浅谈搅拌桩防渗墙施工质量控制.doc
浅谈搅拌桩防渗墙施工质量控制 摘要: 在长江重要堤防隐蔽工程堤身堤基的防渗处理中,大量应用了搅拌桩防渗墙施工技术。本文根据施工中的经验,对施工技术要点和存在问题进行了初步总结。关键词:搅拌桩; 防渗墙; 施工机具; 技术要点; 存在问题一、 引言早在两千多年以前,我国就广泛地将三合土(石灰、粘土、和砂)技术应用于建筑工程,二十世纪 60 年代,国外开始用水泥石灰等材料搅拌加固深层软土地基,我国于七十年代后期也致力于深层搅拌技术的研究和应用。随着这项技术的发展,目前,此法不仅应用于地基加固和边坡支护而且广泛应用于防渗工程项目中。特别是近几年来 ,在长江重要堤防隐蔽工程的大规模建设中,搅拌桩防渗墙施工技术正在蓬勃发展,施工设备由起初的单头、两头和三头搅拌机发展为四头、五头和六头搅拌机,施工工法也通过不断改进,日臻成熟。搅拌桩防渗墙的基本工作原理是运用深层搅拌桩机在地基一定深度范围内把水泥浆喷入土体,使水泥和土体产生一系列的物理-化学反应凝结形成具有整体性、水稳性、一定强度和防渗能力的水泥土桩体防渗墙。搅拌桩防渗墙施工工期短、无公害、施工过程无振动、无躁音、不排污,造价低廉、实用可靠,在我国江河堤防垂直防渗工程中得到了广泛应用并取得良好的效果,值得大 力推广。二、 施工机具设备搅拌桩防渗墙施工设备由钻机装置和灌浆装置构成。钻机采用多头小直径深层搅拌桩机,机械运转时其搅拌头及其叶片相向而转,切削土体下沉。喷浆方式有两种:水泥浆从注浆钻杆的底端喷射出去或通过搅拌轴直接由切削叶片上的喷咀喷出,同时使钻杆带动叶片搅拌刀旋转钻入地层,叶片搅拌刀削碎地基土并和水泥浆拌和。灌浆装置有挤压式灰浆泵、水泥浆引浆筒、储浆筒、集料斗等,喷浆系统采用电脑计量,自动控制每根浆管的浆量及密度。部分深层搅拌桩机的性能参数列入表 2- 1 中。值得一提的是 PH- 5G 型深层搅拌桩机,此机型是在 PH- 5E、 PH- 5 型深搅机的基础上改进和发展而初步定型的。该桩机的特点为施工效率高,单元桩质量可靠,桩间搭接有保障,一次成墙喷入浆体分布均匀,水泥浆利用效率高。桩机成墙器在转杆底部,对传动钻杆产生约束,成桩偏斜率可控制在规定范围内。与其配套使用的 3EJN- 100/6 喷浆泵为三管喷浆可调注塞泵,三管喷浆量均匀且可独立调节,无级变速调节喷浆量,可适合桩机下沉、提升速度变化的需要,以保证水泥浆掺入量达到设计要求,该泵最大排浆量为 100l/min。 PJ4-2 型记录仪通过流量传感器及深度传感器测得相关数据自动记录喷 浆与搅拌深度对应数据,并在显示器上显示,便于操作人员随时掌握桩深、每 0.25m 的喷浆量等数据。喷浆量、喷浆时间通过打印机打印形成记录。此型设备去年在长江重要堤防隐蔽工程防渗墙施工中首次应用即发挥了其施工效率高、桩间搭接连接效果可靠等优点。但在复杂地层中施工时故障率高,克服地层阻力能力较差。三、 施工技术要点 1、 先导孔施工由于地层状况的复杂性,所以在搅拌桩施工前应沿防渗墙轴线布置一定数量的先导孔,在地质条件变化较大的部位适当予以加密,孔深应深入设计防渗墙底线以下 5• 0 米。。按勘探规程施工,确保分层需要。如因 地层等原因,不能满足取样要求时,辅以标准贯入采取岩样作地层鉴别。由地质工程师对岩样进行编录,绘制地质剖面图,作为设计单位调整防渗墙施工底线和施工单位确定施工参数的基础资料。先导孔封孔采用水泥粘土浆或粘土球机械夯实法。 2、设备定位设备定位控制包括三个方面:纵向偏差和横向偏差以及垂直度。纵向偏差可采用事先打桩法控制,一次定位五根桩以上,以便于施工人员校核。横向偏差可采用虚拟轴线法控制,即事先在机身旁各用钢筋焊一样架,此样架距防渗墙轴线 1.5 米,然后在距防渗墙 1.5 米处平行于轴线拉一道线,移机时样架始终对准此线, 即可保证准确定位。同时,桩机上平行轴心线安装桩机校核装置,通过核准辅助线准确核准桩位。桩机移位时保证桩机轴心线与防渗墙轴线重合,可确保桩位准确。为了保证设备定位的垂直度,在桩机塔架上安装一吊锤,并设有一连通管装置,并标画有桩机倾斜刻度线,开机前通过液压系统调平机身,下沉及提升过程中根据吊锤指示装置和连通管液面刻度变化来控制桩机垂直度,使之小于 5‰。经计算:前后液面差控制在 0.8cm 范围内,即能保证前后倾斜率在 5‰以内;吊锤左右摆动最大幅度控制在 1.2cm 范围内,即能保证左右倾斜率在 5‰以内。 3、搅拌和注浆搅 拌机准确定位后,启动搅拌机电机,放松起重机或桩架的钢丝绳,搅拌机即开始切土搅拌下沉,下沉速度由电器控制装置的电流检测表监测,工作电流不应大于额定值。预搅下沉时一般不使用水,因土体中过多的含水量对水泥浆有稀释作用,以免对桩体强度产生不利影响,搅拌机下沉至一定深度以后,即开始按预定的掺入比和水灰比制水泥浆。下沉至防渗墙设计底线深度以后,同时开启灰浆泵,使水泥浆自动连续喷入地层中,开始喷浆30~ 60s 不提升,并使搅拌头在桩底 1m 范围内上下活动一次,然后按下沉及上提平均速度小于 0.8m/min 或Ⅲ~Ⅴ档的速度提升搅 拌头,具体提升速度应根据地层情况及水泥浆比级参数确定。提升过程中,不断喷入新浆,提升至设计桩顶高程 0.5 米以上,停止提升,继续搅拌数秒,使浆液完全到达桩顶。第一次搅拌完成后,停止注浆,再次将搅拌头边旋转边沉入土体中,直至设计深度以后,回转提升至地面完成二次搅拌。随后,向集浆桶内注入适量的清水,开启灰浆泵,清洗管路中残存的水泥浆,直至基本干净,并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。然后桩机向前平移额定距离,重复以上过程开始下一单元墙施工。 4、桩间搭接桩间搭接是防渗墙施工质量控制的一个十分重要的环节,搭接部位的防渗性 能直接影响防渗墙的防渗性能,所以必须高度重视。墙体搭接质量主要通过深搅机移位控制。每次移位距离根据桩径和墙厚通过理论计算得出,施工中严格控制,确保桩与桩之间的搭接厚度满足墙厚的要求。施工中,相邻桩施工间隔时间不应超过 24h,如超过 24h,则应对前一单元的最后一根桩空钻留出榫头,以待搭接。如因特殊情况没有留榫头,则必须采取贴桩的处理办法。如果工程的地基,既有一般的土质和砂类土层,又有 N 值较高的硬土层,以及粘性较大的弹性土层,有时则需要根据各种防渗墙施工法的优缺点,分别选用适合于不同土质条件的方法进行联合施工。 采用不同的工法的组合施工,其搭接的方法也不一样。水泥土防渗墙与射水法塑性砼防渗墙采取平搭接(见下面示意图 1),即两种工法墙由水泥土工法墙向塑性砼防渗墙对接,对接轴线偏差小于 3 cm,对接前水泥土工法提前调整对接最后一板墙位置。以对接缝为中平行搭接长度 10m,平行搭接墙之间应保证结合紧密。水泥土防渗墙与拉槽法塑性砼防渗墙采取预留搭接孔槽法(见下面示意图 2)处理墙对接,可保证连接处墙体质量,对接轴线偏差小于 2cm. 5、断桩处理施工过程中若发生喷浆中断,应将喷浆管下沉至停浆点以下 0.5m,等恢复供浆时再施喷提 升。因停电或机械故障而中断施工时间过长造成断桩时,可采取补强灌浆或补桩的方法处理。补强灌浆每桩布置 1- 2 个灌浆孔,灌浆压力 0.05Mpa,补桩采用三头桩机施工,两次成墙施工工艺,一根断桩补加施工两根桩,横向与原桩相切 8- 10cm。也可以先用钻机钻孔,再用单管高喷接桩 50cm ,然后再用深层搅拌机从原中断位置搅拌。 6、施工参数选择水泥土防渗墙的设计指标主要有渗透系数、墙体厚度、允许比降和抗压强度。对于堤防加固工程中的水泥土防渗墙来说,渗透系数和防渗墙厚度是重要的设计指标,允许比降和抗压强度主要是用于反映墙体材 料性能均匀程度的间接指标。为了使墙体材料的渗透系数满足设计要求,施工中就要合理确定严格控制好水泥掺入比,水灰比、外加剂、复搅次数和钻杆提升速度等施工参数;而桩位偏差、钻孔倾斜度等则是为保证墙体完整性及其最小厚度满足设计要求的施工控制参数。施工时应特别注意根据不同的土层正确选择不同的施工参数,因为灌浆量往往因土质及空隙率的不同而有差异。对粘性土地层,细砂或密实的粉土质地层,粗颗粒的砂土或软的粉土地层,多孔的地层或砂砾层,具体选用何种施工参数,需进行一定的室内及现场试验具体确定,施工过程中严格控制。四、质量检测 搅拌桩防渗墙的质量检测形式主要有:( 1)开挖检测:沿堤线每 500m 开挖一处,每处长 3~ 5m, 深 2.5~4m。要求墙体的外观质量好,整体性好,无蜂窝、孔洞,最小墙厚和垂直度实测值满足设计要求;( 2)、 钻孔取芯检测:在施工 28 天后,采用钻机抽芯取样检测水泥土的单轴抗压强度、渗透系数、抗渗比降及芯样的完整性和均匀性评价;( 3)、围井注水检测:主要是检测墙体的渗透系数;( 4)、无损检测:主要是检测墙体的连续性及墙体的实际深度。五、存在问题 1、从电脑喷浆记录仪反映的每米喷浆量统计数据来看,由于地层的软硬程度不同, 空隙率不同,在所有施工参数都相同的情况下,每米的段注浆量差异仍然很大,有的误差甚至超过 20%。往往存在着单元墙体的水泥掺入比满足设计要求,但墙体某段的水泥掺入比却达不到设计要求,形成了墙体抗渗性能的薄弱部位。在实际工程中,地基多数具有由几种土质组合而成的多元结构,由单一土质构成的地基条件则很少,理论上对不同的土层应选择不同的施工参数,而实际施工时,由于单元墙体的成墙时间很短,而且是搅拌下沉或搅拌提升和喷浆是一气呵成,使用不同施工参数进行施工难以实现。施工参数选择和施工过程控制如何适应地层的问题有待进一步研究 解决。 2、设备定位的垂直度控制主要靠人为调控,既麻烦精度也不高,如何加强自动化控制程度需要设备制造商加以改进。 3、目前搅拌桩防渗墙的检测手段还不成熟,特别是单元墙体间的搭接质量还没有过硬的检测方法,搭接处是否存在开叉现象也无法探明。 参考文献:[ 1]《岩土工程施工方法》,中国有色金属工业总公司《岩土工程施工方法》编写组编著,辽宁科学技术出版社, 1990[ 2]张家发,孙厚才,焦德秀 . 堤防加固工程水泥土防渗墙设计指标初步讨论 . 长江护岸工程(第六届)及堤防防渗工程技术经验交流会论文汇编 . 2001.