振冲加密技术在三峡工程二期围堰中的研究及应用阮守照1 前 言三峡工程二期围堰施工是三峡重大技术难题之一,围堰填筑最大水深60m,最大挡水头85m,防渗墙最大深度73.35m,形成蓄洪库容20亿m3,是大江基坑内大坝和电站厂房安全施工的重要屏障。堰体主要填料为风化砂、石渣料、块石料、砂卵石料,防渗采用塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料,下接帷幕灌浆复合防渗结构。防渗墙施工穿过的主要地层有风化砂填筑体、平抛垫底砂卵石层、河床淤积层、全强风化带、弱风化或微新岩石。其中风化砂大部分为水下抛填,密实度低、变形模量小。提高水下抛填风化砂体的密实度是保证防渗墙造孔过程中槽壁稳定和改善防渗墙应力应变状况,确保防渗墙顺利施工和堰体稳定安全的重要措施之一。
振冲加密技术在三峡工程
二期围堰中的研究及应用
阮守照
1 前 言
三峡工程二期围堰施工是三峡重大技术难题之一,围堰填筑最大水深60m,最大挡水头85m,防渗墙最大深度73.35m,形成蓄洪库容20亿m3,是大江基坑内大坝和电站厂房安全施工的重要屏障。
堰体主要填料为风化砂、石渣料、块石料、砂卵石料,防渗采用塑性混凝土防渗墙上接土工合成材料,下接帷幕灌浆复合防渗结构。防渗墙施工穿过的主要地层有风化砂填筑体、平抛垫底砂卵石层、河床淤积层、全强风化带、弱风化或微新岩石。其中风化砂大部分为水下抛填,密实度低、变形模量小。提高水下抛填风化砂体的密实度是保证防渗墙造孔过程中槽壁稳定和改善防渗墙应力应变状况,确保防渗墙顺利施工和堰体稳定安全的重要措施之一。
为了对振冲加密方案的可行性、设备能力、加密效果等问题进行研究论证,进而确定大规模施工的设备选型和各项技术指标,于1996年6月11日~9月6日在施工现场进行了生产性试验。1997年2~4月,完成了3个预进占段的振冲加密任务,并成功应用进口的150kW大功率液压驱动振冲器加密风化砂,使施工效率提高一倍。1997年10月26日~12月28日,完成了主河床段全部振冲加密工程。
2 生产性试验
2.1 试验设计方案
主要内容和目的为:
(1)通过右岸干地回填风化砂和左岸水下抛填风化砂的振冲加密,与振前的风化砂物理力学性质比较,研究BJ - 75kW振冲器加密30m深的设备能力和加密效果。
(2)在右岸下游围堰接头做不填料振冲加密,回填风化砂振冲加密和回填卵(碎)石料振冲加密的对比试验,确定填料种类。
(3)在右岸下游围堰段通过不同的布桩形式和施工参数做振冲对比试验,确定施工工艺和施工技术指标。
(4)根据右岸下游围堰接头段的试验成果,调整右岸上游接头段的施工参数,以满足液压铣槽机的施工要求,调整左岸上游接头段的施工参数,以适应后期高压旋喷灌浆试验的施工要求,并且进一步研究振冲加密效果。
设计要求振冲加密后的风化砂标贯击数大于15击,干密度最小值大于1.75g/cm3,平均值大于1.08g/cm3。
2.2 设计方案及调整
在施工过程中,根据施工现场的实际情况,做了局部调整,两种方案对比见表1。
表1 两种方案施工参数对比表
施 工 方 案 桩数(根) 距防渗墙轴线距离(m) 孔距(m) 排距(m) 加密电流(A) 流振时间(s) 填 料
右下A区 原方案 10 1.5 2 2 95 15 不填料
调整后 振冲桩造孔后无法自行加密,本区试验桩取消
右下B区 原方案 10 1.5 2 2 95 15 填风化砂
调整后 3 1.5 2 1.75 90,95 10 填风化砂
右下C区 原方案 22 2 2 1.75 100 15 填石料
调整后 22 1.5 2 1.75 100 10 填石料
右下D区 原方案 22 1.75 2 2 95 15 填石料
调整后 22 1.75 2 2 95 10 填石料
右下段 原方案 226 1.75 2 2 95 15 填石料
调整后 243 1.5 2 1.75 100 10 填石料
右上段 原方案 289 1.75 2 2 95 15 填石料
调整后 254 1.5 2 1.75 100 10 填石料
左上段 原方案 88 1.75 2 2 95 15 填石料
调整后 88 1.5 2 1.75 100 10 填石料
3个试验段中右下段为振冲试验的主要部位,右上和左上段为生产性试验,其施工参数根据右下段的试验成果确定。
2.3 生产性试验施工
主要应用国产75kW电机驱动式振冲器,采用不同的布桩型式、不同的施工参数及施工工艺对抛填风化砂进行振冲加密,并对振冲前后的风化砂做原位及取样试验,评定加密效果,为二期围堰风化砂的振冲加密确定设计参数、施工方法及施工参数。
(1)1996年6月11日开工至9月6日结束,左右岸3个接头段振冲加密生产性试验进行得都比较顺利,各段完成的情况见表2。
表2 振冲加密试验工程量
日 期(月·日) 段 次 桩 号 桩数(根) 总进尺(m) 总填料量(m3) 最大桩长(m) 平均桩长(m) 平均填料量(m3/m)
06.11~07.17 右下段 1+056.5~0+910.5 268 4665.7 3508 30 17.4 0.752
07.30~08.14 右上段 0+998~1+137.95 254 4187.7 3759.2 30 16.4 0.90
08.25~09.06 左上段 0+098~0+155.9 88 1715.4 1167 22.6 19.5 0.68
(2)振冲加密工效分析。振冲加密的工作效率与抛填风化砂体的初始密实度、粗颗粒含量和加密深度有着密不可分的关系,详见表3。
12楼
3.3.1 供料工艺
(1)供料皮带上设置遮盖或保温措施。
(2)建立有效的楼(拌和楼)——带(供料皮带)——机(塔带机)——仓(浇筑仓)之间的通讯联系或自动监控系统。
(3)皮带卸料处设置挡板,卸料导管和刮板,以避免骨料分离和砂浆损失。
(4)塔带机输送系统装置冲洗设备,卸料后及时冲洗供料皮带上所粘附的水泥砂浆。冲洗时采取措施防止冲洗水流入新浇混凝土中。
3.3.2 布料工艺
(1)布料层面处理。用塔带机浇筑四级配混凝土时,为便于塔带机运输,第一层层面处理一般不采取传统的水平层面铺砂浆的方法,而改用小级配混凝土或同强度等级的富砂浆混凝土。具体为:迎水面至排水管前缘区域,采用20cm厚二级配混凝土;其余部位(包括中块)采用三级配富砂浆混凝土,层厚为一个浇筑坯层,约40cm。
(2)布料方向与次序。当平浇法浇筑时,迎水面仓位铺料方向与坝轴线平行;上块浇筑方向从上往下,下块浇筑方向从下往上,中间仓位视仓面情况确定起始下料点。
基岩面、凸凹不平的老混凝土面及斜坡上的仓位,由低到高铺料。
仓内采用多种标号混凝土时,原则上先高标号后低标号的下料顺序,保证高标号区达到设计宽度要求。
有廊道、钢管或埋件的部位,卸料时,廊道、钢管两侧均衡上升,其两侧高差不得超过铺料的层厚。
当采用台阶法浇筑时,从块体短边一端向另一端铺料,边前进,边加高,逐步推进并形成明显的台阶。浇筑坝体迎水面仓位时,采取顺坝轴线方向铺料。
(3)铺料厚度与宽度。铺料厚度视混凝土人仓速度、铺料允许间隔时间和仓位大小决定。劳动组合、振捣器工作能力等要满足浇筑的需要,必须保证下层混凝土初凝之前覆盖上一层混凝土。采用平浇法时,铺料层厚度一般采用50cm;采用台阶法浇筑时,铺料层厚度一般采用50cm。对于升层高度1.5m的仓位,铺料宽度取10~12m;对于升层高度2.0m的仓位,铺料宽度取8~10m,台阶宽取2~3m。
3.3.3 下料和振捣工艺
对没有钢筋的仓面,塔带机下料时,下料导管卸料口距仓面应不大于1.5m,并均匀移动布料,堆料高度不宜大于1.0m,以免骨料分离。布料条带清晰,并有足够宽度。在模板周围布料时,卸料点与模板的距离保持在1~1.5m,人工分散粗骨料后,再用平仓机将混凝土就位。在止水、止浆片和预埋件部位布料时,严禁下料导管直接下料,由人工送料填满。
在进行水平钢筋网浇筑层混凝土下料时,尽量降低下料高度,一次卸料的堆料高度控制在50cm以下,浇筑坯层厚度不大于30cm。竖向钢筋部位卸料时,卸料部位应离开钢筋0.5~0.8m,并加强人工平仓。
台阶法浇筑时,平仓振捣机站在中间(第二层)的台阶上,覆盖范围比较理想;平层法浇筑时,平仓机一般站在层面上,紧跟下料接头,随时下料,随时振捣。
混凝土浇筑应先平仓后振捣,严禁以振捣代替平仓。振捣时间以混凝土粗骨料不再显著下沉,并开始泛浆为准,以避免欠振或过振。
使用塔(顶)带机浇筑的大仓位,应配置振捣机振捣。使用振捣机时,振捣棒组应垂直插入到混凝土中,振捣完应慢慢拔出;移动振捣棒组,应按规定间距相接;振捣第一层混凝土时,振捣棒组应距硬化混凝土面5cm。振捣上层混凝土时,振捣棒头应插入下层混凝土5~10cm;振捣作业时,振捣棒头离模板的距离应不小于振捣棒的有效作用半径。
3.3.4 养护工艺
(1)长期流水养护。根据现行水工混凝土施工规范,混凝土浇筑后养护时间一般为14d,重要部位养护到设计龄期,但三峡工程提出了更高的要求,主体工程普遍采取了长期流水养护。针对这一要求,再采用传统的人工洒水养护工艺已不能满足要求,必须推行新的养护工艺。
旋喷洒水养护适合于28d以内的较长间歇期仓面养护。方法是在浇筑仓面按一定间排距d设置360°旋转式喷水嘴,若喷水嘴喷射幅度为B(m),则取d=0.8B保持旋喷嘴始终不停地工作,即可做到长流水养护。
喷淋管(花管)养护适合于正常上升仓位的四周垂直面或长间歇期仓面养护。方法是沿仓位边线在模块上口(用于对仓面养护)或支腿(用于对侧立面养护)上铺设花管。所谓花管即在管壁上均匀布钻一排细孔的口寸钢管,使用时,将管两端封堵,水雾通过细孔喷出,洒在养护面上。给花管不停地通水,便可保持长流水养护。
(2)仓面覆盖养护。覆盖保水养护,该方法适合于大于28d的长间歇仓面养护。方法是在养护仓面全面覆盖养护材料,如隔热被、风化砂或土等,给覆盖材料浸水并始终保持覆盖材料处于水饱和状态,即可满足养护要求。
覆盖洒水养护适合于夏季正常上升的仓面养护。由于仓面蒸发快,仅采取洒水养护不能满足要求,因此对仓面覆盖材料洒水养护效果较好。
(3)养护组织管理。在三峡混凝土施工中,养护与钢筋、模板、预埋件和浇筑并驾齐驱,已经成为一项工程。浇筑仓均配置专职养护人员,实行挂牌上岗。养护实施的记录由养护专业人员及时记载,并做到真实、详尽。
4 结 论
(1)根据三峡工程混凝土工程量巨大、施工强度特高的特点,混凝土浇筑选定以塔(顶)带机浇筑手段为主,大型门塔机、缆机浇筑为辅的方案。经过1999~2001年三年的工程实施,年浇筑强度均在400万m3以上,2000年实现了年浇筑548万m3、月浇筑55.35万m3、日浇筑2.2万m3的一系列世界记录。
(2)为了与选定的快速施工方案相配套,确保混凝土浇筑进度和质量,相应的施工工艺和仓面配套必须变革。经过大量的研究、论证、试验和实践,全面推行仓面工艺设计,制定一整套严密的浇筑施工工艺,配备与入仓强度相匹配的仓面资源,形成了三峡工程所独有的混凝土快速施工工法。该施工工法既有工艺硬件的突破,也有管理理念的创新,体现了浇筑工艺与浇筑手段的高度协调与融合。
(原载《中国三峡建设》2002年第7期)
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填方路堤施工特点和准备
一、施工特点
1)由于路堤存在沉降和稳定问题,特别是高路堤可能发生的稳定性问题,因此要求其施工质量较高,无论对基底的处理、填料的选择、排水措施、压实标准的控制等方面都要求较严,从而保证路基的稳定与耐久性。
2)高速公路路堤一般都比较高,所需土方量又很大,为确保质量和进度,因此,以机械化作业为宜。从基底处理,填料的开挖、运送、摊铺、压实均宜采用一系列的机械进行施工。
3)高速公路采用封闭形式,桥涵、孔道(汽孔、人孔、拖孔)较多,结构物的增多,势必带来两侧路堤的填筑与压实困难的问题。因此,在施工中应采用各种技术措施,确保路堤的填筑压实质量,从而减少桥头跳车。
4)为尽量减少路堤沉降,提高路堤稳定性,必须广泛采用新材料、新工艺、新设备和新的检测手段,如采用粉煤灰填筑路堤和重型压实标准等。
5)高速公路施工中必须做好环境保护和绿化工作。施工过程中原有的水土、植被、地貌都不应由于施工而遭到破坏,填料中不能含有有害物质,以防止环境受到污染。
二、路堤施工前准备工作
1)开工前,应在全面熟悉设计文件的基础上进行现场核对和施工调查,发现问题及时根据有关程序提出修改意见并报请变更设计。
2)施工前调查的内容包括:
(1)工程范围内的地形、地质、水文和地面排水情况;
(2)工程范围内的交通和地上、地下的构筑物及公用管线情况;
(3)施工现场的供水、供电、电讯设备及场内外运输线路、生产和生活设施的设置地点等情况;
(4)沿线附近可供取土的地点和可供排水的沟渠和涵管等情况;
(5)施工现场附近测量标志及需要保护的植物和构造物等情况。
3)根据现场收集到的情况、核实的工程数量,按工期要求、施工难易程度和人员、设备、材料准备情况,编制实施性的施工组织设计,并报监理工程师审批。经批准同意后,即可提出开工报告。获准后方可开工。
4)征地拆迁、场地清理,其内容包括:由业主办理征地用地手续;对用地范围内的既有房屋、道路、河沟、通讯、电力设施、上下水道、坟墓及其他建筑物,应协助有关单位事先拆迁或改造;对于路基附近的危险建筑物予以适当加固;对文物古迹应妥善保护。
路基用地范围内的树木、灌木丛等均应在施工前砍伐或移植清理并将树根全部挖除,将坑穴填土夯实。
此外还应根据图纸要求进行放样、编制施工预算,对准备用作填料的土进行物理、力学性质试验。
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14楼
5)做好排水设施。应事先做好截水沟、排水沟等排水及防渗设施,特别是多雨地区和雨季施工更要加强这方面的工作。路堤施工中各施工层表面不应有积水,表面应做成2%~4%的横坡。雨季施工或因故中断施工时,必须将施工层表面及时修理平整并充分压实。
三、填方路堤典型断面
1)水稻田或长年积水地带,用细粒土填筑高度在6.0m以上时,其他地带填土或填石路堤高度在20m以上时,应按高填方路堤处理。通常采用折线形或阶梯形边坡。折线形为自上而下逐渐放缓边坡斜度,阶梯形是在中间设置护坡平台,平台上下段的边坡斜度可以相同也可以不同。路堤的边坡坡度,可参照表1-1执行。
路肩边缘应设置护栏。路基宽度可相应增加,边坡适当进行防护与加固。
表1-1 路堤边坡坡度表
填 料 种 类 边坡高度(m) 边坡坡度
全部高度 上部高度 下部高度 全部高度 上部高度 下部高度
粘质土、粉质土、砂类土 20 8 12 1∶1.5 1∶1.75
砂、砾 12 1∶1.5
漂(块)石土、卵石土、砾(角砾)类土、碎石土 20 12 8 1∶1.5 1∶1.75
不易风化的石块 20 8 12 1∶1.3 1∶1.5
注:采用台阶式边坡时,下部边坡可采用与上部边坡一致的坡度。
2)在地势低、水文条件较差地段,应特别注意控制最小填土高度,力求不低于按自然区划和土质等所规定的临界高度,使路基处于干燥或中湿状态。尤以在矮路堤高度小于1.0m时往往接近或小于应力作用区深度,除填方本身要求高质量外,地基往往需特殊处理和加固,如清除基底、换土、设置隔离层和地下排水、加铺砂砾石垫层或用砂桩、石灰桩等加固。
当填方高度在2.0~3.0m时,填方数量较少,可在路基两侧设置取土坑,使之与排水沟渠结合。路堤近旁的沟渠较宽或沿河浸水路堤,为保护填方坡脚不受流水侵害,可在坡脚与沟渠之间预留1.0~2.0m甚至4.0m宽的护坡道。
3)原地面倾斜的全填路堤。当倾斜度陡于l∶5时,需将原地面挖成台阶,(土质地面)台阶宽度等于或大于1.0m,向内倾斜1%~2%。石质地面时,将原地面凿毛。原地面陡于l∶2时,宜设置石砌护脚等断面形式,倾斜地面的填方上方坡脚,需采取措施阻止地面水渗入路基内。
4)一般路堤的几种横断面形式如图1-1所示。
5)图1-2是几种常见的特殊条件下的路堤横断面形式。图a)是软土地基采用反压护道的路堤,反压护道高度约为路堤高度的一半,每侧宽度根据边坡稳定性验算结果确定,一般不小于路堤高度的2~3倍。反压护道主要是利用其重量,抵抗路堤边坡连同部分软土地基的侧向滑动,保持路堤边坡的稳定。
图1-1填方路堤的常用横断面形式
a)矮路堤;b)一般路堤;c)浸水路堤;d)护脚路堤;e)挖沟填筑路堤
图b)是软土地基路堤填筑前在原地面设置全宽式的垫层,垫层厚度视软土层的厚度及土的压缩性而定,一般约为0.6~1.0m,宽度应扩大至路堤坡脚之外0.5~1.0m。设置砂垫层或砂石垫层,对于多年冻土、盐渍土、季节性冰冻地区,以及水稻田等过湿地带上的路堤,亦是一种简易排水的有效措施。
图c)是沿河路堤受水浸湿和淘涮,边坡需相应采用变坡形式。设计洪水位h加浪高和波高以及+0.5m以上的边坡,按常规横断面,其下采用平缓边坡坡率,并予以砌石防护,两者之间设置宽度不小于1~2m的护坡道,整个边坡尺寸,根据边坡稳定性验算而定。
图d)是用不同填料修筑的浸水路堤,中间部分填土,两侧用片石或中(粗)砂填筑,两者之间设反滤层。以防浸水对填土的侵害,避免填土随水流出。
图e)是沙漠地区和积雪地区的路堤,其主要病害是积沙或积雪,危害程度与当地自然条件有关。其中风力作用影响极大。此类地区设置路堤,一般不宜过高,路基两侧或迎风的一侧需设置防护林带或防沙防雪栅栏。就路堤断面而言,宜采用流线型边坡和边沟,以减轻积沙或积雪的危害。一般平均边坡斜度缓于1∶3~1∶4时,积沙或积雪不致影响路基的正常使用。
四、填方路堤一般要求
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1.路堤填料要求
1)不得使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾、树根和具有腐朽特征有土。
2)液限大于50、塑指大于26的土以及含水量超过规定的土,不得直接作为路堤填料。需要使用时必须采取满足设计要求的技术措施处理,经检验合格后方可使用。
3)采用粉煤灰等工业废料作为路堤填料时,应按照设计或有关规定施工。
4)路基填方材料应有一定的强度要求,野外取土试验,其CBR值应符合表l-2的规定。
表1-2 高速公路路基填料最水强度(CBR)和最大粒径表
项目分类(路面底面以下深度) 填料最水强度(CBR)(%) 填料最大粒径(㎝)
路堤 上路床(0~30㎝) 8.0 10
下路床(30~80㎝) 5.0 10
上路堤(30~150㎝) 4.0 15
下路堤(>150㎝) 3.0 15
零填及路堑路床(0~30㎝) 8.0 10
注:①本表摘自《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)
②表列CBR值按《公路土工试验规程》JTJ053-93)的试验方法测定。
2.施工方法
1)土方路堤根据路段地段的不同,分别采用水平分层填筑法和纵向分层填筑法两种形式。水平分层填筑法,即按设计断面分层水平层次逐层向上填筑,每填一层,需经压实符合要求后,再上一层。纵向分层填筑法,原地纵坡大于12%的路段,应沿纵坡分层,逐层填压密实,采用机械碾压时,分层最大松铺厚度不超过30cm。
2)路堤填筑一般应采用机械化施工,操作程序如图1-3所示。
图1-3路堤填筑机械化施工程序
3)机械作业时,应根据工地地形、路基横断面形状和土方调配图等,合理地确定机械运行路线。土方集中工点,应有全面、详细的机械运行作业图,据以施工。填高在3m以内的路堤,可采用两侧取土,以推土机从两侧分层推填,并配合平地机分层整平。土的含水量不够时,用洒水车洒水,用压路机分层碾压。
4)取土场运距在1km范围内时,可用铲运机运送,辅以推土机开道、翻送硬土、平整取土段、清除障碍和助推。超过1lun时,可用松土机械翻松,用挖掘机或装载机配合自卸车运输。用平地机平整填土,配合洒水车和压路机碾压。汽车配备数量应根据运距远近及车型确定。当卸装范围内有一定高差,汽车等运输方式受到地形和其他条件限制时,可采用卷扬机牵引、空中索道运输。
5)表l-3为路堤填筑机械化施工主要机械备配表,可作为一般参考。
表1-3 主要机械配备表
机械种类 数量 说明 机械种类 数量 说明
挖掘机(1.5m3) 2台 平地机(16G) 2台
自卸(15~20t) 10辆 运距在10km以内 羊角碾振动压路机(16t) 1台
推土机(CH-140) 2台 振动压路机 2台
3.路基压实
填土经过挖掘、搬运,原状结构已被破坏,土团之间留下了许多孔隙。在荷载作用下,可能出现不均匀或过大的沉陷或坍落,甚至失稳滑动,所以路基填土必须进行压实。对于由土层构成的路堑表面,为改善其工作条件,也应予以压实。
影响压实效果的因素主要包括如下几个方面。
1)含水量
土的含水量对压实效果的影响比较显著。当含水量较小时,由于粒间引力,使土保持着疏松状态,土中孔隙大都互相连通,但由于水膜润滑作用不明显,土粒相对移动也不容易,因此压实效果较差。含水量逐渐增大时,水膜变厚,起着滑润作用,引力缩小,外部压实功能易使土粒移动,压实效果渐佳。当土中含水量过大时,孔隙中出现了自由水,压实功能的一部分被自由水所抵消,效果反而降低。由击实试验所得的曲线图可以看出曲线有一峰值,称为最大干容重,与之对应的称最佳含水量。这就得出一个结论,只有在最佳含水量的情况下压实效果才最好。
但当含水量较小时,土粒间引力较大,虽然干容重较小,但其强度可能比最佳含水量时还要高。可是此时因密实度较低,孔隙多,一经饱水,其强度会急剧下降。这又得出一个结论,在最佳含水量情况下,压实的土水稳性最好。
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2)填土类别
在同一压实功能作用下,含粗粒越多的土,其最大干容重越大。而最佳含水量越小,即随着粗粒含量增多,其击实曲线峰点越向左上方移动。因此,施工时,应提前做好取土地点的代表性土样做击实试验。如发现土质有变化,应及时补做。并应做好试验路段,从中选出路基压实的最佳方案,以确定层铺厚度与碾压机械类型和碾压遍数的关系。
碾压机械的要求和选择,可参见表1-4。
表1-4 各种土质适宜的碾压机械
土的类别 机械名称 细砂土 砂类土 砾石土 巨粒土 备 注
6-8t两轮光轮压路机 A A A A 用于预压整平
12~18t三轮光轮压路机 A A A B 最常使用
25~50t轮胎压路机 A A A A 最常使用
羊足碾 A C或B C C 粉、粘土质砂可用
振动压路机 B A A A 最常使用
凸块式振动压路机 A A A A 最宜使用于含水量较高的细粒土
手扶式振动压路机 B A A C 用于狭窄地点
振动平板夯 B A A B或C 用于狭窄地点,机械质量800kg的可用于巨大粒土
手扶式振动夯 A A A B 用于狭窄地点
夯锤(板) A A A A 夯击影响深度最大
推土机、铲运机 A A A A 仅用于摊平土层和预压
注:①表中符号:A代表适用;B代表无适当的机械时可用;C代表不适用;
②土的类别按《公路土工试验规程》的规定划分;
③对特殊土和黄土(CLY)、膨胀土(CHE)、盐渍土等的压实机械选择可按细粒土考虑;
④自行式压路机宜用于一般路堤路堑基底的换填等的压实,宜采用直线式进退运行;
⑤羊足碾(包括凸块式碾、条工碾)应有光轮压路机配合使用。
3)压实功能
同一类土,其最佳含水量随压实功能的加大而减小,而最大干容重则随压实功能的加大而增大。当土偏干时,增加压实功能对提高干容重影响最大,偏湿时,则收效甚微。因而对偏湿的土,企图用加大压实功能的办法来提高土的密度是不经济的。若土的含水量过大,此时就会出现“弹簧”现象。
4.压实标准
1)路堤、路堑和路堤基底均应进行压实。土质路堤(含土、石)的压实度应不低于表1.5的标准。
表1-5 土质路堤压实度标准(重型)
填挖类型 路面底面以下深度范围(㎝) 压实度(%)
高速公路、一级公路 其它公路
路堤 上路床 0~30 ≥95 ≥93
下路床 30~80 ≥95 ≥93
上路堤 80~150 ≥93 ≥90
下路堤 >150 ≥90 ≥90
零填及路堑路床 0~30 ≥95 ≥93
注:①表列压实度以部颁《公路土工试验规程》重型击实试验法为准;
②对于铺筑中级或低级路面的三、四级公路路基,允许采用表l-6轻型击实试验法规定的路基压实标准;
③其他等级公路,修建高级路面时,其压实标准,应采用高速公路、一级公路的规定值;
④特殊干旱地区的压实度标准可降低2%~3%;
⑤多雨潮湿地区的粘性土,其压实度标准按JTJ05l-93的具体规定执行;
⑥用灌砂法、灌水(水袋)法检查压实度时,取土样的底面位置为每一压实层底部;用环刀法试验时,环刀中部处于压实层厚的1/2深度;用核子仪试验时,应根据其类型,按说明书要求办理。
2)路堤基底应在填筑前进行压实。高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于85%;当路堤填土高度小于路床厚度(80cm)时,基底的压实度不宜小于路床的压实标准。
3)零填及路堑路床压实,应符合表1.5的规定,换填超过30crn时,按表列数值90%的标准执行。
4)天然稠度小于1.1,液限大于40,塑指大于18的粘质土,用于下路床及上下路堤时,应进行处治或采用重型压实标准。确有困难时以及三、四级公路可采用表l-6轻型压实标准。
表1-6 路基压实度标准(轻型)
填挖类型 路面底面以下深度范围(㎝) 压实度(%)
高速公路、一级公路 其它公路
填方路基 上路床 0~30 - ≥95
下路床 30~80 ≥98 ≥95
上路堤 80~150 ≥95 ≥90
下路堤 >150 ≥90 ≥90
零填及路堑路床 0~30 - ≥95
注:表列数值系按《公路土工试验规程》轻型击实试验法求得的最大干密度的压实度。
5.取土坑和弃土堆
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17楼
1)路侧取土坑的设置应有统一规划,使之具有规则的形状及平整的底部。平原地区的高速公路及一级公路不宜设路侧取土坑。路线外集中取土坑应尽量设在荒坡、高坡上,使之能兼顾农田、水利、鱼池等设施。
2)取土坑底应设纵、横向坡度,以利排水。坑底纵坡不宜小于0.3%,横坡度宜为2%-3%,并向外侧倾斜。取土坑出水口应与路基排水系统衔接。取土坑边坡坡度,视土质性质而定,不宜陡于1∶1,靠路基一侧不宜陡于1∶1.5。
3)当地面横坡陡于1∶10时,路侧取土坑应设在路基上方一侧。填方路基设置路侧取土坑时,路基边缘与取土坑底的高差大于2.0m时,对于一般公路应设置护坡道,宽度为1.2m;对高速公路、一级公路宽度不小于3.0m。
4)路基开挖的弃方,首先考虑充分使用,如用于加宽路基或加固路堤,填补坑洞或路旁洼地,亦可兼顾农田水利或基建等所需,做到变废为用,弃而不乱。
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18楼
这篇发言非常之好,能看出来费了一定的心机,能给设计人员带来了很多相关专业的知识!
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19楼
是啊,经典之作啊!
我这里也有技术方案!
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20楼
(转载)三峡三期土石围堰防渗工程施工技术
摘要: 三峡工程三期土石围堰防渗工程设计采用高喷防渗墙上接土工合成材料心墙型式,下接水泥灌浆帷幕。其中防渗墙采用了振孔高喷、钻喷一体化、常规高喷和自凝灰浆防渗墙四种工艺施工,帷幕采用墙体内埋管孔内卡塞孔口及孔内循环灌浆施工。
关键词: 三峡; 振孔高喷; 钻喷一体化; 常规高喷; 自凝灰浆
1 引言
三峡三期上、下游土石围堰分别为Ⅳ、Ⅲ级临时建筑物,上游防渗轴线全长400.98 m,墙厚0.8 m,最大墙深35.5 m,防渗轴线呈直线形式布置。下游防渗轴线全长426.35 m,墙厚1.0 m,最大墙深28.0 m,防渗轴线呈折线形式布置,土石围堰平面布置图见图1,典型断面(以上游为例)见图2。上游围堰防渗采用单排高压旋喷灌浆上接土工合成材料心墙形式,造墙施工平台高程为72.0 m,上接土工合成材料心墙呈“之”字敷设至高程82.0 m,高喷墙下接帷幕钻灌至岩体q≤50 Lu止;地层自上而下大致分为:回填风化砂、全风化、强风化、弱风化四层。下游围堰防渗采用双排高压旋喷墙上接土工合成材料心墙型式,高喷墙墙顶高程为69.0 m,其上土工合成材料“之”字敷设至高程79.0 m,对于基础透水岩体及右岸坡透水带采取防渗帷幕灌浆处理。地层条件与上游比四层全有较少,部分地段缺全风化,少数地段只有回填风化砂和弱风化两层。
三期上、下游土石围堰防渗工程墙体设计总面积20 357 m2,墙下帷幕3 000 m,施工工期40 d,造墙施工招标文件要求采用振孔高喷工艺,帷幕灌浆采用墙内埋钢管施工。其工程特点是:工期紧、强度高、任务重。造墙与灌浆难点是造墙。
针对工程施工特点、难点,比对国内有关防渗工程实例以及振孔高喷工艺目前技术状况,短时间、大面积采用振孔高喷工艺完成三期三峡上、下游土石围堰高喷墙施工任务,尚存三个未解决的主要问题:⑴成墙深度难以达到上游设计墙深35.5 m,下游28.0 m;⑵墙底嵌入坚硬的花岗岩0.5m无成功把握;⑶机具设备社会存有量少,且需大量投入资金试验、改造和制做。
因此单一的造墙工艺方案难以满足工程要求,经研究决定,在规模造墙施工前,进行了以振孔高喷为主,常规高喷为辅,钻喷一体化和自凝灰浆防渗墙为技术储备方案的现场工艺试验。试验结束后成果经专家评审认为:四种工艺各有所长均可采用,只要合理的进行工艺配置可满足工程快速施工的需要。因此,三期土石围堰防渗墙施工是在试验研究成功的基础上,采用了四种成墙工艺、进行科学组合之后得以顺利完成的。
质量技术要求:钻孔精度≤1%,嵌入花岗岩弱风化层0.5 m。单排成墙厚度不应小于80 cm,双排旋喷成墙厚度不小于1.0 m,且满足以下技术指标:
高喷墙 自凝灰浆墙
抗压强度R28 ≥3 MPa ≥0.5 MPa
抗折强度T28 ≥0.8MPa
渗透系数K20 ≤i×10-5 ≤i×10-6
墙体允许渗透坡降J >50 >40
初始切线模量E0 500~800MPa 120~240 MPa
2 主要施工设备简介
振孔高喷机:是近年来研制的新设备,由振孔机桩架、振动锤和高喷管组成。底架长12 m,宽6~7 m,桩架高35 m,提升力200 kN,液压步履行走。成孔原理为用大功率振动锤将整根的高喷管快速送至预定深度成孔。振动锤为双电机型,功率有60 kW和90 kW两种,有振动和旋转功能配振管实现旋、摆、定喷施工作业。高喷管可组装成单管、双管和三管。一般采用一机两泵配制。
常规高喷机具:重探厂生产的XY-2型地质钻机;山东泰安灌浆公司生产的GP-5高喷台车。一般采用一机一泵配制。
钻喷一体化机具:由自制底座和塔架与重探厂生产的GQ-60型地质钻机组合而成,机具的优点是一次定位可连续完成钻孔、喷浆工作,减少了移动定位工序。塔高18.5 m,单根喷管长最大16 m,可配单、双管,步履方式行走。一般采用一机一泵配制。
自凝灰浆设备:德国宝峨生产的BS655型抓斗、抓挖最大深度40 m;W-1001挖掘机(兼步履式吊车)起吊重量15 t;重锤7 t(圆凿、方凿各2个)。
3 防渗墙施工
3.1 造墙工艺与布置
上游造墙采用自凝灰浆、钻喷一体化、常规高喷三种工艺组合施工(见图2)。
自凝灰浆由水泥、膨润土、缓凝剂、分散剂与水配置而成,在用抓斗、反铲挖槽过程中,将这种浆液注入槽孔中,起固壁作用,固化后为防渗墙体。在我国虽有应用的工程实例,但在大型水电站土石围堰防渗工程中尚未应用。据规模施工前的现场试验结论看:墙体强度低,墙下第一段灌浆有被掏空的可能,宜布置在堰体填筑最早,造墙时段最长的部位,以便对墙下帷幕进行重复灌浆。由于浆液固化时间虽然可通过配比调节,但调节范围只限于24h内,当槽深较大难以在浆液固化之前成槽时不宜采用,故布置在右侧。
钻喷一体化实际是常规高喷钻、喷合一的改进工艺。常规高喷钻、喷分离,施工工序有:造孔→移开钻机→喷机就位→孔口试喷、下喷管→上提开喷等。一体化简化为:钻孔→投球、上提开喷二道,工效大大提高。常规高喷一般用合金钻头或金刚石钻头及其它冲击等钻头成孔,一体化钻具采用石油勘探牙轮钻头,其结构特殊、寿命长、钻进速度快,能适应各种地层全断面钻进。鉴于一体化为改进工艺、新设备、新机具,工艺经验不多,为确保工程质量和工期,施工布置时将其放在常规高喷之间以备一体化设备出现问题时常规高喷补救。
左、右岸端头为三墙加厚区,施工场地小岸坡有1m厚斜面砼护坡,设计嵌入砼0.5m,因此采用入岩能力较强的常规高喷施工。
下游造墙由振孔高喷和常规高喷工艺组合施工(见图3)。
振孔高喷是用大功率振动锤直接将高喷管送至预定深度即开始上提的一种高喷技术。喷射注浆机理同常规高喷相似,造孔采用振、转结合同时进行,下管速度快,成孔机理先进且不需固壁材料。规模造墙施工前的现场试验表明,在风化砂回填层造24 m深孔时只需5 min左右,且有一定的入岩能力。由于成孔快可采用小孔距不分序连续施工,工效高,适宜于双排防渗墙部位,缺点是目前孔深有限(试验时最大孔深24.5 m),因此布置在孔深较浅的右侧。
左右岸接头加厚区(四排墙)、砼斜坡段同上游一样采用常规高喷施工。
3.2 上游墙施工方法
工艺流程:测量放样→先导孔施工→高喷孔、自凝灰浆挖槽施工→墙体埋灌浆钢管→帷幕灌浆→质量检查
(1)先导孔是测量放样后造墙前的第一施工项目,目的是确定墙底线。先导孔造孔采用XY-2型地质钻机造孔,膨润土浆固壁。取芯要求为:风化砂回填地层每5 m取一次样,以下100%取样(芯)。孔深要求进入花岗岩弱风化5 m,孔距20 m一个,特殊部位根据地质条件依监理要求加密,孔径φ75 mm。在自凝灰浆以外的一体化和常规高喷部位,先导孔兼作高喷Ⅰ序孔,取芯完成后按设计参数立即进行高喷作业。
(2)常规高喷:分Ⅲ序钻喷。造孔采用地质钻机,固壁采用膨润土泥浆,达到设计深度后移开钻机喷机就位进行地面孔口试喷,并检查高压系统的完好性及设备的可靠性和检查压力、转速、提速等满足要求后开始下设喷管至孔底,为防止喷管下设过程中泥砂堵塞喷嘴,边喷水边下管(但水压不宜太大)。然后原地旋转喷射至孔口冒浆开始按设计要求的技术参数进行喷射灌浆。喷射过程中,发现不冒浆时停止提升,原地静喷至孔口冒浆再提升。因机械故障、孔内事故等原因而造成的施工参数未达到设计要求的孔段,要进行复喷,其重复搭接长度≥0.5 m。上游墙孔距0.6~0.75 m,孔径130 mm。
(3)钻喷一体化施工:本次施工过程中由于导流器机械原因未过关,部分孔投球不能配合到位,增加了不应有的提钻验孔和孔口试喷两道工序,尚待改进完善。其它如膨润土浆固壁,检查压力、转速、复喷等工艺同常规高喷。一体化孔距0.6~0.75 m,孔径130 mm。
(4)回灌:常规高喷和钻喷一体化喷射灌浆完毕后均需做移机回灌(向孔内回灌水泥浆或冒出的弃浆),直到浆面不再下沉为止,以保证墙顶设计高程。
(5)孔斜控制:常规高喷钻机就位后将机身调平,保证“三点一线”,并用水平尺复核,开孔偏差≤5 cm;钻喷一体化机具就位后调平底座和调直塔架,开孔时用水平尺复核钻杆使之铅直。部分孔(包括常规高喷孔)采用了基岩帷幕孔测斜仪进行抽验。
(6)钻埋灌浆管:常规高喷、一体化墙体桩体成墙达24 h以上,用地质钻配合金或金刚石钻头造110 mm的孔,孔深至墙底以上0.5 m,孔口高出地面0.2 m,孔内冲洗干净注0.5∶1水泥净浆,再下91 mm的无缝钢管,每节6 m丝扣连接。
(7)自凝灰浆施工:采用“纯抓法”和“抓凿法”配合施工,即由抓斗先抓风化砂,遇到硬岩以后采用重凿冲击破碎,然后由抓斗抓出破碎的岩块,直至设计孔深。
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3.3 下游墙施工方法
下游墙施工工艺流程及常规高喷施工方法同上游墙,不再敖述。振孔高喷施工方法如下:
(1)振孔高喷墙:采用双泵大流量不分序连续施工。
测量放样后首先沿防渗轴线进行导槽开挖,导槽宽1 m,深2~3 m,用机械挖槽后再用人工回填1~2 m,导槽可以消除浅部个别石块对振管的阻扰,减少废浆的污染。振孔机调平以后即进行振孔施工,首先送浆和供压缩气,送浆采用单泵,浆量约80 L/min,风量约1.0 m3/min,待两管出浆、供压缩气正常后即可旋转振管下振。旋转速度约15 r/min,下振速度宜控制在2.0~5.0 m/min,尽可能保持匀速下振,并保持孔口冒浆冒气正常,当冒浆冒气量不足时,应放缓下振速度。振管下振到基岩面附近时要减速,发现有明显变化时,要及时标出位置,再继续慢速下振,以确保进入基岩。
振孔到达设计孔深后,即可向浆路投球器中投球,投球后约30 s,浆压明显上升,此时开动第二台浆泵,当浆压提高至35.0 MPa孔口冒浆冒气正常后,开始慢速旋转在孔底静喷30 s,然后旋转上提喷浆。孔深大于大于15 m的部分提升速度20 cm/min,小于15 m的部分提升速度30 cm/min。正常提升至距地面约1.5 m进入人工挖沟后,可适当加快提升速度,并降低喷浆压力,直至提出地面。
孔、排距原设计分别采用0.6 m和0.8 m,施工过程中发现桩径达1 m以上,改为孔距0.8 m,排距1.0 m。
(2)振孔高喷墙体预埋灌浆管:高喷孔上提喷射灌浆至孔口后,立即用振管带着灌浆钢管下部在原高喷孔(孔距1.6~1.8 m)插入到距墙底0.5 m止。管径φ89 mm,浅孔部分灌浆管为焊接,伸孔部分为丝扣连接,以防振动下管过程中被拉断。
(3)振孔高喷孔孔斜控制:振机两个步履管平行于防渗墙轴线就位后,依靠振机上的水平泡调平振机,水平泡居中表明振机立柱铅直,可进行振孔高喷作业。
(4)回灌:利用导槽内的浆液自然回灌。
4 墙下帷幕灌浆施工
墙体达50%强度后,在预埋钢管内采用自上而下、分段阻塞灌浆,上游采用孔口循环灌浆、下游采用孔内循环灌浆。
段长:第一段(接触段)前期2 m,第二段及以下各段段长为5 m,后期设计修改为第一段1 m,第二段为6 m,第三段及以下各段段长为5 m。
浆材:强度等级不低于42.5的普硅水泥。
灌浆压力:上游围堰第一段0.2~0.3 MPa,第二段0.3~0.5 MPa,第三段及以下各段0.8 MPa。下游围堰第一段0.3~0.5 MPa,第二段0.5~0.8 MPa,第三段及以下各段1.0 MPa。
孔径:φ76 mm,终孔孔深深入到q≤50 Lu止。
孔距:上游围堰1.8 m;下游围堰1.6~1.8 m。
结束标准:在设计压力下,注入率不大于1 L/min后,继续灌注60 min,可结束灌浆。
封孔:全孔结束灌浆后,采用0.5∶1水泥浆“机械压浆封孔法”封孔。封孔后孔口干缩部分,可采用砂浆继续封填密实。
5 工效分析
四种工艺工效分析见表1、表2,其中自凝灰浆不属高喷工艺,不与高喷工艺做对比分析。
注:完成自凝灰浆防渗墙2 734.498 m2,其中回填风化砂及覆盖层2 481.142 m2,全风化基岩232.358 m2,强风化基岩(包括砼)22.479 m2,累计用时1 023.03 h,综合大平均工效为64.15 m2/台日。
将工效平均值换算成每单机台班工效分别为:振孔高喷成孔42.8 m/机·台班,喷浆25.3 m/机·台班;一体化成孔29.3 m/机·台班,喷浆21.8 m/机·台班;常规高喷成孔9.9 m/机·台班,喷浆22.1 m/机·台班。可以看出成孔工效振孔高喷>钻喷一体化>常规高喷(喷浆因参数不同不作对比)。由此可见振孔高喷和钻喷一体化工艺先进,值得推广。
6 设计优化与修改
当造墙施工进行一个时段后,针对施工显出的质量情况和工期问题,设计对造墙施工要求进行了优化和修改。
(1)振孔高喷墙双排墙改为单排墙:下游高渠部分(见图四)振孔最先完成,第一排完成施工第二排时发现墙厚已≥1 m,固取消第二排。但在高低渠连接段设计分别在墙轴线上、下游各加一段14.5 m长高喷墙以适应变形。
(2)高喷孔距调大,上游常规高喷分序施工,后序孔钻孔时经常出现“取芯”现象,说明孔距与喷射参数不尽合理为避免出现不连续和空洞,部分高喷孔距由0.6 m增大到0.7~0.75 m,同样下游振孔高喷孔距由0.6 m增大到0.8 m。
(3)振孔入岩深度由要求0.5 m变为0.2 m,原因是振孔机具接触硬岩后损坏严重,入岩0.5 m困难。
(4)自凝灰浆由入强风化(弱风化)0.5 m变为入全风化2 m。灰浆的凝固时间与成槽时间时有紧张,根据地质条件设计放宽要求。
(5)帷幕第一段段长改为1 m且不压水,因为墙下帷幕第一段以下各段当q值达到设计要求后不再继续钻灌,但第一段是必须灌浆的,所以不压水直接灌浆可节省工期。
7 质量检查与分析处理
防渗墙体质量检查方法为:开挖检查、钻孔取芯、注水试验;室内力学试验等四种。帷幕灌浆检查方法:主要采用钻孔取芯压水。
开挖检查:仅在振孔高喷部位进行挖坑长×深=5×3 m左右。从出露墙体看连续性好,表面较平整说明孔距合理,桩径1.2 m左右,说明喷射参数合理。
墙体钻孔取芯,芯样获得率最高达91.4%,光滑成柱状,注水试验渗透系数部分孔段达到0,最大1.16×10-6cm/s,满足设计值K≤i×10-5cm/s要求。
帷幕检查孔共完成27个孔,q值满足≤5 Lu要求。
三期土石围堰防渗工程完工后,经基坑三角堰抽水验证,上游围堰坡脚沿线渗漏量为270 L/h,下游围堰坡脚沿线渗漏量为80 L/h,防渗质量满足合同要求。
8 结语
防渗工程于2002年10月25日开工,至2002年12月10日完工,历时45d,完成工程量见表3。
三峡三期土石围堰防渗工程施工是在进行了工艺试验、成果评审基础上确定的工艺及方法。实践证明工艺可靠、方案正确、质量好、施工快,满足了基坑提前闭气抽水工期要求。
振孔高喷首次在大型水电站土石围堰防渗墙中运用和孔深、入岩等问题的增大了振孔高喷工艺实用性,使工艺方法趋向更加成熟先进。
钻喷一体化工艺思路正确,可适应各种地层,但需进一步解决好导流器与投球关系,工效还能提高。
自凝灰浆防渗墙与传统造墙工艺比再次证明成本低、工效快、墙体无接缝等优点,墙底第一段帷幕被掏空问题表现不明显,分析认为墙底灰浆混有风化砂,比净浆强度高,因而未被掏空。此次在三峡工程中运用是成功的。
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