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射水法建造薄型塑性混凝土防渗墙在长江重要堤防加固工程中的应用

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射水法建造薄型混凝土防渗墙,是近十生年来才发展并日趋完善的建造地下连续墙的新工法.该工法具有工艺合理,工序衔接紧密, 设备配套完整且自成系统,适应地层范围广,成墙垂直精度高,施工布置灵活,事故处理难度小及造墙性价比高等显著著优点.在1998年历史罕见的特大洪水过后,在长江,赣江,鄱阳湖等国内重要堤防加固工程中,得到广泛采用,取得了较好的社会经济效益. 本人通过在长江委长江建管局1999年度招标实施的安徽同马大堤第二标段加固工程(以下简称同马大堤二标),2000年度招标实施的湖北荆南长江干堤第三标段加固工程(以下简称荆南长江干堤三标)的施工中,经过施工探索总结,针对具体的堤形和地质特点及施工设备现状等,结合施工质量控制,提出了自己的一些见解,在工程上得到采纳和改进,取得了令人满意的效果,比较圆满地完成了合同施工任务:同时,对射水建造薄型混凝土防渗墙进行了大胆的展望与设想,有待在今后的工程实践中继续总结和改进,百尺竿头,更进一步.
1射水法建造薄型塑性混凝土防渗墙原理、方法
(1)射水造墙机射水造墙机一般由正反循环泵组、造槽机、拌合浇筑机三部分组成,各自安装在独立的平台上,三个平台均用滚轮支承在同一条钢轨上,钢轨与防渗墙轴线平行、布置在墙轴线一侧,作业面占地宽3.5~4.5m.以CSF—30型射水造墙机为例,主要设备性能和技术参数见下表。
(2)造槽和成墙原理 造槽原理:通过正循环泵抽吸泥浆池内的泥浆,经正循环管至成型器底部喷咀射出而产生的泥浆射流作用,及主卷扬提落成型器产生的重力冲击作用,联合冲切、破碎地层:由于正循环流量大,槽孔内的泥浆射流随成型器往复冲击式运动而产生剧烈 产动,使槽孔底部渣浆呈翻流状态,加上成型器底口呈倒三角形具有聚渣作用,因此,携带粗颗粒的渣浆或浓度较大的渣浆因比重较大聚向槽底中心,可从反循环抽吸口经反循环管、砂石泵(反循环泵)抽排至排渣池,而携带细颗粒的渣浆或浓度较小的渣浆可从槽口随泥浆溢了,砂粒沉积在泥浆沟内,由人工清至排渣池:泥浆经沉淀后流回泥浆池重复利用,并可充分利用成型器自身的往复运动自行造浆,即在槽口直接往槽内加入粘土、烧 等制浆材料,由成型器自行造浆,保持泥浆具有良好的固壁性能:造槽过程中,成型器同时在不断修整槽形,使槽孔形状呈比较规则的矩形柱。成墙原理:射水法造槽的成型器本身为规则的矩形板,因此经每一轮循环工序(包括直升导管法混凝土浇筑)后将形成一个个单墙,单墙自身的连续连续性是有保证的,那么如何将一个个单墙组成完整连续连续的防渗墙呢?射水法是这样做的:一是依靠设备自身的软硬导向确保造槽铅垂、各单墙位于防渗墙轴线的同一立面上,软导向即主卷扬通过钢丝绳连接成型器、正反循坏钻管,保持低重心状态下自由提落该重力进行冲击造槽:硬导向即造槽机通过导向门架和门架上滑动的小车对正反循环钻管始终施加导向作用,使造槽垂直精度得以提高。二是在成型上设计了侧向喷咀和可拆 式钢丝刷,以便在二期槽孔造槽过程中对一期墙端面进行冲洗、刷洗,即在一期槽造槽过程中必须打开侧和喷咀、安装上钢丝刷,并且事先控制好一、二期槽间的施工预留缝宽值,确保接缝刷洗有效和一、二期墙体良好对接。
(3)射水法建造薄型塑性混凝土防渗墙工序流程和各工序施工方法
1.施工工序流程 测量放线、先导孔施工 槽段划分、射水造墙机安装就位 造一期槽孔 清孔验收 泥浆下混凝土浇筑…… 射水造槽机就位 造二期槽孔 清孔验收 泥浆下混凝土浇筑。
2.各工序施工方法
(1)测量放线’先导孔施工通过布设测量导线或测量控制网,精确施放防渗墙轴线控制点,定出防渗墙轴线。先导孔一般采用地质回转钻机配合金钻头钻进’套管固壁,钻取地层芯样,探明地层界线,确定防渗墙 线.。要求尽可能减少对原状地层芯样的扰动,以准确探明相对不透水层界限和各地层地质情况.
(2)槽段划分’射水造墙机安装就信位槽段划分以一、二槽间施工预留缝宽值宜小不宜大为原则.在射水造墙机就位紧固定位器前,先平整夯实射水造墙机作业面, 铺轨水平,调校造槽机平台水平,精调造槽机导向门架铅垂,天轮’导向门架中心’平台口定位中心同在一条铅垂线上.
(3)造糟造槽方法己如前述,必须满足槽孔垂直度’槽深‘槽宽等要求,且钢丝刷保持完好.
(4)清孔验收利用设备自身的正反循环系统进行换浆清孔,满足槽内固壁泥浆性能指标’槽底淤积厚度’接缝面刷洗等质量要求
(5)泥浆下混凝土浇筑采用人工推车运料入拌合机料斗, 拌合机拌制混凝土,利用浇筑机电动葫芦下人导管、固定在浇筑平台上,再吊运混凝土浇筑成墙,施工方法基本同常规直升导管法水下混凝土浇筑。对混凝土原材料质量、拌合和浇筑工序质量都要严格控制,务必按施工要求严格操作,对浇筑过程中的任何异常现象都要密切注视,果断采取措施,防止发生质量事故。
3施工探索与改
(1) 施工布置及劳动定员规划施工总布置时,首先要考虑射水造墙机作业面与场内运输道路的布置,避开二者间的矛盾:其次要规划泥浆池、排渣池布置,一般要满足不损伤堤身、堤基,符合堤管部门和环保方面要求的原则.如同马大堤二标,设计防渗墙轴线位于外堤脚滩地,因场地较宽,在临河测布置了专门的场内运输道路,在紧靠防渗墙轴线的一侧布置射水造墙机作业面,在作业面与场内运输道路间布置泥浆池、排渣池及原材料堆场。又如荆南长江堤三标,设计防渗墙轴线位于堤顶,通过合理化建议将原设计墙轴线稍向堤内侧平移但保证其位于堤中心线外侧,从面可将射水造墙机作业面布置在堤顶墙轴线外侧,堤顶内侧作为场内运输道路,在作业面后方及堤坡布置原材料堆场,将泥浆池、排渣池布置在距堤外脚1~5M范围内的滩地上并垒筑而成,待完工且渣浆固结后经人工修整,使其与外滩地平顺衔接,可兼作为外浸台,对大堤安全有利.既简化了施工布置,又因势利导对弃渣加利用.。劳动定员:根据施工经验,每班射水造槽定员8人,混凝土浇筑定员12人,合计20人,每台机定员45人(每日二班制,计入技术管理人员).
(2)试验段施工在大面积铺开施工前,一般应选择在代表性的地段先进行试验段施工.通过试验段施工(包括质量检查),可求得如下重要参数或施工依据(1) .槽段长度、钢丝刷尺寸是否合适:(2) .混凝土施工配合比,墙体力学性能能否满足设计要求:
(3) 接头刷洗及墙体接缝质量得到验证:
(4).对地质情况有更准确掌握:
(5)进度,质量,工艺,组织措施是否适当配套:
(6) 质量,工期,安全能否得到保证等.
4墙体接缝外理
1 钢丝刷刷洗,射流冲洗射水法刚兴起时处理接缝面,仅靠在二期槽造 成型器侧向喷咀的泥浆射流,冲洗一期墙端面上的地层泥屑,泥皮,射流压力为0.35~0.40MPa,使二期墙新混凝土与一期墙老混凝土对接成连续墙.在同马大堤二标防渗墙施工中,我们采取了在成型器肩部(高1.2m)对称安装一副钢丝刷,加强接缝刷洗效果,因属砂性地层,经检查接缝质量良好:在荆南长江干堤三标防渗墙施工中,针对地层中粘粒含量较高,我们采取了在成型器侧向喷咀下言方(高0.6m)再加装一副钢丝刷,进一步加强接缝刷洗,满足了质量要求.但是,对接缝面的处理工作仍有待加强,因为目前对接缝面质量检查还限于上半部甚至上部,难以全面代表中底部接缝质量.
2准确控制二期槽造槽时的施工预留缝宽值针对不同地层地质特点,根据试验段的试验成果确定出适宜的施工预留缝宽值.该值对于粘性土地层一般为2..0~5.0cm,对于砂性土地层一般为4.0~8.0cm.即若成型长度为2.00m,则对粘性土地层,一期槽长2.00m,二期槽长2.04~2.10m:对砂性土地层,一期槽长2.00m,,二期槽长对2.08~2.16m,二期槽施工时两侧的施工预留缝宽值应相等.一般该值宜小不宜大,但过小可能造 成二期槽造槽难度急剧增大,频繁出现夹钻等现象.
3防渗墙急转弯处墙体搭接由于钢轨的柔性和射水法造墙可建造折线形连续墙特点,因此射水法造墙可以较好地拟合设计的曲线形防渗墙.但对于曲率较大的防渗墙段,射水法一,二期墙体搭接时应按墙中心线处二期槽施工预留缝宽值为零的原则划分槽段长度,即在二期槽造槽过程中需切去一期墙凹侧的墙体.总之,必须通过合理划分槽段长度,准确定位造槽机,严格控制造槽偏斜,加强二期槽施工中钢丝刷的机械刷洗作用,并结合射流冲流,才能保证一,二期墙良好对接.
(4)造槽偏斜控制对薄型(厚度 30cm)混凝土防渗墙,造槽的垂直精度是决定能否形成地下连续墙和保证墙体搭接厚度要求的关健,对同马大堤二标的砂卵石复杂地层,造槽偏斜控制是施工中的主要难题之一.通过施工总结,必须从如下方面进行控制:首先在平整夯实作业面地坪后铺轨找平,再调校造槽机平台水平后,检查成型器导向门架铅垂精度,检查天轮,门架及台口导向中心是否在同一铅垂线上,检查正反循环钻管是否成直线,连接是否紧密同轴,精校后锁固定位:第二,造槽操作力求精良,操作主卷扬要稳,准,即使其频率,冲程稳定,放绳恰到好处,正反循环钻管间加连接撑卡,提落成型器过程中正反循环流量保持稳定并同时工作,使其施加给成型器的力基本对称,控制造槽进尺均匀,保持槽底不产生过多沉渣,在造槽过程中加强槽形修整等:第三,定时检测泥浆指标,保持良好的固壁性能,并注意槽口保护,防止塌槽破环槽形:第四,随时注意观察偏斜情况,从反循环排渣,造槽进尺速度方面掌握地层特性,防止发生扩径,缩径,偏斜及其他异常情况,每次加钻管时都应测记偏斜值:第五,一经发现偏斜(偏斜率>3时,必须立即采取措施纠偏,一般采取提起成型器自上往下修正偏斜的槽段,或要机台口人为反向别钢丝绳修孔,或提出成型器焊临时扶正器修孔等方法.
(5)针对特殊地层的造槽改进1 遇夹卵漂石或木桩,块石的复杂地层在同马大堤二标的潭子湖堤段遇到了最厚达9.1m的卵漂石地层,超径石(d>10cm)含量达30%~50%,最大粒径超过30cm,该地层深度位于15~20m以下:在石牌堤段遇到了老溃口堤段,地层中夹杂块石,未朽木桩.该二特殊堤段施工中,均产生造槽工效极剧下降,混凝土浇筑充盈系数大增,偏斜率大增,塌槽严重,成型器,钻管,埋线胶管,砂石泵损环严重,反循环管路被频繁堵塞等现象.
6.主要采取措施:
一是通过在成型器底刃部加焊弹簧钢板,高强螺纹钢齿,硬质合金钢齿,加长成型器等措施加重,增强成型器,以增加其冲击破碎超径石能力,提高导向性能:
二是加大固壁泥浆比重,粘度,通过平衡槽壁侧压力固壁,并适当减小射流压力(二期槽造槽过程中加钢丝刷的机械刷冼作用予以弥补其作用),以保持槽壁稳定:
三是改善反循环管路,在反循环抽吸口加焊钢板隔架拦(在)超径石,增大反循环管弯头的通孔直径,减少弯头数量,降低机上反循环管安装高度:
四是精心操作,控制成型器冲击行程适当,正反循环配合一致,随时观察,勤于检查设备性状和造槽异常情况,及时排除故障,保证各部正常运转.经对比,采取上述措施后,造槽工效提高了80%以上,混凝土浇筑充盈系数降低了40%,效果显著.2遇老粘土或弱风化基岩 混凝土防渗墙深度,一般要求伸入相对不透水层中一定深度.相对不透水地层,一般较致密,坚韧,如同马大堤二标为泥质砂岩,砂泥质砾岩,荆南长江干堤三标为老粘土,在造槽过程中这种地层常表现出较强的”柔性, 弹性”,造槽进尺速度极为缓慢.采取在成型器底刃上焊接长钢齿,必要时将齿尖制做成倒剌形,一般能收到良好的效果.3遇到松软砂层塌孔现象严重及预防堤身壁裂在松软砂层造槽时单靠射流和成型器自重就可获得较快进尺,但提起成型器后槽孔又多半被塌没.采取措施除了提高泥浆比重,粘度,稳定性外,还应降低射流压力,特别是二期槽施工中侧向喷咀的射流可能具有破环性,另外,需要减小成型器的冲击行程,平稳操作,尽可能减小机台振动力,及时往槽内补浆,尽快完成造槽,混凝土浇筑.防止堤身壁裂措施同上.由于射水法单槽长度较小,采取上述措施一般能够避免堤身劈裂现象
6直升导管法混凝土浇主要控制好混凝土拌合物的质量和浇筑过程中的混凝土压差与导管埋深.一般开浇时准备好足够的混凝土量,用球体或柱体隔离,使混凝土出导管后一举将导管底口埋深不小于0.3~0.5M:浇筑过程中控制导管埋深为2~4M。
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