值变化趋势基本一致,表明3种均可以较好地检测路基的回弹模量。

PFWD作为路基弯沉值、回弹模量检测设备与贝克曼梁法、FWD法相比,具有诸多优点,贝克曼梁法的基本原理是杠杆原理,将路基弯沉值放大,以便使用百分表量测出路基的弯沉值,但是贝克曼梁法仅测得静态汽车荷载作用下的路基回弹弯沉值,不能反映路基在行车动荷载下的路基变形;PFWD用落锤的自由落体模拟汽车行驶中的动荷载,与道路使用过程中的荷载相符,能够有效地检测公路路基的压实效果;贝克曼梁法使用的标准车已越来越少,且整个测试过程基本依靠人工操作,测试结果受人为因素影响较大[4],PFWD的数据采集采用传感器,数据处理由计算机内置程序完成,考虑各种因素,数据精确度达0.001mm,相对误差较贝克曼梁法小很多。FWD是一种较为先进的回弹模量检测设备,各系统与PFWD相似[5],但设备体积较大,需要专用机动车辆。PFWD与FWD相比,具有携带方便的特点,标准配置的PFWD只有17 kg,有专用的包装箱,可很自由地移动。只要测试人员能到达的施工现场,都可以携带PFWD进入现场测试,所以PFWD不受测试场地和运输的影响,可用于路基施工过程的路基检测,但PFWD只能测出荷载作用下的最大弯沉,并不能得到弯沉盆的数据。

3 结论

(1)砂砾卵石土填筑高速公路路基,弯沉值、回弹模量能够较好地反映路基的压实效果,可作为路基检测中对压实度指标的补充,直接反映了路基的刚度大小和承载能力,是反映路基性能的重要参数。

(2)PFWD是一种继贝克曼梁、落锤式弯沉仪之后新型的路基弯沉、回弹模量检测仪器,具有体积小、重量轻、携带方便、易于拆卸,操作简单、测试精度高等诸多优点,是1种值得大范围推广的路基检测仪器。

(3)相关规范中并未列出PFWD的使用方法,通过现场试验,将PFWD测得的弯沉值和回弹模量值与压实度、沉降差进行对比,得出了弯沉值、回弹模量与碾压遍数之间的定性关系,并把弯沉值、回弹模量与压实度、沉降差做线性拟合,拟合后的相关系数均在0.9以上,说明PFWD量测的各个量与压实度、沉降差有良好的线性相关性。

摘要：为了得到能够有效评价砂砾卵石土路基压实效果的指标,分析了弯沉值、回弹模量的物理意义,指出了两者之间的关系,并将其用于砂砾卵石土路基检测中;分别说明了检测路基压实度、回弹模量的3种方法,并重点介绍了手持式落锤弯沉仪的工作原理、性能参数、主要特点。通过现场试验,将便携式落锤弯沉仪(PFWD)测得的弯沉值及反算得出的回弹模量与压实度、沉降差进行对比,结果表明两者之间具有很强的线性相关性,验证了PFWD的实用性、优越性。

关键词：路基工程,路基检测,砂砾卵石土,便携式落锤弯沉仪,弯沉值,回弹模量

参考文献

[1]冯瑞.路基回弹弯沉值计算方法研究[J].交通标准化,2010(4):111-114.

[2]查旭东.PFWD快速检测路基模量研究[J].公路交通科技,2009,16(1):26-30.

[3]郭大智,冯德成.层状弹性体系力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.

[4]樊兆强,杨辉,攸频.落锤式弯沉仪与贝克曼梁式弯沉仪的比较和评价[J].中国市政工程,2003(5):8-10.

[5]武新成,彭琴.落锤式弯沉仪在低等级公路检测中数据有效性分析[J].公路,2011(2):144-148.

[6]王端宜,郑国梁,黄文通,等.用手持式落锤弯沉仪评价砂砾土类路基质量[J].中国公路工程,2005,30(2):128-130.

砂卵石地层钻孔桩施工技术 篇3

1 工程概况及地层特征

1.1 工程概况

潮河桥为京承高速公路 (三期) 工程, 位于北京市密云县东北方向, 横跨潮河, 为斜60度简支梁桥。钻孔灌注桩基础长为11~19 m。桩径分1.2 m和1.8 m两种。

1.2 地层特征

本桥位于两个地貌单元, 分别为剥蚀残丘和潮河河谷, 潮河河床内现况无地表径流。场地地层分布特征为:地表以下8~10 m范围内为砂卵石地层, 成分以卵石夹杂漂石为主, 漂石粒径为50~60 cm, 由于河床遭遇严重盗采和盗采后的填埋, 缺少细小颗粒;砂卵石以下为岩石, 本桥桩基均为嵌岩桩, 要求桩底进入弱风化岩2 m。由此可见:覆盖层松散易钻, 但孔壁稳定性差, 常出现塌孔、超径等等问题, 对泥浆性能要求较高, 需控制进尺;下层岩石坚硬, 冲击过程产生剧烈振动, 易造成上层卵石层失稳。

2 施工工艺

2.1 工艺原理及特点

为避免护筒下及周边卵石的稳定埋, 通过铺设混凝土及注浆等方法, 有效的连接卵石和护筒, 填充空隙, 固定上层松软层, 硬化深层松散卵石, 并对护筒周围进行加固, 防止因振动和机械等重物的压力引起坍孔。

本工艺具有以下特点。

(1) 注浆固化土体埋设护筒, 避免护筒根部及周边坍孔。

(2) 保证了钻机的稳定, 不容易出现偏位, 减少了纠偏的几率, 从而缩短了成孔时间。

(3) 在护筒和卵石层之间铺一层混凝土, 起到了很好的连接作用, 保证了护筒的稳定, 解决了护筒下卵石的不稳定问题。

2.2 施工工艺流程

钻孔灌注桩的施工, 因其所选护壁形成的不同, 有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种, 但在施工中常用的是泥浆护壁方法。

该施工工艺流程是:挖基坑并底层铺筑混凝土→埋设护筒进行注浆→钻机就位→钻进施工→清孔→水下混凝土灌注。

2.3 施工操作要点

2.3.1 挖基坑并底层铺筑混凝土

基坑的大小根据桩径确定, 基坑的直径较护筒大1 m, 便于发挥混凝土对松散地层的凝结作用。铺筑混凝土工艺流程图如图1所示, 铺筑混凝土剖面图如图2所示。

为了达到良好的效果, 避免钻孔过程中出现塌孔现象, 提高成孔机率, 施工时注意以下事项。

(1) 混凝土的强度:根据养护的时间和条件, 当开始钻进时, 强度达到10 MPa。

(2) 混凝土的坍落度:较一般普通混凝土减少25%~30%粗骨料, 能够渗透到下层卵石中。

(3) 挖基坑的过程中, 基坑底不要被扰动, 用人工清理。

2.3.2 埋设护筒进行注浆

(1) 埋设注浆管。

由于砂卵石松散, 在钻头进入到岩石层后, 振动很大, 一层混凝土很难达到理想效果, 为了进一步加强对松散砂卵石的固结作用, 在埋设好的护筒四周进行注浆, 注浆管长度依据卵石层的松散厚度而定, 一般比护筒长0.5 m, 布置如图3所示。

(2) 注浆。

注浆材料为普通硅酸盐水泥P.O.32.5掺加10%~25%的粉煤灰, 水灰比1∶1。

注浆管采用Φ32 mm, L=2.5～3.0 m, 壁厚3.25 mm的无缝钢管。前端加工成锥形, 以便插打。前端1 m范围内钻Ф8～10 mm溢浆孔, 呈梅花形布置 (防止注浆出现死角) , 间距20 cm, 尾部1.5 m范围内不钻孔防止漏浆, 末端焊Ф6环形箍筋, 以防打设注浆管时端部开裂。

注浆量计算:

Q=πR2×h×n×α× (1+β)

式中:Q为注浆量 (m3) ;

R为扩散半径;

H为注浆段长;

N为地层空隙率;

α为地层填充率;

β为损失率。

2.3.3 钻机就位

施工过程中, 使用3台CZ-8型冲击钻, 6个钢护筒, 循环使用。

安装钻孔机的基础如果不稳定, 施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响, 因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基, 用推土机推平, 在垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准, 施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机, 对有钻塔的钻孔机, 先利用钻机的动力与附近的地笼配合, 将钻杆移动大致定位, 再用千斤顶将机架顶起, 准确定位, 使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上, 以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2 cm。对准桩位后, 用枕木垫平钻机横梁, 并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

2.3.4 钻进施工

(1) 泥浆护壁作用与配制。

泥浆的护壁机理主要表现在两个方面:隔水膜的形成及泥浆液态静压力。隔水膜的形成要求土层具有一定的渗透性, 否则, 很难在孔壁形成隔水膜。泥浆在液压作用下浸入土层, 在一定范围内, 泥浆凝胶体黏附在土颗粒上, 固定了土颗粒的相对位置, 在孔壁周围 (0～2 m) 形成较稳定的土层, 使土层抗剪强度增加, 从而维持了孔壁的稳定。泥浆的继续渗透使泥浆中的土颗粒逐渐填补了孔壁土层的空隙, 从而堵塞水道, 在孔壁形成泥皮即隔水膜。泥浆的液态静压力可以有效地作用在孔壁上, 且减少了渗透性, 保持了孔壁的稳定。泥浆的液态静压力可以抵抗作用在孔壁上的土压力和水压力, 并防止地下水的渗入。由此可见:泥浆具有稳定护壁作用, 首先表现为泥浆静水压力作用, 对地下水产生超压力, 起稳定平衡作用;其次表现为泥皮作用, 泥浆在孔壁上形成不透水泥皮薄膜, 阻止泥浆渗透至周围土中或者地下水侵入孔内与泥浆混合, 促进孔壁的稳定。同时, 泥浆具有抑制地层失稳的作用, 主要表现为泥浆的凝胶作用。

钻孔泥浆由水、黏土 (或膨润土) 和添加剂组成。泥浆原料宜尽可能使用膨润土, 膨润土具有密度低、黏度大、含砂量和失水量少、泥浆厚度小、稳定性强、固壁能力强、钻具回旋阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。为了提高泥浆性能, 通常在制备泥浆时掺入少量的外加剂。外加剂一般有轻基纤维素 (CMC) 、铬铁木质素磺酸钠盐 (FcI) 、硝基腐植酸钠盐 (煤碱剂) 和Na2Co3 (纯碱) 。

不同类型的外加剂对钠膨润土泥浆滤失量的影响是不同的。根据试验配制, 不同的掺和量具有不同的粘度, 采用添加膨润土泥浆护壁, 并加入适当的纯碱。泥浆经多次试配如表1所示。

本工程中采用了水:膨润土:纯碱=100∶5∶1的比例, 施工效果比较理想。

(2) 钻孔。

钻孔是一道关键工序, 在施工中必须严格按照操作要求进行, 才能保证成孔质量, 首先要注意开孔质量, 为此必须对好中线及垂直度, 并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣, 还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时, 附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔, 下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好, 既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔, 又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

2.3.5 清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直。为此, 除了钻孔过程中密切观测监督外, 在钻孔达到设计要求深度后, 对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时, 立即进行孔底清理, 避免隔时过长以致泥浆沉淀, 引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时, 要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm;当孔壁不易坍塌时, 不大于20 cm。对于柱桩, 要求在射水或射风前, 沉渣厚度不大于5 cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔, 所需设备不多, 操作方便, 清孔也较彻底, 但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。本工程采用掏渣筒清孔。

2.3.6 水下混凝土灌注

清完孔之后, 就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内, 定位后要加以固定, 然后用导管灌注混凝土, 第一车混凝土灌注时, 用较大漏斗, 并用比导管直径略小的皮球封底, 保证桩底部质量。

3 资源节约及效益

此工艺保证了桩基的成孔质量, 避免塌孔造成反复回填和钻进, 只采用少量混凝土和水泥浆, 避免了使用全护筒, 降低了施工成本约200万, 取得很好的经济效益;采用注浆加固, 保证了钻机的稳定, 减少了纠偏的机率, 从而缩短了成孔时间, 加快了施工进度, 取得了很好的社会效益;只采用少量混凝土和水泥浆, 把能源消耗降到最低, 节能环保效果好。

4 质量评述与结语

潮河桥钻孔桩施工开始, 6根桩钻孔施工过程出现了两次坍孔。针对此情况, 充分分析原因, 根据此工法施工, 克服了孔壁坍塌现象, 钻孔桩灌注质量得到有效控制。潮河桥钻孔桩施工共计72根, 经北京市质量监督站对桩的完整性检测均为Ⅰ类桩。

本研究很好的解决了在砂卵石地层冲击钻孔桩施工技术问题, 为以后类似工程积累了经验, 但必须在地质勘探基础上, 准确的判断地层结构, 才能决定具体的施工方法。

参考文献

[1] (JTJ041-2000) .公路桥涵施工技术规范[S].

砂卵石地层金刚石钻进工艺 篇4

金刚石钻进是当前钻探工艺中比较先进的钻进方法之一, 该工艺具有钻进效率高, 钻孔质量好, 施工劳动强度轻, 钻探成本低等特点。楼日新等[1]采用大口径空气潜孔锤对砂卵石地层进行钻进和取样, 并且研发了新的钻进工艺; 刘睦峰等[2]采用大口径旋挖钻进方法对砂卵石地层的泥浆护壁及旋挖钻头碎岩机理等相关工艺进行了分析, 取得了良好效果; 刘德亮等[3]采用孔内定向爆破的方法成功的解决了大口径钻进中钻头随漂卵石回转没有进尺的问题。目前砂卵石地层大口径钻进主要有牙轮钻头钻进、旋挖钻斗成孔、孔内爆破等工艺。但是对于工程勘察中的小口径钻孔的砂卵石地层钻进没有比较系统成熟的工艺方法。本文结合惠州港荃湾港区公共管廊及路堤填海工程场地的工程地质特征, 就砂卵石地层的泥浆护壁力学机理、金刚石钻头的碎岩机理、钻进工艺参数方面进行探讨和分析。

1 工程地质特征

根据工勘资料, 惠州港荃湾港区公共管廊及路堤填海工程的整个场址地层按力学性质自上而下主要分为3个大层: 第1层为软黏性土层, 主要为淤泥 ( 约15. 4 m) , 局部为淤泥质黏性土和淤泥混砂; 第2层包括可塑 ~ 硬塑的粉质黏土 ( 0. 6 m ~ 2. 4 m) 、稍密 ~ 中密的砂混卵石 ( 0. 4 m ~ 6. 1 m) 、砂混黏性土 ( 0. 3 m ~2. 4 m) 、卵石 ( 0. 4 m ~ 5. 2 m) ; 第3层为基岩风化层, 包括残积土 ( 1. 0 m ~ 2. 0 m) 、全风化花岗岩 ( 0. 4 m ~ 2. 3 m) 、强风化花岗岩 ( 0. 8 m ~ 8. 2 m) 、中风化花岗岩 ( 层厚未揭穿) 。

这种砂卵石、卵石地层进行钻进施工时, 主要从以下3个方面考虑钻进施工的工艺:

1) 砂卵石层的硬度较高, 应从金刚石钻头的碎岩机理方面考虑选用合适的钻具及工艺技术参数。

2) 砂卵石钻进取样过程中, 岩芯容易脱落, 应对岩芯管内部加以设计改进, 以获得更高的取芯率。

3) 选取合适的泥浆工艺, 确保钻孔顺利进行。

该区域的砂卵石层处于半胶结和无胶结状态, 当钻头进行回转钻进时, 通过比较钻具回转的扭震力 ( P1) 和卵砾石间的挤压力 ( P2) , 以及卵砾石的粒径 ( D1) 和钻头口径 ( D2) 及相对位置关系, 得出砂卵石钻进中可能会发生的两种情况:

a. P1> P2, D1< D2, 砂卵石在钻头的扭剪作用下被挤压滑移到岩芯钻头内, 从而使得钻头获得进尺, 如图1所示。

b. P1< P2, D1< D2, 钻头压住卵石部分进行剪切破碎, 留在岩芯管外侧的碎屑部分被挤入孔壁之中, 套在管内的卵石碎屑进入岩芯管钻头内, 从而使得钻头获得进尺, 如图1所示。

2 泥浆护壁的力学机理

为了防止砂卵石地层塌孔, 钻进过程中采取泥浆护壁, 使得钻孔内壁具有一定径向压力。通过人为调节泥浆的比重, 从而控制其对孔壁产生的径向应力。钻孔土压力q0 ( z) 和泥浆压力q1 ( z) 都随深度而变化, 在二者的共同作用下, 钻孔孔壁的应力边界条件为:

由土力学原理[4,5]和弹性力学[6]的拉梅解答, 钻孔孔壁附近土体的水平应力为:

无泥浆护壁时, 孔壁应力边界条件:

钻孔孔壁附近土体的水平应力为:

没有泥浆护壁时, 如图2所示, 钻孔周边不同方向的最大剪切应力为:

环向与径向成45°方向:

轴向与径向成45°方向:

轴向与环向成45°方向:

有泥浆护壁时:钻孔周边不同方向的最大剪切应力为:

环向与径向成45°方向:

轴向与径向成45°方向:

轴向与环向成45°方向:

对比钻孔有无泥浆护壁不同方向的最大剪切应力, 泥浆的静水压力很好的缓解了不同方向的剪切应力。钻孔时在孔内保持一定稠度的泥浆进行护壁, 使得钻孔内的径向压力增大, 降低孔边的最大剪切应力, 从而减少塌孔现象的发生。

3 金刚石钻进工艺

3.1钻具的选择

该场地的卵石层位于淤泥层下, 呈棱角 ~ 亚圆形, 成分为花岗岩和凝灰岩, 粒径在20 mm ~ 70 mm之间, 卵石空隙间充填泥沙及砂砾, 对于此种卵石层的结构特征, 如果用硬质合金钻进, 由于卵石层的结构松散和卵石块大小不一的特征, 硬质合金钻头在回转切削过程中将承受极不平衡的扭转阻力, 在巨大的冲击载荷作用下钻头外出刃磨损严重或者崩落, 导致无法获得进尺; 若采用钢粒钻进, 钢粒会钻进卵石空隙中, 导致钻头唇面直接和卵石接触, 磨料消耗太大, 钻进效率低下; 金刚石钻头能够克服较大的回转阻力和冲击力, 采用合适的技术参数及操作方法是可以很好的钻进卵石层。采用孕镶金刚石钻头, 以慢钻慢压的方式碎岩钻进。综合王发明[7]对孕镶金刚石钻头的试验研究, 选择钻头参数为: 金刚石目数60 ~ 80混合目; 金刚石浓度100% ; 金刚石品级JR4; 胎体硬度40。

3. 2 泥浆的选择

泥浆主要由膨润土、添加剂和水配制而成。膨润土具有造浆能力强、黏土高、泥浆厚度小、失水量和含砂量少和较强的固壁能力和稳定性等, 施工时添加少量的Na2CO3 (纯碱) [8]。刘睦峰等[2]在对泥浆的公式 (Fs为孔壁稳定性系数, rm为泥浆密度) 和 (Fs为孔壁稳定性系数, τm为凝胶泥浆的抗剪强度) 研究表明, 泥浆的密度和泥浆的抗剪强度的增加, 有利于增强孔壁稳定性。施工时在泥浆中适当的添加絮凝剂, 提高泥浆的抗剪强度, 掺入适量的Na2CO3使得泥浆的p H值保持在8~10之间。

3. 3 取芯工艺

卵石层取芯过程中容易掉芯, 为了获得更好的取芯率, 将破开的钢丝绳焊在距离岩芯管底部水口上方8 cm ~ 10 cm处, 在焊接钢丝绳的时候需要将其焊成网状, 这样卵石进入岩芯管中在提钻的过程中不易掉落。每个回次控制在0. 5 m左右, 回次钻进时间控制在1 h ~ 1. 5 h之间, 这样可以有效的减少对焊接钢丝绳的损坏。钻进回次结束, 为了使得岩芯管内的卵石块和焊接钢丝绳很好的缠绕在一起, 将泵量调至最小, 继续回转一些时间, 这样会更有利于提取岩芯。

4 工程实例

4. 1 钻探设备选择

钻机: HGY-200型; 泥浆泵: BW-150型; 钻塔: A型两脚式钻塔。

4. 2 钻具、钻速和钻压的应用

1) 根据施工现场地层及孔深情况选择钻具如下: 在钻进上部较软粘土层时采用108硬质合金钻头钻进, 逐步跟进ф127 mm×9 mm厚壁套管, 遇到下部卵石层时改用ф91孕镶金刚石钻头钻进, 捞取卵石岩芯时用改进的岩芯管。

2) 钻进过程中发现有蹩车或者钻具激烈的跳动, 不得强行钻进, 减压同时将钻头提起, 待钻速稳定再将钻具缓慢压入孔底继续钻进。

3) 在砂卵石层中钻进时, 如果钻具声音突然减小即进尺加快, 应适当降低泵量控制钻具进尺, 确保取芯率。

4) 根据金刚石钻头的碎岩机理及现场的实际情况, 钻机钻速控制在142 r/min ~ 285 r/min, 钻压6 k N ~ 7 k N, 取得了较好的碎岩和取芯效果, 取芯率达到了80% 以上。

4. 3 泥浆使用效果

现场具体的泥浆参数如表1所示。通过制定详细的泥浆作业指导书, 并且调配专门的泥浆调配人员, 确保泥浆的相关参数基本达到表1要求, 从而保证施工的正常进行。泥浆调配员与现场施工班组的密切配合, 使得钻探工作得以顺利进展, 并且取得了很好的效果。

5 结语

1) 泥浆的护壁作用主要表现在泥浆的静水压力, 且随着泥浆密度的增加, 孔壁稳定性增加。

2) 砂卵石层是影响成孔质量和施工工期的重要因素, 在施工时不同地层采用不同钻进工艺, 应及时更换钻头。

3) 采用孕镶金刚石钻头配以自行焊制的岩芯管在砂卵石钻进, 取芯率大幅提高。

4) 钻探工艺是一门实践性很强的学科, 对于不同地区的砂卵石层可能有不同的钻探施工方法, 如何通过理论和实践相结合, 找到最快、最经济的钻探施工方法也是我们今后需要考虑和完善的。

参考文献

[1]楼日新, 李子章, 苏宁.砂卵石层大口径空气浅孔锤钻进与取样技术[J].地质与勘探, 2003, 39 (2) :91-94.

[2]刘睦峰, 彭振斌, 王建军, 等.砂卵石层泥浆护壁与旋挖钻进工艺[J].中南大学学报 (自然科学版) , 2010, 41 (1) :265-271.

[3]刘德亮, 李琦.漂卵石地层钻进工艺研究及孔内爆破试验[J].施工技术, 2013 (3) :174-175.

[4]陈希哲.土力学地基基础[M].第4版.北京:清华大学出版社, 2004.

[5]Soil Mechanics Work Team At Hohai University.Soil Mechanics[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[6]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京:高等教育出版社, 2002.

[7]王发明.适合坚硬地层孕镶金刚石钻头优化设计研究[D].北京:中国石油大学, 2009.

砂卵石做地基承载力状况分析 篇5

一、实际情况

由于前期地质勘探工具手段的限制, 往往和实际情况存在部分差异, 在实际工程施工中, 沙溪工程左岸船闸及上、下引航道施工开挖至建基面以后, 揭露的工程地质条件与前期的工程地质结论基本吻合, 但砂卵石层中地下水含水不丰, 透水性比原设计透水性弱, 水文地质条件变好, 有利于施工降水及施工开挖。根据开挖收集的地质资料, 将河床覆盖层划分为两大层:上部一层为粉土及粉质粘土层, 厚约10m。临时开挖坡比1∶1较陡, 开挖土质边坡局部垮塌;中下部二层为砂卵砾石层, 厚约10m。结构密实程度不均一, 动力触探查明:土体结构由疏松、稍密及中密组成, 层内不同高程上局部分布有含砾砂层透镜体, 砂卵石层骨架颗粒直径3~10cm, 百分含量占50~70%, 填料<5mm的百分含量占30~50%, 细粒含量较高, 故砂卵石层透水性一般较弱。

通过动力触探孔检测表明, 上、下引航道砂卵石地基, 大部分地基结构密实程度达到中密~密实, 基本能满足承载与变形要求。建基面附近少部分砂卵石地基细粒含量较高, 且受施工开挖扰动及地下水影响, 承载能力有所降低。应采取夯实或换填处理措施。

二、问题分析

根据实际进行的动力触探结果, 针对沙溪船闸上下引航道基础揭露的地质情况, 具体分解如下:

1) 船闸的上、下引航道建于砂卵石层上, 由于土体结构密实程度不均一, 地基存在不均一沉降问题;下阶段上、下引航道及边墙砼浇筑施工, 应合理设置施工缝, 以适应地基的不均一沉降变形。

2) 上引航道船0-012~船0-105.0, 段长93m, 地基经检测:砂卵石地基表面0~1.7m厚, 土体结构疏松~稍密, N120=2~6击;土体细粒含量较高, 承载力相对较低, 允许承载力[R]=240Kpa, 变形模量E0=21Mpa。不能完全满足地基承载与变形方面的要求, 应加强表层地基处理。可以采用夯实或局部片石砼换填处理措施, 换填尝试。

3) 下引航道船0+308.50~船0+448.00, 段长139.50m。地基检测:0~2.3m厚土体结构疏松~稍密, N120=2~6击;土中细粒含量较高, 承载力较低, [R]=240Kpa, 变形模量E0=21Mpa。不能完全满足地基承载与变形要求, 应进行地基加固处理。可以采用片石砼换填处理措施, 换填一定深度。对局部换填深度较大, 可采用灌浆加固处理措施。如船0+398.50~船0+448.00段。深度4.10~5.31m, 分布一软卧层, 换填困难, 可以采用灌浆加固处理。

三、结语

在实际施工过程中, 采取的主要方法是部分清除、固结灌浆、振冲碎石桩、高压旋喷桩等方式, 对砂卵石地基进行处理, 提高砂卵石材料的强度及其承载力, 从而降低地基不均匀沉降现象。同时还能够有效的将地基渗漏情况减小, 防止砂卵石地基发生震动液化的情况。

通过沙溪枢纽船闸上、下引航道开挖揭示地基情况说明, 砂卵石作为地基要考虑地基承载情况, 要根据河床覆盖层开挖后具体砂石颗粒含量情况进行考虑, 对于临时土质边坡较陡, 稳定性较差, 尤其在雨季浸水后易垮塌的地方, 最好采用坡面喷射混凝土护坡进行加固。对砂卵石地基细粒含量较高, 且受施工开挖扰动及地下水影响, 承载能力有所降低。应采取夯实或换填处理措施。灌浆加固处理措施及开挖边坡的护坡措施。

参考文献

[1]黄焰, 李一之.卵石地基高层建筑基础设计及地基处理研究.湖南水电科普论坛, 2007.

[2]向贤礼.砂卵石地基的勘测方法与承载力研究.中南大学, 2005.

[3]乔飞.卵石地基的勘测方法及承载力分析.山西建筑, 2014.

浅析砂卵石地基混凝土防渗墙施工 篇6

防渗墙是修建在挡水建筑物和透水地层中防止渗透的地下连续墙, 主要用来控制闸坝基础的渗流和用在坝体的防渗加固, 由于它具有结构可靠防渗效果好, 适应多种不同的地层条件, 施工方便, 造价低等优点, 所以得到广泛应用。

1 防渗墙施工

防渗墙一般分为:造孔前的准备工作;泥浆固壁进行造孔;终孔验收和清孔换浆;防渗墙混凝土浇筑;成墙质量验收等过程。

(1) 造孔前准备工作。

(1) 防渗墙的截面型式有圆孔型和槽孔型两种, 由于圆孔型防渗墙搭接缝多, 有效厚度相对较难保证, 已逐渐被槽孔型所取代。槽孔型防渗墙是由一段段厚度均匀的墙壁套接而成。施工时, 先建造单号槽段的墙壁, 为一期槽孔, 再建造双号槽段的墙壁, 为二期槽孔。一期、二期槽孔套接形成一道连续墙。

(2) 槽孔宽度为防渗墙的有效厚度, 一般钢板桩水泥砂浆和水泥黏土砂浆灌注的防渗墙, 厚度为10cm～20cm, 混凝土及钢筋混凝土防渗墙, 厚度在40cm～80cm左右。为了保证防渗墙的整体性, 应尽量减少槽段间的接头, 尽可能采用较长的槽孔。但如果槽孔过长, 可能影响混凝土墙的上升速度, 导致产生质量事故。所以槽孔长度必须满足下述条件:

式中L为槽孔长度m;Q为混凝土生产能力, m3/h;B为防渗墙厚度, m;V为槽孔混凝土面的上升速度 (一般不小于2m/h) ;k为墙厚扩大系数, 可取1.2～1.3。一般槽孔长度为10m～20m。

(3) 导向槽设置。导向槽沿防渗墙轴线设在槽孔上方, 导墙内壁垂直, 顶部保持水平, 平行于防渗墙轴线。净宽略大于防渗墙设计宽度的4cm～6cm。深度以1.5m～2.0m为宜, 底部高程一般应高出地下水位0.5m以上, 以有利于维持槽壁的稳定。导向槽可用木料、条石、灰拌土或混凝土作成;为防止地表积水倒流和便于自流排浆, 其顶部高程要高于两侧地面高程。

导向槽安设好后, 在槽侧铺设钻机轨道, 安装钻机, 修筑运输道路, 架设动力和照明线路及供水供浆管路, 作好排水排浆系统, 并向槽内充灌泥浆, 保持液面在槽顶以下30cm～50cm, 即可开始造孔。

(2) 泥浆固壁造孔。

防渗墙是在坝体内连续造孔成槽, 以泥浆固壁, 在泥浆下浇筑混凝土而建成的。对于小型工程, 一般采用冲击式钻机造孔或两钻一抓法。这两种方法都先施工一期槽孔 (主孔) , 后二期槽孔 (副孔) 。后一种方法工效高, 目前被水利工程广泛采用。但该法施工平台要求大于18m, 施工时难以布置。成墙厚度受开槽机械限制, 防渗墙一般较厚。

(1) 造孔方法。用冲击式钻机开挖槽孔时, 一般采用钻劈法, 即“主孔钻进、副孔劈打”, 先将一个槽段划分为主孔和副孔, 利用钻机钻头自重, 冲击钻凿主孔, 然后用同样的钻头劈打副孔两侧, 用抽砂筒或接碴斗出碴。

(2) 泥浆固壁。泥浆在造孔中可起到排碴、润滑、冷却钻头的作用。它直接影响墙底与基岩、墙段间结合质量。一般槽内泥浆面应高出地下水位0.2m～0.6m。制浆黏土多用膨润土, 黏粒含量大于50%, 塑性指数大于20%, 含砂量小于1%。

为降低成本, 保护环境, 固壁泥浆需通过再生净化和回收, 进行循环使用。一般在黏土、淤泥中成槽, 泥浆可回收利用2～3次, 在砂砾中成槽, 可回收利用6～8次。

(3) 终孔验收和清孔换浆。

槽段施工终槽验收合格后, 还要进行清槽换浆, 才能浇筑混凝土。清槽换浆的目的, 就是要清除回落在槽底的土渣, 换上新鲜泥浆, 保证泥浆下浇混凝土质量。

(4) 混凝土浇筑施工要点。

混凝土浇筑前, 应仔细检查导管的形状、接头和焊缝的质量, 过度变形和破损的不能使用, 并按预定长度在地面进行分段组装和编号, 然后安装布置到槽段中。

采用泥浆下直升导管法浇筑, 各套浇筑导管同时开浇。导管距孔底1 5 c m～25cm左右, 跑球法开浇;槽孔浇筑导管距孔端1.0 m～1.5 m, 中心距不大于4.0 m, 根据槽孔划分情况, 布置混凝土浇筑导管;各导管均匀进料, 混凝土面高差不大于0.5 m, 导管埋深宜控制在2 m～8 m;浇筑过程中每隔1h～2h检测槽口混凝土的坍落度, 混凝土入仓时坍落度1 8 c m～22cm;浇筑过程中, 每间隔30min或每浇筑2～3车混凝土后测一次槽内混凝土面。在开浇和终浇阶段应缩短测量混凝土上升面的间隔时间。混凝土面平均上升速度不得小于2m/h, 终浇高程不低于3.0m;混凝土开浇时, 应保证混凝土供应连续。若出现中断后, 必须在40min内恢复。

浇筑开始, 首先要在导管中放置直径略小于导管内径的木球, 以便在开浇时把混凝土与泥浆隔开;再由受料斗倒入水泥砂浆, 使管内泥浆被木球及其上部的水泥砂浆排涝出去, 导管内充满水泥砂浆和混凝土;然后将导管稍微上提使木球压出导管, 浮出泥浆液面;最后迅速检查导管连接处是否漏浆, 若不漏浆, 立即开始连续浇筑混凝土, 维持全槽混凝土面均衡上升, 其上升速度不小于2m/h, 随着混凝土顶面的不断上升, 继续拆管, 始终使导管底口埋入混凝土内1m～6m的深度, 直至将混凝土顶面浇筑至规定高程, 在导管提升过程中, 应严格遵循先深后浅的原则;相邻混凝土面高差控制在0.5m范围以内。

(5) 成墙质量验收。

成墙质量检查一般采用钻检查孔来评定浇筑混凝土的质量。 (1) 每个墙段墙身混凝土质量的检查; (2) 墙段与墙段间套接质量与接缝质量的检查, 墙底与基岩接合质量的检查; (3) 墙身顶留孔及埋设件质量的检查; (4) 成墙防渗效果的检查。

2 防渗墙施工中应注意的问题

防渗墙施工过程中, 造孔质量是保证防渗墙质量的首要环节。同时, 在防渗墙施工过程中, 造孔时间占总工期的2/3以上, 是制约工期的关键环节。施工中应采取预防偏孔措施, 有效地防止或减少偏孔, 使孔斜控制在允许范围内。

保证混凝土防渗墙施工质量和速度的关键在于开槽的连续性, 浇筑的及时性。并且要把泥浆固壁作为一个重要的施工环节去对待。否则, 一旦出现塌孔, 将导致施工中断, 而断开段的处理相当困难。因此, 各工序必须严格按规程进行操作, 控制进度和质量。同时加强机械设备的维修养护, 保证完好率, 确保混凝土防渗墙“连续作业”, 达到保证混凝土防渗墙施工质量的目的。

3 结语

混凝土防渗墙技术应用于砂卵石地基加固工程, 可有效解决坝体、坝基渗漏问题。随着混凝土防渗墙技术的迅速发展, 施工机具的不断创新和完善, 经济效益的不断提高, 其用途将日益广泛。

摘要：水工建筑物的地基一般分为岩石地基和软基 (土或砂砾石) 地基两大类型, 为使建筑物地基具有足够的强度、整体性、稳定性、抗渗性和耐久性, 确保水工建筑物的安全运行, 本文主要介绍在砂卵石地基混凝土防渗墙的施工。

砂卵石土 篇7

2.中铁隧道集团隧道设备制造有限公司,河南洛阳471009)

]根据成都地铁1号线盾构施工实践经验,总结了含水砂卵石地层带压进舱的技术要点。

成都地铁砂卵石地层石英含量高,刀具磨损快,据施工统计,每掘进130~200m就需进行刀具的检查与更换。由于砂卵石地层含水丰富且气密性差,很难实现敞开式检查和维修保养及刀具更换,通过人舱进行带压作业可以安全快速地解决这一难题。

1 工程概况

成都地铁1号线盾构4标段起于省体育馆站南端,止于火车南站北端,共分为省体育馆路-倪家桥-桐梓林-火车南站3个区间。左线隧道长2 328.2m,采用1台德国海瑞克土压平衡盾构施工;右线隧道长2 572.23m,采用1台德国海瑞克泥水盾构施工;2台盾构均从火车南站始发。

本标段内地表多为第四系全新统人工填土覆盖,其下为全新统冲积层黏性土、粉土、砂土、卵石土,其下为第四系上更新统冰水、冲积层为卵石土夹砂层透镜体;下伏基岩为白垩系上统灌口组紫红色泥岩。

据初勘钻探及探井揭露,漂石最大粒径为270mm;一般含量为5%~10%,局部富集成层高达20%~30%;漂石分布随机性较强,但主要分布于卵石层中下部,一般埋深6.5m以下;漂石单轴极限抗压强度最大值9 4.3 M P a,最小值92.8MPa,平均值93.7MPa。

左线土压平衡盾构在切口里程到达ZDK13+630(582环),掘进里程到达ZDK13+630.60停机,准备带压进舱换刀。本次采用带压0.8bar进舱检查更换刀具。盾构始发后至此次带压换刀时累计掘进了582环,前一次换刀后掘进了90环。

2 带压进舱原理

经过对刀盘前方地层进行处理后,在保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求的条件下,通过在土舱建立

合理的气压来平衡刀盘前方的水、土压力,达到稳定掌子面和防止地下水渗入的目的,为在土舱内进行检查刀盘刀具和更换刀具创造工作条件。其工作原理如图1所示。

3 准备工作

3.1 设备及材料准备

成都地铁砂卵石地层的气密性差,为保证土压平衡盾构带压进舱气压的稳定,除了要确保保压系统设备的完好外,还应具备大容量空压机和膨润土泥浆。

1)大容量空压机准备较大容量的空气机,以加强压缩空气的供给。成都地铁在带压进舱前准备了30m3/h的空压机。

2)地层封堵用泥浆对盾构土舱周围的土体采用泥浆进行封堵,以减少气体逃逸。封堵地层间隙的材料应严格按相关要求进行进货检验,并按要求搅拌均匀。成都地铁盾构带压进舱用于封堵的材料为泥浆,其配合比见表1。

3.2 注浆封堵

带压进舱主要应保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求,因此封堵效果及进行封堵的位置至关重要,带压进舱前主要应对以下几个部位进行注浆封堵:(1)利用盾构中体、前体上四周的润滑孔,对盾构主机周围进行注浆封堵,以防止压缩空气从盾壳与地层之间逃逸。(2)利用盾构上的加泥系统,对掌子面进行封堵。在掘进进舱里程前5环(第578~582环)时,加入泥浆对开挖碴土进行改良,以便在盾构开挖直径的四周能渗透一定厚度的泥浆,从而填充带压进舱时土舱周围土体的空隙。

3.3 碴土置换

带压进舱前确保加泥系统做好注浆准备(需要注浆口和排浆口),确保准备的膨润土泥浆量至少为土舱容量的70%。

掘进到进舱里程后,停止掘进,这时土舱内充满已得到很好改良的碴土。用泥浆置换土舱内的砂卵石,通过螺旋输送机将土舱内的碴土排空。在排碴的同时,通过加泥系统向土舱的顶部泵送膨润土稠泥浆。泥浆的压力必须高于预定的进舱气压,泥浆的压力可通过土舱内的土压传感器进行持续监测,应比地下水压力高1.2~1.4bar。当螺旋输送机出来的碴土中砂卵石含量非常少时,停止出碴,继续向土舱内注入泥浆,让泥浆充分渗透到地层,形成泥膜。为防止刀盘面板前的掌子面无泥浆渗透,可慢速转动刀盘5°~10°。

3.4 泥浆置换

启动自动保压系统,用气体置换泥浆。缓慢打开进气阀,土舱内的压力上升,气压开始上升时,启动螺旋输送机排空土舱。为保证土舱内压力的稳定,一定要将螺旋输送机的舱门开度放小,缓慢置换。

3.5 土舱气密性试验

当土舱内的膨润土泥浆排完且土舱气压稳定后,可以开始进舱作业。带压作业时,通过土舱气压来抵抗掌子面的水土压力,土舱气压的设定至关重要。过低则不能有效抵抗水土压力,泥膜将被破坏,地下水将渗入土舱内,并同时带入大量的流沙,使掌子面不稳定,易造成坍塌事故;过高则压缩空气将冲开封堵的泥膜从地层中会逃逸,易造成地面喷发事故。

进舱压力根据地下水位和地质条件确定,一般进舱压力至少应比地下水压高0.6bar。为确保带压作业人员的安全,必须合理设定土舱的气压,进舱前应进行气密性试验。成都地铁盾构4标施工时,带压进舱前进行了3小时气密性试验,见表2。开始时气压设为1bar,发现气体逃逸太快,达20m3/h;后降低至0.85bar时,气体逃逸减慢,气体补充量小,约10m3/h;降至0.8bar时,补气量较小,土舱压力最为稳定;因此进舱压力设定为0.8bar。

4 带压进舱

4.1 人舱气密性试验

人舱是作业人员出入土舱进行维修和检查的转换通道,出入土舱的工具和材料也由此通过,通常情况下人舱处于无压模式,带压作业时处于加压模式,而气密性试验是通过升压、降压试验来检查人舱门、土舱门、舱壁上各种管路是否漏气。根据现场经验,从0升压(不装消音器)至设计值不超过10min即为合格;降压操作过程中通常会出现土舱门漏气现象,造成气压降不到0,现场实践得出若降压后气压能小于0.3bar则为安全,若气压降不到0.3bar以下,则需要带压进行土舱门密封的处理。

4.2 带压进舱检查

为了进一步判断掌子面的地质情况和刀盘刀具磨损情况,首先由专业工程技术人员带压进舱对掌子面的地质情况和稳定性进行检查、确认,同时对刀盘、刀具磨损情况进行检查,确定换刀方案和各种带压换刀前的各项准备工作。

4.3 带压进舱作业

先将作业所需工具、刀具等物品全部运入主舱,以免动用准备舱。作业人员进入主舱室。带压作业中应注意作业的上部有没有孤石,如果有,要及时做出处理。成都砂卵石地层,泥膜对土舱的密闭性起着非常重要的作用。进舱做业注意不要破坏泥膜,如果破坏,应及时调泥浆修复。要经常观察泥膜有无龟裂现象,如严重,要退出再次进行泥浆置换,形成泥膜。

一般情况下,每组有效带压作业时间为3h左右(带压作业,人体很容易疲劳),工作结束后按既定的减压方案进行减压、出舱,下一组人员进舱。

换刀工作完成后,作业人员要将土舱内所有的铁制工具拿出舱外,机电技术人员要对所有的刀具安装质量进行检查,确认无误后关闭土舱门恢复推进。

5 结语

成都地铁带压进舱的技术要点主要有两方面,一是通过气压抵抗地下水土压力,阻止地下水向土舱内流动,以确保砂卵石地层的自稳;二是通过泥膜渗透来提高砂卵石地层的气密性。防止开挖面坍塌和确保开挖面地层的气密性是含水砂卵石地层带压作业安全的关键,是成都地铁带压进舱作业成功的关键。

成都地铁1号线大部分线路在成都市南北主干道下,为减少地铁施工对城市交通的影响,在成都地铁施工中进行刀具的检查与更换时,应尽量不采用对地面环境造成不良影响和严重影响地面交通的降水常压进舱作业法,而宜采用带压进舱作业。

参考文献

[1]郑达,武百良.盾构隧道压气体作业施工方法[J].广州建筑,2004,(4):15-17.

[2]贺霄飞.压气作业在地铁盾构施工中的应用[J].山西建筑,2007,(11):309-310.

[3]卢创冕.盾构压气进舱作业技术要点[J].建筑机械化,2008,(4):51-53.