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劈裂灌漿技術(shù)在滹沱河北大堤整治工程中的應(yīng)用
劈裂灌漿技術(shù)在滹沱河北大堤整治工程中的應(yīng)用 摘要:通過循環(huán)式劈裂灌漿,滹沱河北大堤的裂縫、洞穴等隱患被充填密實(shí),劈裂縫周圍的土體被漿液壓密,其與沿軸線方向發(fā)生的銜接劈裂縫所形成的漿脈共同作用,達(dá)到防滲目的。該文闡述了滹沱河北大堤循環(huán)式劈裂灌漿工程的施工過程及其工藝。
關(guān)鍵詞:滹沱河北大堤 劈裂灌漿 漿脈 應(yīng)用
1 工程概況
滹沱河北大堤自無極縣東羅尚閘,至獻(xiàn)縣樞紐,全長101.123 km,是天津市、華北油田及滹沱河至大清河之間眾多城鎮(zhèn)的重要防洪屏障。為省Ⅰ等一級堤防,堤身土料來源于大堤兩側(cè),主要為黏土、壤土及砂壤土,分層混合填筑,土質(zhì)不均勻,質(zhì)量差異較大,碾壓不實(shí),存在松散夾層和空洞、裂隙。堤段干容重最大為17.6 kN/m3,最小僅11.6 kN/m3,全堤統(tǒng)計(jì)合格率(干容重大于15 kN/m3)為27%,平均干容重為14.4 kN/m3。“96·8”洪水以來,堤身多處出現(xiàn)塌陷、管涌、貫通裂縫等重大險(xiǎn)情。鑒于滹沱河北大堤在河北省防洪渡汛中的重要地位,1998年以來,連續(xù)對其進(jìn)行了劈裂灌漿、垂直鋪塑、混凝土護(hù)坡等一系列的綜合整治。
北大堤循環(huán)式劈裂灌漿工程位于深澤縣境內(nèi),施工日期為2000年3月10日~2000年5月30日。灌漿段樁號為10+300~16+700、19+074~20+300,其中13+000~13+826、14+850~15+150為雙排孔,梅花型布置,其余段為單排孔�？孜徊贾糜诘添斢畟�(cè),雙排孔距堤肩1.0 m,單排孔距堤肩2.0 m,孔深5.5 m,孔距3.0 m。
2 劈裂灌漿原理
劈裂灌漿利用最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的規(guī)律,根據(jù)土體水力劈裂的原理,順堤向布孔,在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體,有控制地劈裂堤身,將與漿脈連通的所有裂縫、空洞、空隙等隱患用泥漿充填密實(shí),同時(shí)漿壓將筑堤土壓密,最終在堤內(nèi)順堤向形成密實(shí)、垂直、連續(xù)、有一定厚度的漿液防滲固結(jié)體,從而達(dá)到防滲加固的目的。
3 灌漿主要設(shè)備
設(shè)備選用山東泰安產(chǎn)WJ100型臥式灌漿機(jī),該機(jī)集攪拌、過濾、儲漿、輸漿功能為一體,可以連續(xù)攪漿和輸漿,移動方便靈活。輸漿用80/10型泥漿泵,功率4 kW,最大工作壓力1.0 MPa,輸漿量0.08 m3/min,水平輸送距離60~80 m。動力配備為12 kW柴油發(fā)電機(jī)。
4 灌漿土料
設(shè)計(jì)要求:土料就近取材,主要為黏性土,在沒有黏性土?xí)r,可選用粉質(zhì)壤土(黏粒含量12%,粉粒含量約75%,砂粒含量≤13%)。施工時(shí)選用土場的采樣試驗(yàn)結(jié)果(表1)。
由表1可以看出,三個(gè)料場的黏粒含量為21.2%~25.6%,粉粒含量65.5%~66.3%,砂粒含量11.3%~12.5%,土料均為壤土,符合設(shè)計(jì)要求。
5 灌漿施工
(1)施工準(zhǔn)備。由于灌漿需要24小時(shí)不間斷施工,為保證工程進(jìn)度與質(zhì)量,施工前必須做好施工準(zhǔn)備,首先,灌漿機(jī)、發(fā)動機(jī)應(yīng)進(jìn)行全面檢修,保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行。第二,選擇符合要求的土料場,由于灌漿孔吃漿量的不確定性,所選擇的料場土料必須充足。第三,選好水源及送水車輛。
(2)場地布置。施工現(xiàn)場主要布置在北大堤堤頂上,根據(jù)灌漿泵的輸送能力及施工中的具體情況,土料每100 m一堆,每堆大約20 m3。攪拌機(jī)、發(fā)電機(jī)等布置在背水坡側(cè)。
(3)鉆孔。鉆孔之前,先根據(jù)設(shè)計(jì)要求布好孔位,采用洛陽鏟打孔,造孔應(yīng)保證垂直,傾斜度不大于2%。
(4)護(hù)壁管安放。護(hù)壁管的作用是使堤頂不致過早劈裂,保證灌漿效果。護(hù)壁管為DN 100的無縫鋼管,長5 m。下管方法:懸吊起護(hù)壁管放入孔內(nèi),上管口在離地1.0 m時(shí)用布纏繞護(hù)壁管,徐徐落下;在離地0.3 m時(shí),再用布條二次封堵孔口并填土夯實(shí),防止?jié){液從孔口冒漿。上述封孔方法在施工中效果較好。
(5)灌漿。采用不分序依次向前推進(jìn)的循環(huán)式劈裂灌漿法。所謂劈裂式,即在套管頂部加回漿管,當(dāng)孔口壓力過高時(shí),從回漿管回漿,以加快漿液的流動性,減少和避免固形物在灌漿管中沉淀。灌漿流程(圖1)。
漿液由泥漿泵通過注漿管壓入孔內(nèi),排氣完畢后,關(guān)閉閥門,向孔內(nèi)注漿直至大堤劈裂冒漿。注漿裝置如圖2所示。
第一,泥漿比重的控制。制漿采用機(jī)械拌制,水與干土重量比為1∶1~1∶1.6。灌漿過程中根據(jù)吃漿量的大小變化,調(diào)節(jié)泥漿比重,吃漿量大時(shí)濃些,反之稀些。每孔初灌時(shí),為打開漿路,采用比重為1.53~1.55 g/cm3的稀泥漿,隨后逐漸增大泥漿稠度,一般控制在1.64~1.66 g/cm3之間,封孔泥漿比重控制在1.70~1.74 g/cm3之間,泥漿比重采用比重計(jì)測量。
第二,時(shí)間間隔。初灌與第一次復(fù)灌的時(shí)間間隔為15 h,復(fù)灌1~2、2~3等以后的復(fù)灌間隔時(shí)間均為30 h。
第三,灌漿壓力。灌漿壓力是保證灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵,壓力過大會對大堤的穩(wěn)定不利,過低則會降低灌漿效果,達(dá)不到預(yù)期目的。設(shè)計(jì)灌漿壓力0.15~0.6 MPa,但在施工時(shí),不把它作為控制性指標(biāo),而是以大堤劈裂冒漿為原則。灌漿時(shí)壓力由小逐漸加大,達(dá)到0.15 MPa時(shí)持續(xù)灌漿5分鐘,如仍不出現(xiàn)劈裂,加大注漿壓力,直至堤頂劈裂。裂縫出現(xiàn)后,為了延長劈裂時(shí)間,適當(dāng)減少注漿量(減少20%~30%),繼續(xù)升壓,直至劈裂冒漿。
第四,結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿采用初灌一次,復(fù)灌兩次。如果復(fù)灌2的吃漿量大于總吃漿量的15%,則應(yīng)進(jìn)行第三次復(fù)灌、第四次復(fù)灌……直至最后一次的吃漿量小于總吃漿量的15%為止。
第五,封孔。終灌結(jié)束后在孔內(nèi)注滿容重大于1.6 g/cm3泥漿,漿面下沉后再灌,直至漿面不再下沉為止,施工中一般注入3~5次。
第六,觀測記錄。灌漿過程中,應(yīng)做好現(xiàn)場施工記錄工作,動態(tài)觀測灌漿過程中的各種變化,如劈裂縫的寬度、長度、方向的變化、地基的鼓起范圍和高程、堤坡局部平面位移、各孔吃漿量等,以備查詢。
6 灌漿效果
通過對觀測記錄分析,孔間劈裂縫的搭接率在80%以上,局部段達(dá)到100%,縫寬一般為4~13 mm,最寬的達(dá)到30 mm,平均單孔吃漿量為2.15 m3,最大單孔吃漿量為31.8 m3,吃漿量大的灌漿孔說明其周圍存在較大的洞穴。灌漿結(jié)束后,隨機(jī)挖深3.0 m、長3.0 m、寬1.5 m的深坑5個(gè),深坑中劈裂縫由灌漿孔底部貫通到了堤頂,裂縫最寬處達(dá)到了30 mm,漿脈清楚,漿液固結(jié)體密實(shí)。距漿脈10 cm、30 cm處各取5組土樣進(jìn)行檢測,10 cm組的干容重平均為15 kN/m3,30 cm組的干容重平均為14.6 kN/m3,灌漿效果明顯,達(dá)到了堤防防滲加固的目的。
Splitting Grout in the North Bank of the Hutuohe River
Abstract: By circulation grouting, the crevices and caverns in the north bank of the Hutuohe River were filled and the clod around splitting cracks also was compacted by slurry, which was joined by slurry vein along the axis aiming at anti-seepage. The report showed the construction schemes and its technologies using circular splitting grouting at the north bank of the Hutuohe River.
Key words: the north bank of the Hutuohe River; splitting grouting; slurry vein; use
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