關(guān)于入巖垂直防滲墻的施工技術(shù)應(yīng)用

朱進(jìn)成

(上海勇創(chuàng)環(huán)境巖土工程有限公司,上海 200000)

0 引言

入巖垂直防滲墻是一種重要的地下隔水結(jié)構(gòu)體,主要應(yīng)用于各類垃圾填埋場垂直防滲項(xiàng)目、水利工程和深基坑止水工程等領(lǐng)域。入巖防滲墻能夠有效地防止水的浸泡,保證地下水位的穩(wěn)定,避免由于水的侵蝕引起的土體損失和結(jié)構(gòu)掉落等事故的發(fā)生。入巖防滲墻的優(yōu)勢主要源于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、防滲效果好、施工周期短和投資成本低等特點(diǎn)。

由于入巖垂直防滲墻的施工技術(shù)比較復(fù)雜,需要在現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計、施工和調(diào)試,因此在施工過程中需要注意很多事項(xiàng)[1]。本文將從工藝流程、參數(shù)、施工方法及質(zhì)量要求等方面介紹入巖垂直防滲墻的施工技術(shù)以及工藝施工優(yōu)勢及效益分析,并提出建議。

1 入巖垂直防滲墻施工原理和策略

入巖垂直防滲墻DR工法(Drilling into the rock)采用雙動力SR-135HIT系列液壓鉆機(jī)(見圖1),外動力采用鋼套管切割,內(nèi)動力采用長螺旋鉆桿深層攪拌;外套管動力強(qiáng)勁,在鋼護(hù)筒底口焊接高錳鋼切割刀具,強(qiáng)制研磨地下土體(或硬質(zhì)土層),利用長螺旋鉆桿攪拌跟進(jìn)取土,采取“先護(hù)后攪,注漿跟進(jìn),再攪后護(hù)”施工工藝,直至套管和長螺旋鉆桿下到樁端為止[2];長螺旋鉆桿達(dá)到設(shè)計深度后,通過高壓注漿泵開始輸送水泥漿液至樁體底部,連續(xù)噴漿30 s后,鉆桿進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動攪拌,套管同時提升,邊提升邊注漿攪拌至設(shè)計停灰面。施工時,先施工兩側(cè)A樁,再施工中間B樁,咬合搭接,樁徑800 mm～1 200 mm,搭接200 mm～300 mm(見圖2)。施工過程實(shí)時顯示鉆進(jìn)深度、垂直度、扭矩、鉆進(jìn)速度等數(shù)據(jù)[3]。

入巖垂直防滲墻的入巖深度精準(zhǔn)控制、垂直度精度大幅度提高、復(fù)雜底層適應(yīng)能力提升,使水泥攪拌樁墻的施工質(zhì)量、適用范圍、經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步大的提高。傳統(tǒng)的施工工藝如單軸攪拌樁、雙軸攪拌樁及三軸攪拌樁均無法進(jìn)入中風(fēng)化巖石一定深度,無法適應(yīng)上軟下硬的地層條件,更無法適應(yīng)下臥卵石層、巖溶、垃圾土、孤石、建筑垃圾等不良地質(zhì)現(xiàn)象。針對上述情況,本文就DR工藝采用土力SR135雙動力多功能鉆機(jī)進(jìn)行研究和討論,采用外套管切割+內(nèi)螺旋攪拌工藝,克服中風(fēng)化巖石、卵石層、巖溶、垃圾土、建筑垃圾等不良地質(zhì)條件,應(yīng)用到各類地下工程、水利工程和礦山工程等領(lǐng)域的建設(shè)中。

2 入巖防滲墻施工技術(shù)案例分析(DR入巖水泥攪拌樁墻)

2.1 工程概況

某生活垃圾臨時填埋場整治環(huán)保提升工程原為采石坑,后經(jīng)垃圾臨時堆放填埋成現(xiàn)狀(見圖3)。地質(zhì)情況:①-1素填土層厚一般為0.3 m～0.8 m,①-2垃圾一般為0 m～17.2 m,①-3雜填土層厚為0 m～2.0 m,②粉質(zhì)黏土層厚為0 m～2.8 m,③石灰?guī)r層厚為0 m～5.2 m,未發(fā)現(xiàn)有巖溶發(fā)育,④石灰?guī)r最大控制厚度為6.7 m。臨時填埋場環(huán)保整治提升工程入巖垂直防滲墻。

2.2 工藝流程

DR工法工藝流程如下:

1)施工前技術(shù)、材料、機(jī)械、人員準(zhǔn)備;2)測量放線,澆筑導(dǎo)墻;3)機(jī)械就位、調(diào)平;4)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔,外套管切削土層,內(nèi)長螺旋鉆桿協(xié)同鉆進(jìn),不斷的取土;5)鉆機(jī)鉆孔達(dá)設(shè)計深后,高壓注漿泵開始底部注漿;6)鉆桿反轉(zhuǎn)提升,套管同時提升,邊提升邊注漿邊攪拌,提升至預(yù)定的停灰面;7)成樁養(yǎng)護(hù);8)設(shè)備移至下一根樁位置(見圖4,圖5)。

2.3 工藝參數(shù)

1)固化材料采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,摻入量為土重的25%,水泥漿液水灰質(zhì)量比為1∶1,成品漿液必須在離析之前利用注漿泵連續(xù)輸送至攪拌土中。

2)在成樁過程中要保持?jǐn)嚢铇稒C(jī)主體框架的水平和垂直立桿的豎直狀態(tài),咬合樁樁位偏差不超過30 mm,樁身垂直度誤差不超過1/300,咬合樁樁頂標(biāo)高誤差范圍要確保在+100 mm～-100 mm,樁底標(biāo)高誤差范圍控制在+100 mm～-100 mm。

3)護(hù)筒的切割下沉速度控制在1.0 m/min以內(nèi);鉆桿螺旋取土和反轉(zhuǎn)提升攪拌提升速度不宜大于1 m/min。

4)在攪拌過程中,攪拌鉆桿的下鉆和提升速度必須要與水泥漿液輸送速度相配合,保證設(shè)計要求的注漿量均勻的在樁身長度范圍內(nèi)充分拌和,針對不同的土質(zhì)情況,可適當(dāng)混合膨潤土進(jìn)行混合攪拌;當(dāng)護(hù)筒和鉆桿下沉至設(shè)計標(biāo)高后,要確保水泥漿液在樁端土體范圍內(nèi)充分?jǐn)嚢?0 s后再提升鉆桿和護(hù)筒,提升護(hù)筒和鉆桿過程中,同樣要確保按照設(shè)計要求將漿液充分?jǐn)嚢枞胪馏w中,直至提升至設(shè)計標(biāo)高。

5)在施工中因故不能正常注漿時,應(yīng)將護(hù)筒和鉆桿繼續(xù)下沉至停漿點(diǎn)下0.5 m處,等待供漿系統(tǒng)恢復(fù)正常時,再將護(hù)筒和鉆桿攪拌提升至停漿面以上0.5 m位置后繼續(xù)噴漿攪拌提升(或下鉆);若停漿系統(tǒng)超過3 h不能恢復(fù),需要拆除輸漿送管路,并用清水進(jìn)行清洗。

6)A/B咬合樁施工結(jié)束時,應(yīng)將停灰面高于設(shè)計樁頂標(biāo)高0.5 m。

2.4 施工方法

1)作業(yè)前的準(zhǔn)備工作:設(shè)備的安裝和調(diào)試等。

2)測量放線:依據(jù)現(xiàn)場設(shè)置的臨時控制網(wǎng),采用場內(nèi)定點(diǎn)控制和網(wǎng)外圍控制網(wǎng)相結(jié)合的方法進(jìn)行施工測量及定點(diǎn)。

3)DR工法機(jī)就位:設(shè)備就位時要將外護(hù)筒中心和螺旋鉆桿的鉆頭對準(zhǔn)樁位的中心,對機(jī)架作水平校正,并用經(jīng)緯儀對鉆桿進(jìn)行垂直度調(diào)整,確保鉆桿垂直時鉆頭中心與樁位中心“兩點(diǎn)合一”。

4)在咬合樁施工現(xiàn)場施工前應(yīng)予以平整,整平后場地標(biāo)高應(yīng)高于停灰面標(biāo)高0.5 m,清除地下的障礙物,施工咬合樁導(dǎo)墻。

5)制備水泥漿:現(xiàn)場各材料配合比要通過試驗(yàn)確定,如漿液水灰比、外加材料的種類與加入量,本項(xiàng)目采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥,水灰質(zhì)量比控制在1∶1。漿液制作過程中要注意以下幾項(xiàng):

a.做需要的固化材料可以采用體積稱量或重量法,其誤差不大于5%;b.攪拌分為高速和正常攪拌,其中高速攪拌時間要大于1 min,正常攪拌時間要大于1.5 min;c.在制漿過程中,要確保拌合液體的溫度控制在5 ℃～40 ℃之間。當(dāng)漿液攪拌時間超過4 h時,此批次的漿液將作為廢漿處理。

6)成樁作業(yè)。成樁工藝采用“先護(hù)后攪,注漿跟進(jìn),再攪后護(hù)”施工工藝(護(hù)筒切割土體下沉→內(nèi)部鉆桿跟進(jìn)螺旋取土→噴漿反向旋轉(zhuǎn)鉆桿提升→護(hù)筒跟隨旋轉(zhuǎn)提升)[4]。

7)清洗、移位。當(dāng)A樁成樁結(jié)束后,用清水清洗送漿管、送漿泵、鉆桿等,設(shè)備移至B根樁進(jìn)行施工。

8)質(zhì)量檢測。強(qiáng)度采用鉆孔取芯檢驗(yàn),取芯抽檢數(shù)量不少于1%(總樁數(shù))。

2.5 施工技術(shù)質(zhì)量要求

1)建立嚴(yán)格的臺賬記錄制度,并對所進(jìn)場的材料、設(shè)備、檢測儀器進(jìn)行復(fù)檢和驗(yàn)收,及其施工操作檢查。

2)施工過程中要嚴(yán)格檢查樁機(jī)的平整度和護(hù)筒的垂直度;在護(hù)筒上做好深度標(biāo)志,方便及時了解鉆孔的深度;控制好護(hù)筒和鉆桿的提升(下鉆)速度,控制漿液水灰比。

3)開鉆前需檢查樁機(jī)平穩(wěn)性,并采用測量儀器檢測完成樁架的水平度和垂直度。

4)嚴(yán)格控制水灰比、漿液的攪拌時間、注漿壓力和注漿速度。

5)施工過程中每臺班做2組水泥土試塊,每組3塊(規(guī)格為70 mm×70 mm×70 mm),要求在28 d齡期后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求。

6)當(dāng)出現(xiàn)注漿管阻塞或斷漿等現(xiàn)象時,應(yīng)及時關(guān)閉輸漿泵,檢查發(fā)生此現(xiàn)象的原因,并確保設(shè)備和管道正常工作后,再進(jìn)行送漿攪拌,嚴(yán)防斷樁或空樁[5]。

3 入巖防滲墻施工注意事項(xiàng)

1)安全第一。墻體施工過程中需要注意工人的安全和施工現(xiàn)場的安全。鉆孔時應(yīng)特別注意防護(hù)工作,避免鉆孔卡鉆或因瓦斯爆炸等事故引發(fā)人身傷害。

2)實(shí)時監(jiān)測。墻體施工時需要安裝監(jiān)測設(shè)備,定期對墻體進(jìn)行檢測和觀測,以及時發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷和損傷。

3)配合良好。在注漿、填充、攪拌等作業(yè)過程中要嚴(yán)格控制施工工序順暢,確保注漿、填充材料的黏稠度和流量符合墻體設(shè)計要求。在施工過程中要密切配合,避免因操作不當(dāng)?shù)仍蛞l(fā)質(zhì)量問題。

4 結(jié)語

入巖垂直防滲墻施工技術(shù)的應(yīng)用、施工方法的優(yōu)勢及效益分析如下:

1)目前入巖垂直防滲墻施工技術(shù)主要應(yīng)用于:a.在比較復(fù)雜的山區(qū)垃圾填埋場臨時管控項(xiàng)目中,做連續(xù)垂直止水墻體,保證垃圾滲濾液不外滲,減少周邊環(huán)境的污染;b.在由石塊和土混合回填的水利大壩工程中壩體加固和止水帷幕,能夠有效地提高大壩整體穩(wěn)定性和防止河堤決堤情況發(fā)生;c.由建筑垃圾或碎石等材料回填的河海(溝渠)工程中的基坑圍護(hù)等項(xiàng)目中。

2)該技術(shù)的施工方法的優(yōu)勢:a.有全程鋼套管護(hù)壁,樁體不縮徑、不塌孔、不斷樁,每根樁體間連續(xù)咬合完整、無接縫,成孔成樁質(zhì)量高,防滲止水性強(qiáng),滲透系數(shù)可達(dá)10-7cm/s,墻體抗?jié)B質(zhì)量易保證;b.該工藝施工過程中為“干取土”作業(yè),無二次污染、無噪聲、無振動,安全性能高、環(huán)境效益明顯;c.在施工螺旋取土過程中,可以直觀的看到地下土層情況,隨時優(yōu)化施工參數(shù)和具體施工樁長;d.設(shè)備整體穩(wěn)定性好,施工控制精度比較高,能更好地控制好成孔垂直度,精確度達(dá)到1/300,有效預(yù)防樁體開叉漏水;e.DR工法機(jī)由數(shù)據(jù)化系統(tǒng)對成孔、攪拌、注漿、成樁、垂直度的情況進(jìn)行全過程控制,能夠確保施工質(zhì)量;f.設(shè)備動力系統(tǒng)具有大扭矩、大切削力、快速鉆入復(fù)雜地層,適用于軟巖—較硬巖、軟石層、巖溶等不良地質(zhì)條件,適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛。

3)經(jīng)濟(jì)效益分析:相對于同類入巖隔離屏障工法如帷幕灌漿、咬合樁等,工期短、造價低,工期減少15%～20%,造價低30%～40%左右,經(jīng)濟(jì)效益和工期優(yōu)勢顯著。