劈裂灌浆技术在滹沱河北大堤整治工程中的应用

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劈裂灌浆技术在滹沱河北大堤整治工程中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-01-03 1202


1、工程概况 滹沱河北大堤自无极县东罗尚闸,至献县枢纽,全长101.123 km,是天津市、华北油田及滹沱河至大清河之间众多城镇的重要防洪屏障。为省Ⅰ等一级堤防,堤身土料来源于大堤两侧,主要为黏土、壤土及砂壤土,分层混合填筑,土质不均匀,质量差异较大,碾压不实,存在松散夹层和空洞、裂隙。堤段干容重最大为17.6 kN/m3,最小仅11.6 kN/m3,全堤统计合格率(干容重大于15 kN/m3)为27%,平均干容重为14.4kN/m3。“96·8”洪水以来,堤身多处出现塌陷、管涌、贯通裂缝等重大险情。鉴于滹沱河北大堤在河北省防洪渡汛中的重要地位,1998年以来,连续对其进行了劈裂灌浆、垂直铺塑、混凝土护坡等一系列的综合整治。 北大堤循环式劈裂灌浆工程位于深泽县境内,施工日期为2000年3月10日~2000年5月30日。灌浆段桩号为10+300~16+700、19+074~20+300,其中13+000~13+826、14+850~15+150为双排孔,梅花型布置,其余段为单排孔。孔位布置于堤顶迎水侧,双排孔距堤肩1.0 m,单排孔距堤肩2.0 m,孔深5.5 m,孔距3.0m。 2、劈裂灌浆原理 劈裂灌浆利用最小主应力面和堤轴线方向一致的规律,根据土体水力劈裂的原理,顺堤向布孔,在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体,有控制地劈裂堤身,将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、

由于防渗土工膜具有拉伸强度好,冲击强度高,防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐磨等特性,防渗土工膜在沿海地区建筑行业得到大量的应用。同时也在江河堤坝、水库、引水隧道、公路、铁路、机场、地下、水下等工程广泛使用。土工膜已成为现代化国民经济建设的重要物资。并介绍有关防渗土工膜的生产技术。随着沿海地区经济建设的飞速发展,房地产开发渐升温,宾馆饭店、豪华住宅、写字办公楼鳞次栉比,层出不穷,海边新建的公寓、疗养院也为数不少。但由于沿海地区地势凹,地下水向上渗透。严重影响建筑施工。采用压延双向拉伸工艺生产的防渗土工膜,由于具有拉伸强度好、冲击强度高、防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐脚损等特性,被用来阻隔地下水向上渗透。使其在建筑施工中得到人们的应用。施工单位根据建筑工地面积大小,将防渗土工膜用高频焊接或胶带粘合的方法粘成一体,铺在夯好的基础上,上面铺以沙土垫层,土工膜就被留在建筑基础下。从严格意义上讲。防渗土工膜的质量会影响到建筑物的施工质量。

空隙等隐患用泥浆充填密实,同时浆压将筑堤土压密,最终在堤内顺堤向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体,从而达到防渗加固的目的。 3、灌浆主要设备 设备选用山东泰安产WJ100型卧式灌浆机,该机集搅拌、过滤、储浆、输浆功能为一体,可以连续搅浆和输浆,移动方便灵活。输浆用80/10型泥浆泵,功率4 kW,最大工作压力1.0 MPa,输浆量0.08 m3/min,水平输送距离60~80 m。动力配备为12 kW柴油发电机。 4、灌浆土料 设计要求:土料就近取材,主要为黏性土,在没有黏性土时,可选用粉质壤土(黏粒含量12%,粉粒含量约75%,砂粒含量≤13%)。施工时选用土场的采样试验结果(表1)。 由表1可以看出,三个料场的黏粒含量为21.2%~25.6%,粉粒含量65.5%~66.3%,砂粒含量11.3%~12.5%,土料均为壤土,符合设计要求。 5、灌浆施工 (1)施工准备。由于灌浆需要24小时不间断施工,为保证工程进度与质量,施工前必须做好施工准备,首先,灌浆机、发动机应进行全面检修,保证机械设备正常运行。第二,选择符合要求的土料场,由于灌浆孔吃浆量的不确定性,所选择的料场土料必须充足。第三,选好水源及送水车辆。 (2)场地布置。施工现场主要布置在北大堤堤顶上,根据灌浆泵的输送能力及施工中的具体情况,土料每100 m一堆,每堆大约20 m3。搅拌机、发电机等布置在背水坡侧。 (3)钻孔。钻孔之前,先根据设计要求布好孔位,采用洛阳铲打孔,造孔应保证垂直,倾斜度不大于2%。 (4)护壁管安放。护壁管的作用是使堤顶不致过早劈裂,保证灌浆效果。护壁管为DN 100的无缝钢管,长5 m。下管方法:悬吊起护壁管放入孔内,上管口在离地1.0 m时用布缠绕护壁管,徐徐落下;在离地0.3 m时,再用布条二次封堵孔口并填土夯实,防止浆液从孔口冒浆。上述封孔方法在施工中效果较好。 (5)灌浆。采用不分序依次向前推进的循环式劈裂灌浆法。所谓劈裂式,即在套管顶部加回浆管,当孔口压力过高时,从回浆管回浆,以加快浆液的流动性,减少和避免固形物在灌浆管中沉淀。灌浆流程(图1)。 浆液由泥浆泵通过注浆管压入孔内,排气完毕后,关闭阀门,向孔内注浆直至大堤劈裂冒浆。注浆装置如图2所示。 第一,泥浆比重的控制。制浆采用机械拌制,水与干土重量比为1∶1~1∶1.6。灌浆过程中根据吃浆量的大小变化,调节泥浆比重,吃浆量大时浓些,反之稀些。每孔初灌时,为打开浆路,采用比重为1.53~1.55 g/cm3的稀泥浆,随后逐渐增大泥浆稠度,一般控制在1.64~1.66 g/cm3之间,封孔泥浆比重控制在1.70~1.74 g/cm3之间,泥浆比重采用比重计测量。 第二,时间间隔。初灌与第一次复灌的时间间隔为15 h,复灌1~2、2~3等以后的复灌间隔时间均为30 h。 第三,灌浆压力。灌浆压力是保证灌浆质量的关键,压力过大会对大堤的稳定不利,过低则会降低灌浆效果,达不到预期目的。设计灌浆压力0.15~0.6 MPa,但在施工时,不把它作为控制性指标,而是以大堤劈裂冒浆为原则。灌浆时压力由小逐渐加大,达到0.15 MPa时持续灌浆5分钟,如仍不出现劈裂,加大注浆压力,直至堤顶劈裂。裂缝出现后,为了延长劈裂时间,适当减少注浆量(减少20%~30%),继续升压,直至劈裂冒浆。 第四,结束标准。灌浆采用初灌一次,复灌两次。如果复灌2的吃浆量大于总吃浆量的15%,则应进行第三次复灌、第四次复灌……直至最后一次的吃浆量小于总吃浆量的15%为止。 第五,封孔。终灌结束后在孔内注满容重大于1.6 g/cm3泥浆,浆面下沉后再灌,直至浆面不再下沉为止,施工中一般注入3~5次。 第六,观测记录。灌浆过程中,应做好现场施工记录工作,动态观测灌浆过程中的各种变化,如劈裂缝的宽度、长度、方向的变化、地基的鼓起范围和高程、堤坡局部平面位移、各孔吃浆量等,以备查询。 6 灌浆效果 通过对观测记录分析,孔间劈裂缝的搭接率在80%以上,局部段达到100%,缝宽一般为4~13 mm,最宽的达到30 mm,平均单孔吃浆量为2.15 m3,最大单孔吃浆量为31.8 m3,吃浆量大的灌浆孔说明其周围存在较大的洞穴。灌浆结束后,随机挖深3.0 m、长3.0 m、宽1.5 m的深坑5个,深坑中劈裂缝由灌浆孔底部贯通到了堤顶,裂缝最宽处达到了30 mm,浆脉清楚,浆液固结体密实。距浆脉10 cm、30 cm处各取5组土样进行检测,10 cm组的干容重平均为15 kN/m3,30 cm组的干容重平均为14.6 kN/m3,灌浆效果明显,达到了堤防防渗加固的目的。


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