技案水泥搅拌桩生产性试验技术方案样本.doc

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南水北调中线一期工程陶岔～沙河南干渠工程
方城段四标段(桩号: 145+651～152+311)
( 合同编号: HNJ- /FC/SG-004)

水泥搅拌桩防渗墙生产性试验方案

批准: _
审核: _
编制: _

中国水利水电第一工程局有限公司
南水北调中线工程方城段四标项目经理部
二〇一二年八月二十四日

水泥搅拌桩防渗墙生产性试验方案

1.工程概况
南水北调中线一期工程《方城四标段水泥土防渗墙》工程位于河南省南阳市方城县境内。起点设计桩号 145+651, 轴线坐标为( X=3672702.790m, Y=492896.220m) ( 1954 年北京坐标系, 下同) , 终点设计桩号 152+311, 轴线坐标为( X=3674339.701m, Y=499159.974m) , 方城-4 标长度为 6.660km。
根据方城渠道开挖揭露的情况, 渠坡或渠底分布有中等～强透水性的中砂, 含砾粗砂、 砾砂层、 砂岩、 砂砾岩, 渠段累计长约4000km, 且地下水高于渠底板。
为合理选择渗控措施, 确保复杂地质条件下渠段安全运行, 需要对中等~强透水地层的渗流参数、 渗控措施、 渗控效果及施工工艺进行研究。为此, 结合工程施工开展生产性试验, 以获得渗控优化设计所需的相关参数及选择防渗体施工工艺。
2.试验目的
( 1) 结合实际工程地质条件, 研究渠道两侧设置水泥搅拌桩防渗墙的可行性与合理性;
( 2) 参考相关资料, 选择合适的搅拌墙厚度、 水泥掺量、 搅拌次数等施工控制参数及合适的施工设备进行围井试验, 评价搅拌墙的渗控效果;
( 3) 研究施工期降水井与渠道运行期降水井结合的措施, 选择安全可靠、 降水效果好的降水井和减压井结构;
( 4) 为方城段渠道渗控优化及其渗控效果评价提供基础资料。
3.试验依据
1、 《方城四标段渠道基坑降水、 水泥搅拌桩防渗墙生产性试验大纲》 ;
2、 《深层搅拌法技术规范》DL/T5425- ;
3、 设计下发的《方城四标防渗墙纵断面布置图》 ;
4、 设计下发的《方城四标强透水渠基渗控布置设计图》 ;
5、 其它关于防渗墙的施工规范。
4.试验内容
4.1水泥土结石室内试验
本项试验采用型号为PO 42.5的水泥在室内进行, 研究不同的浆液浓度、 水泥掺入量下, 凝固时间, 形成的水泥土结石的主要物理力学性能和渗透特性: 主要试验内容包括:
取与砂性土地层对应的土样, 采用不同水灰比的水泥浆液, 在砂性土地层中水泥掺入比分别为10%、 15%、 15%水泥+5%膨润土, 在弱透水地层中( 与强透水地层上方弱透水地层土对应的地基土) 掺入比分别为5%、 7.5%、 10%情况下, 测试水泥土混合体凝固时间, 不同龄期( 3、 7、 28天) 的水泥土结石的饱和单轴无侧限抗压强度、 变形模量、 渗透系数、 允许渗透坡降参数。
4.2.单桩生产及桩体水泥土结石试验
4.2.1成桩施工工艺试验
搅拌桩施工生产性试验主要目的为: 确定搅拌桩施工水泥浆液水灰比, 搅拌桩体水泥掺量, 与之对应的搅拌桩施工工艺及主要控制参数。具体内容包括:
( 1) 选择2种水灰比: 0.8和1.2。
( 2) 水泥掺入比考虑2种: 室内试验确定的掺入比、 在室内试验掺入比基础上分别增加3%、 5%。
( 3) 提升速度与注浆压力: 搅拌桩施工时搅拌头下沉及提升速度考虑0.5、 1.0m/min两种, 并根据确定的掺入比及不同的注浆压力下的浆体注入量确定注浆压力。
( 4) 在搅拌桩施工时, 弱透水地层中采用两搅一喷、 强透水地层中采用4搅2喷。试验桩共12组, 36根。单桩试验桩可布置在墙体渗透性试验围井轴线上, 作为围井一部分。
4.2.2桩体性能测试
经过试验桩取芯, 进行室内试验测试桩体水泥土结石单轴饱和无侧限抗压强度、 桩体渗透系数及允许渗透比降; 取样时间结合工地实际施工进度安排, 在实际施工进度要求的龄期及提前及滞后7天条件下。
以上试验共取样3×24组, 根据龄期分3次取样, 共216个试样。
4.3防渗墙渗透特性检验性试验
为检验搅拌桩形成的截渗墙防渗性能, 为渠道工程渗控设计提供依据, 需要经过试验检验搅拌桩防渗墙综合渗透特性。
防渗墙渗透特性检验性试验, 需要利用水泥土搅拌桩形成封闭区域, 并在封闭区域内、 外设置水位监测井、 抽水井, 经过抽水、 局部区域开挖直观检验等方式评价搅拌桩防渗墙截渗效果, 并获得相应的设计参数。
5试验方案
5.1试验布置
( 1) 试验时段: 试验围井施工将于8月24日开始, 8月26日结束;
( 2) 水电布置: 生产性试验用电采用柴油发电机发电, 由于施工区段水源丰富, 采用现场直接抽取。
( 3) 施工道路: 水泥等原材料采用施工便道运输。
( 4) 试验位置: 试验段选择在桩号151+977～151+997处进行围井生产性试验。该区段透水性较强、 中强透水砂层厚度较大、 地下水位较高、 开挖深度相对较大的渠段, 利用搅拌桩在渠道一侧坡顶形成防渗墙封闭围井, 按矩形分2区布置, 尺寸2×10×10m, 围井试验各墙段分区平面布置见图5.1-1, 立面布置见图5.2-2。
图5.1-1围井试验各墙段分区平面布置及抽(降)水试验孔平面布置图

图5.1-2围井试验截渗墙及抽(降)水试验孔立面布置图
围井试验与单桩试验结合进行, 各试验段的搅拌桩注浆浆液水灰比、 水泥掺入比等试验参数分别为:
A段: 搅拌桩注浆浆液水灰比0.8; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
B段: 搅拌桩注浆浆液水灰比1.2; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
C段: 搅拌桩注浆浆液水灰比0.8; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加3%, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
D段: 搅拌桩注浆浆液水灰比1.2; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加3%, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
E段: 搅拌桩注浆浆液水灰比0.8; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加5%, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
F段: 搅拌桩注浆浆液水灰比1.2; 水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加5%, 其中搅拌头提升速度0.2、 0.5m/min各占一半长度。
5.2.搅拌桩施工
5.2.1搅拌桩施工人员布置
为保证搅拌桩施工进度、 质量, 特制定相应的施工措施, 采用同工不同酬、 超产奖励、 经济手段, 保证作业班组人员相对稳定, 提高效率, 便于管理, 并隶属于项目经理部统一领导, 统筹调度。
其劳动力组织安排如下:
劳动力用工一览表
序号
职务
人数
职责
备注
1
项目经理
1
全面管理

2
项目副经理
1
生产、 文明管理

3
项目技术负责人
1
技术管理

4
质检员
2
质量检验

5
安全员
1
安全管理

6
资料员
1
资料整理归档

7
财务核算员
1
资金计划与预算

8
测量员
1
工程测量放样

9
施工队
20
工程施工

10
电工
1
电工操作

11
炊事员
1
膳食

12
合计
31

5.2.2机械投入
为保证本工程项目的顺利完成, 根据本工程项目的施工条件, 合理配置资源, 并充分利用机械的各自特点, 确保后期工期目标的顺利实现, 准备组织1台套多头深搅设备。水泥土防渗墙总共为428.4m2, 根据每天每台能完成120m2, 计划4天完成, 完全能够满足施工要求。
5.2.3水泥土防渗墙施工方法
该工程的水泥土防渗墙是运用特制的多头小直径深搅钻机, 把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙。水泥浆和土充分拌和后, 水泥不但硬化凝固, 而且和土体有离子交换和团粒化作用, 在多重物理和化学反应下, 形成抗压强度在0.5～1.0MPa左右, 渗透系数<A×10-6cm/s( 1<A<10) 的塑性连续墙体。
5.2.4水泥土搅拌桩施工流程
本工程采用一次成墙法施工。具体工艺流程是: 桩机就位、 调平; 启动主机, 经过主机的传动装置, 带动主机上的钻杆转动, 钻头搅拌, 并以一定的推动力把钻头向土层推进至设计深度; 提升搅拌到孔口。在钻进和提升的同时, 用水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆, 经钻头喷入土体, 使水泥浆和原土充分拌和完成一个流程的施工。即完成一个单元墙的施工过程; 在第二单元墙施工之前, 主机纵向平移, 让第二单元墙中第一根桩和第一单元墙中最后一根桩相割搭接15cm, 并重复上述第一单元墙的施工过程, 可形成第二单元墙。多次重复上述施工过程, 即可连续形成一道防渗墙。
多头深搅施工工艺流程图, 见图5.2-1。

图5.2-1 施工工艺流程图
5.2.5搅拌桩技术要求
分 项
设计要求
备 注
防渗墙有效厚度
不小于0.23m
最小孔径选择见下表
打入深度
设计深度
钻进深度的确定
钻具垂直精度
≤1/200

桩间搭接长度
不得小于150mm
移位见下表单元移位
移机就位
水平移位误差≤5cm
防渗墙轴线偏差
水泥掺入比
根据室内试验结果定

5.2.6施工参数
根据该工程的设计及试验要求, 水泥土搅拌桩的主要施工技术要求见下表:
序号
项目名称
参数
备注
1
钻头轴距
325mm

2
钻头直径
390～400mm

3
水灰比
1.2:1
土的密度: 1.96g/cm3
4
送浆压力
0.2～0.4MPa

5
供浆流量
30～50L/min

6
钻进速度
0.2～0.5m/min

7
提升速度
0.3～0.5m/min

8
搅拌轴转速
40～50r/min

9
水泥用量
128.3kg/m2

5.2.7各工序控制要求
施工准备: 包括轴线放样、 场地清理平整, 以及根据情况如果需要能够开挖导向槽。导向槽开挖截面一般控制为400mm×500mm( 宽×深) , 一方面控制施工轴线, 另一方面作为废浆流动渠。
桩机调位调平: 桩机定位, 对中调平, 利用液压支腿的升降调整桩机的水平度, 控制桩机调平偏差不大于1/200。在钻机垂直方向两个侧面使用长靠尺和各打一个吊锤来控制垂直度。
浆液制备: 桩机正搅注浆下沉前完成拌制合格的水泥浆, 存入贮浆桶中, 为保证浆液质量, 高速搅拌机制浆液的时间不少于30s, 浆液在使用前均应过筛, 浆液自制备用至用完时间不大于4h。
正搅注浆下沉: 依次启动泥浆泵和桩机主机, 经过主机的动力传动装置, 正向带动主机上多个并列的钻杆转动, 并以一向下的推进力使钻头向土层推进, 自上而下边注浆边钻进直至设计深度, 其下沉速度与供浆流量根据下切地层实际确定。
反搅注浆提升: 桩机下沉达设计深度, 继续开启泥浆泵, 反向调整主机转动方向, 控制参数边喷边搅, 直至提出堤顶。桩机提升阶段, 孔口应保持轻微返浆, 无返浆时, 应加大供浆量, 返浆过大时, 可提高提升速度或降低供浆量。
严格控制浆液水灰比, 第一, 采用比重计随时抽查、 检测; 第二, 采用数据控制, 配量分装, 配制好的浆液一次性注完, 再进行第二罐的配制与搅拌。
加强返浆控制, 保证成桩质量, 减少浪费。
5.2.8注意事项
( 1) 在施工时注意切削和提升搅拌的负荷不可过大, 应控制在额定电流以内。
( 2) 泵口压力、 流量应精确控制, 水泥浆水灰比亦应控制精确。
( 3) 施工停浆面必须高出桩顶高程设计标高0.3～0.5m, 墙体凝固后, 将高出部分才挖除。
( 4) 一旦供浆中断, 应将搅拌叶下沉到停浆面以下0.2m处, 待供浆恢复后再次搅拌提升。
( 5) 当下沉到桩底, 开动泥浆泵输浆30s后方可提升, 以利浆液完全到达桩端。
5.2.9特殊情况处理
( 1) 施工中断后的衔接及接头处理
因停电、 机械故障等原因致使施工中断, 及时记录施工中断位置及孔深, 若在24小时内能恢复施工, 则在复搅时, 将桩机搅拌下沉至施工中断深度以下0.5m处, 继续正常施工; 若中断时间超过24h或由于分段施工产生的部位, 则采取错位同原桩墙相切搭接, 如下图所示, 待桩墙水泥主体具有相当强度后于接头处钻孔( Φ110mm) ,再灌注水泥浆液的方法进行处理。
( 2) 钻头钻杆带泥的处理
若水渠内存在含水量低、 较密实的粘土地层, 且桩机下沉喷浆搅拌时均采用慢档供浆, 钻削搅拌地层使之成流态, 会造成钻头钻杆带泥严重。可采取加大叶片间距, 减少叶片厚度, 在水渠密实粘土地层施工时适当增大灌注浆液流量等措施, 可有效解决此类问题。
5.2.10质量检验
质量检验包括原材料检验、 中间产品检验、 施工过程检验、 最终的成品检验。
在施工过程中, 请监理共同复核各项检测数据, 全程专人依照监理要求作施工记录, 施工记录存档作为原始的质量记录。
最终成品检验: 成桩15到20天后,对墙体进行开挖检验, 检查搅拌桩的均匀质量, 墙体厚度、 搭接情况及整体性。并在开挖长3m深3m宽的防渗墙中人工取试块, 送实验室养护, 到龄期后做无侧限抗压强度和渗透实验, 取得抗压强度和渗透破坏比降指标。
在降抽水试验结束后, 经过开挖方式, 检查搅拌桩防渗墙的外观质量, 检查内容包括:
( 1) 桩体结石的密实情况, 水泥浆液分布的均匀性;
( 2) 桩与桩之间的搭接情况;
( 3) 地下水位及渗漏情况。
5.2.11质量控制措施
组织保证: 项目经理负责, 技术负责主抓, 逐层落实到人, 项目部组织技术交底, 并组织培训, 由机长带领全体机组人员认真学习施工规范, 现场技术员负责对工人进行技术交底, 详细交待质量要求、 操作要点、 安全措施, 并做好书面记录。
测量放样: 每隔一段和转弯处设控制点, 并作妥善保护, 使用前进行复测和检查。
施工现场: 做好各项指标, 桩位做准确的标识牌, 避免断桩等事故。
过程检验: 质检员、 各机长按要求及时检查记录、 桩位、 浆量及水灰比, 将一切质量隐患消灭在萌芽中。
控制要点: 桩机钻杆垂直度、 钻头直径、 桩位对正精度、 提升、 下沉速度、 浆量及水灰比。
5.3降( 抽) 水井施工
5.3.1施工流程
在试验围井完成后, 立即进行降水井及地下水位观测井施工。降水井主要采用冲击钻进, 钻进工艺与地层结构、 钻机类型、 护壁形式以及降水井结构有关。其主要施工工艺流程是: 钻机就位－钻机安装与校准－降水井开口并安装井口护壁管－钻进与护壁－洗孔－护孔－进一步钻进－终孔－井管安装－回填反滤料。
5.3.2施工技术要求
( 1) 成井质量
降水井降水效果如何, 成井质量是关键, 成井的好坏将直接影响降水井出水量。成井质量技术要求主要包括以下几个方面:
1)成井设备的完好情况。设备能力与设备完好是保证成井质量的关键, 保持设备安装稳定且水平, 不产生水平移位和摆动, 对损坏的设备要进行及时更新。
2)开孔直径与成孔直径, 不小于600mm, 在成井施工中随时测量井孔直径, 保证井孔走私满足要求。
3)井孔铅直度: 井孔偏差一般小于0.5%, 方便井管安装, 保持井孔的圆度和井壁壁面平整。
( 2) 外井管安装技术要求
1) 外井管安装采用扶正器和对中器下管, 将外井管安装在井孔中间。
2) 依据井深以及进径, 计算井管自重, 设计合理的井管壁厚。
3) 井管连接采用凸凹槽连接, 满足井管安装时的强度要求和平顺要求。
4) 对井管的扁平率、 弯曲度进行抽样检测, 其合格率要求达到100%。
5) 安装井管时, 井管底部必须安装扶正器, 保证井管居中。
( 3) 反滤料填筑技术要求
1) 反滤料级配要求: 依据被保护地层级配, 选择合适级配的反滤料, 满足土石坝设计规范要求的反滤准则。
2) 反滤料含泥量的控制标准: 反滤料含泥量控制在1％以内。
3) 反滤料填筑要均匀, 严禁在井管一侧填入反滤料, 以免造成井管侧向受压而弯曲。
4) 分期测量反滤料填筑位置, 与计算结果比较, 如果差别较大, 应该查找原因, 及进处理。
5) 反滤料回填到位后, 采用粘土球回填以便隔绝反滤料与大气降雨的联系, 以免雨水顺反滤料流入井内, 影响井的使用寿命。
5.4降( 抽) 水试验
5.4.1降( 抽) 水试验技术要求
本试验采用单井分级降水, 测试围井内外稳定水位的方法, 根据试验检测成果, 分析防渗墙的截渗性能。
(1)以适当的抽水流量进行试抽水, 监测围井内外稳定的水位差, 抽降水稳定时间不小于８小时。
(2)按试抽水流量0.5倍调整抽水量, 并测试调整流量下围井内外稳定水位差。此后逐级按0.5倍递减抽水流量并进行相应测试, 直到围井内外水位差小于1.0m。
(3)停止抽水试验, 使其围井内外地下水位基本恢复到降水试验前的状态。
(4)按试抽水流量2.0倍调整抽水流量, 并测试调整流量下围井内外稳定水位差。
(5) 此后逐级按2.0倍调整抽水流量并进行相应测试, 直到围井内外水位差小于1.0m, 直到围井内稳定水位不能稳定在某一抽水流量为止。
(6)每级流量下, 抽降水井内水位观测时间间隔为1、 2、 3、 5、 10分钟各观测一次, 以后每30分钟观测一次, 稳定后可每小时观测一次, 观测孔参照降水井的观测频度进行观测。
(7)地表水体观测只在白天进行。每2小时观测一次水位、 水温以及大气温度等。
(8)所有试验井( 孔) 应在抽水前5天开始观测静止水位, 掌握地下水的动态变化规律。
(9)抽降水试验结束后, 水位恢复观测时间应与抽降水试验开始阶段相同。
(10)抽水试验时实行三班制连续不间断作业。
5.4.2试验成果整理分析
对室内试验和现场试验过程及成果进行整理分析, 综合确定搅拌桩截渗墙的设计及施工参数:
（1） 搅拌桩防渗墙综合渗透系数<A×10-6cm/s( 1<A<10) ;
（2） 28天龄期防渗墙允许渗透坡降不小于50;
（3） 根据以往成功经验, 水泥掺入比定为18%, 墙体投入使用最短龄期满足施工进度要求。