關(guān)于加固污水提升泵站地基的方法分析
2017-12-17 16:30:00
一，工程概況
玉屏橋污水泵站是南平市區(qū)污水提升的中心樞紐泵站，建設(shè)地點(diǎn)位于玉屏山大橋左側(cè)的閩江河岸邊660m高程(黃海高程，下同)平臺上。上海凱泉由于葉輪進(jìn)口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失，實(shí)際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠(yuǎn)小于10米。
該工程地勘報(bào)告揭示：場地土層自上而下為雜填土層(厚度35m~40m)，粉質(zhì)粘土層(厚度26m~36m)和卵石層(厚度53m~75m)組成。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。原設(shè)計(jì)考慮到施工期間閩江建溪水位較高，地基土沒有辦法采用換填處理，根據(jù)南平市當(dāng)?shù)貙?shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)方案。但在開工后發(fā)現(xiàn)軸樁基共5根全部位于漿砌舊城墻身及墻址交接處，規(guī)劃要求泵站外側(cè)必須保留4m寬的防洪通道。受場地條件限制，泵站無法外移避開舊城墻。
我們經(jīng)過仔細(xì)分析，確認(rèn)只要對雜填土層進(jìn)行處理使之承載力達(dá)到130kPa即可滿足上部荷載對地基土承載力的要求。經(jīng)與相關(guān)單位(unit)反復(fù)協(xié)商并征得設(shè)計(jì)單位同意，決定對該泵站地基進(jìn)行注漿加固處理：軸孔樁取消，軸已施工的樁基不與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)底板連接，同時(shí)先施工泵站C25鋼筋砼底板(厚度為800mm)，待泵站底板施工完畢，再對地基粉質(zhì)粘土層頂面以上的雜填土層及舊城墻坡面進(jìn)行注漿加固。這主要是基于雜填土孔隙大，可注性好，注漿后其力學(xué)強(qiáng)度，抗變形能力和均一性會有所提高。
二，本工程(Engineering)地基壓力注漿加固機(jī)理
注漿技術(shù)是利用一定的壓力注入濃度較大的水泥漿。使水泥漿滲入土體孔隙。隨著土層孔隙水壓力升高擠壓土體，直至出現(xiàn)剪切裂縫，產(chǎn)生劈裂，漿液隨之充填裂縫。形成漿脈，使得土體內(nèi)形成新的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。漿脈在形成過程中由于占據(jù)了土體中一部分空間，加上土層內(nèi)孔隙被漿液所滲透，從而將土體擠密。構(gòu)成了新的漿脈復(fù)合地基，改善了土體的強(qiáng)度和防滲性能，也改變了土體物理力學(xué)性質(zhì)，從而提高了軟土地基的承載力。
就本泵站工程來說，地基壓力注漿是通過(tōng guò)壓漿泵，注漿管將水泥漿液均勻注入雜填土土層中，以填充，滲透和擠壓方式，驅(qū)走顆粒間的水分和氣體并占據(jù)其位置，硬化后將巖土膠結(jié)形2010年3期總第141期林健壓力注漿技術(shù)在加固污水提升泵站地基中的應(yīng)用108成一個(gè)強(qiáng)度大，壓縮性低，抗?jié)B性強(qiáng)，穩(wěn)定(wěn dìng)性良好的新巖土體。
三，注漿設(shè)計(jì)參數(shù)要求及實(shí)際調(diào)整
1)設(shè)計(jì)要求注漿后，雜填土承載力標(biāo)準(zhǔn)值要求達(dá)到130kPa.
2)漿材及配比設(shè)計(jì)：漿材采用強(qiáng)度等級為P0325普通硅酸鹽水泥和水玻璃的雙液混合漿液，水灰比通常為06~ 15，試驗(yàn)孔注漿用水灰比調(diào)整為：第一注漿段為06，第二注漿段為09.
3)漿液擴(kuò)散半徑(r)：由于雜填土均一性差，其孔隙率，滲透系數(shù)變化大，因而僅用理論公式計(jì)算漿液擴(kuò)散半徑顯然不甚合理，現(xiàn)據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(data)，暫定r值為15m.在現(xiàn)場進(jìn)行注漿試驗(yàn)后進(jìn)一步調(diào)整r值。
4)注漿孔間距：根據(jù)該泵站工程(Engineering)實(shí)際情況(Condition)，為使被加固土體能在平面和深度范圍內(nèi)連成一體，縱橫孔距均取10m，呈梅花形布置。
5)注漿孔深設(shè)計(jì)要求：孔深35m~40m，以孔口到粉質(zhì)粘土層面為準(zhǔn)。
6)注漿量確定：注漿量主要與注漿對象的體積v，土的孔隙率n和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k值有關(guān)，本工程注漿量依據(jù)Q=k.v.n公式，理論估算雜填土層單位吸漿量為0.35m3.由于雜填土均一性差，孔隙變化大，理論耗漿量不定，故不單純用理論耗漿量來控制，同時(shí)還按耗漿量降低率來控制，即孔段耗漿量隨注漿次序的增加而減少。既有地基中，漿液注入率為15%~20%，注漿流量可取7~15L/min.
7)注漿壓力：由于注漿壓力與土的重度，強(qiáng)度，初始應(yīng)力，孔深，位置及注漿次序等因素有關(guān)，而這些因素又難以準(zhǔn)確地確定，因而本次注漿的壓力通過注漿試驗(yàn)來確定。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及類似工程的經(jīng)驗(yàn)，暫定注漿壓力在第一，第二注漿段注漿時(shí)分別為0.1MPa~0.2MPa，0.3MPa~0.4MPa，在注漿過程中再根據(jù)具體情況(Condition)再作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
8)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在一定的壓力下注漿，孔段吸漿量小于0.6L/min，延續(xù)30min即可結(jié)束注漿，或孔段單位(unit)吸漿量大于理論估算值時(shí)也可結(jié)束注漿。
四，本工程(Engineering)注漿施工突出點(diǎn)
正式施工前著重做好注漿試驗(yàn)工作，調(diào)整注漿壓力，漿液擴(kuò)散半徑，孔距和排距后及時(shí)將孔位放樣至實(shí)地，同時(shí)應(yīng)選擇(xuanze)合適的施工設(shè)備機(jī)具。
(一)本工程(Engineering)注漿施工工藝：
1，施工順序：采用二臺機(jī)同時(shí)鉆孔作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，工程地質(zhì)條件和注漿方法等，施工順序采取從河邊擋墻開始往舊城墻方向進(jìn)行。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時(shí)，其安裝高度應(yīng)降低，否則也不能吸上水來。
2，施工程序：成孔#安放注漿管并孔口封堵#攪漿#注漿#待凝#成孔#安放注漿管并孔口封堵#攪漿#注漿#封孔。
(二)施工技術(shù)要點(diǎn)
(1)成孔：鉆頭(110mm)對準(zhǔn)孔位后，采取沖擊成孔的方法鉆進(jìn)。在雜填土中鉆進(jìn)時(shí)，若孔壁不穩(wěn)，可下入導(dǎo)管護(hù)壁;當(dāng)鉆進(jìn)到粉質(zhì)粘土層時(shí)，下入導(dǎo)管護(hù)壁，然后采取撈砂筒取砂成孔的方法直至下臥粘性土層。
(2)灌入封閉泥漿，當(dāng)鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，從鉆孔內(nèi)灌入封閉泥漿。插入塑料閥管到設(shè)計(jì)深度。閥管下端部有管塞，管中應(yīng)逐段加入清水，以增加重量，減少彎曲。待封閉泥漿凝固后，在塑料閥管中插入雙向密封注漿芯管進(jìn)行注漿。待注漿完畢用清水沖洗塑料閥管中的殘留漿液，以利下次重復(fù)注漿。
(3)攪拌：先往攪拌漿筒內(nèi)注入預(yù)定的水量并開動攪漿機(jī)，再逐漸加入P0325普通硅酸鹽水泥直到預(yù)定的用量，攪拌附圖三3min~5min后將漿液通過過濾網(wǎng)流到儲漿筒內(nèi)待注。
(4)注漿：注漿順序按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行，并采用先外圍后內(nèi)部的施工方法。由于上部有800mm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底板，注漿可采用自上而下孔口封閉分段純壓式注漿方法，即自上而下鉆完一段灌注一段，直到預(yù)定孔深為止。注漿段的長度以雜填土厚度來確定;注漿壓力采取二次或三次升壓法來控制，即注漿開始采用低壓(小于0.1MPa)或自流式注漿。對雜填土來說，當(dāng)吸漿量較大時(shí)采取間歇注漿或用砂漿灌注，終注時(shí)的壓力要達(dá)到設(shè)計(jì)值;注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)執(zhí)行。
(5)封孔：注漿結(jié)束后及時(shí)封孔，即第二注漿段注漿結(jié)束過半小時(shí)后，排除孔口封堵物，再往孔內(nèi)投入砂石直到水穩(wěn)層頂面，過24h后，若漿液下沉，再補(bǔ)充漿液至水穩(wěn)層頂面。
五，本工程在特殊情況下的技術(shù)處理措施
(1)在實(shí)際注漿過程中，發(fā)現(xiàn)地表有少量漿液冒出，河邊擋墻也有冒漿現(xiàn)象，我們經(jīng)過仔細(xì)觀察并采取如下控制性措施：降低注漿壓力，同時(shí)提高漿液濃度，有時(shí)加摻砂或水玻璃;
限量注漿，控制單位吸漿量不超過30L/min~40L/min或更小一些;采用間歇注漿的方法，即發(fā)現(xiàn)冒漿就停止注漿，間隔時(shí)間約15min左右。
(2)在注漿過程(guò chéng)中，當(dāng)漿液從附近其他鉆孔流出即串漿，采取如下方法處理(chǔ lǐ)：加大第次序孔間的孔距;在施工組織安排上，適當(dāng)延長相鄰兩個(gè)次序孔施工時(shí)間的間隔，使前一次序孔漿液基本凝固或具有一定強(qiáng)度后，再開始后一次序鉆孔，相鄰?fù)淮涡蚩撞灰谕桓叱蹄@孔中注漿;串漿孔若為待注孔，采取同時(shí)并聯(lián)注漿的方法處理，如串漿孔正在鉆孔，則停鉆封閉孔口，待注漿完后再恢復(fù)鉆孔。
六，注漿效果分析(Analyse)，檢驗(yàn)
(一)對注漿施工記錄資料分析本次注漿施工共完成注漿孔85個(gè)，計(jì)343m，共注入水泥1203t，平均每孔注入水泥1412t，平均注入水泥035t/m，靠河邊一側(cè)單位孔耗漿量比靠舊城墻一側(cè)大，并且泵站底板外側(cè)土面上抬數(shù)厘米。從總注入量和單位注入量數(shù)據(jù)(data)分析，受注段土體空隙均有大幅度地降低，表明該施工段雜填土層的可注入性較好。
(二)對注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)
1，探槽開挖查驗(yàn)及鉆孔取芯，標(biāo)貫試驗(yàn)通過探槽開挖查驗(yàn)：雜填土層空隙中可見大量的呈帶狀，片狀的水泥結(jié)石，表明注漿區(qū)內(nèi)的雜填土層空隙得到了較好充填。監(jiān)理單位于注漿施工結(jié)束28天后，在注漿區(qū)內(nèi)任意選擇了六個(gè)注漿點(diǎn)，委托有資質(zhì)的專業(yè)檢測單位進(jìn)行鉆孔取芯和標(biāo)貫試驗(yàn)。取出芯樣顯示：雜填土中水泥結(jié)石與地基土體膠結(jié)緊密;土體由原來的松散狀態(tài)變?yōu)槊軐?shí)狀(e=0656)，土工試驗(yàn)也說明密度有所增加。標(biāo)貫試驗(yàn)表明：經(jīng)注漿后的雜填土較為密實(shí)，平均擊數(shù)大于11擊;多數(shù)因遇凝固的水泥漿打不下去，由此可見注漿區(qū)雜填土層力學(xué)性能得到極大改善。
2，復(fù)合地基壓板載荷試驗(yàn)
為進(jìn)一步探明玉屏橋污水泵站地基經(jīng)注漿后承載力變化情況(Condition)，設(shè)計(jì)單位在泵站底板周邊注漿區(qū)選擇了4個(gè)有代表性的點(diǎn)位(如下表說明)，提出進(jìn)行地基壓板載荷試驗(yàn)(承壓板面積05m2)。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。要求在試驗(yàn)坑頂面加載達(dá)260Kpa即滿足設(shè)計(jì)要求后便停止加載(基礎(chǔ)已有9根孔樁)并進(jìn)行觀測，顯示加載后沉降量變化范圍為47mm~72mm，平均沉降量為595mm.試驗(yàn)表明地基土尚未達(dá)極限破壞狀態(tài)，同時(shí)也驗(yàn)證了地基雜填土層經(jīng)注漿后復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
七，結(jié)束語
1，由于泵站位于閩江河邊，地下水位較高，設(shè)計(jì)和監(jiān)理方原先擔(dān)心注漿效果不理想，注漿后地基承載力仍然不足，而且會導(dǎo)致日后泵站沉降不均勻。上海凱泉由于葉輪進(jìn)口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失，實(shí)際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠(yuǎn)小于10米。但實(shí)際上地基經(jīng)注漿加固后，承載力完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，費(fèi)用(expense)也相應(yīng)較低。在該泵站投入使用一年后再次進(jìn)行觀測，各觀測點(diǎn)沉降量均在7mm范圍內(nèi)，完全滿足使用要求。
2，地基加固處理的方法有非常多(如基礎(chǔ)大開挖換填等)，從本污水泵站工程(Engineering)實(shí)際情況(Condition)出發(fā)，我們采用了切合實(shí)際的注漿施工方案，在施工質(zhì)量和處理效果上是好的，地基承載力和穩(wěn)定(wěn dìng)性得到了較大的提高，做到了技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。極大地減少了環(huán)境污染問題(Emerson)，而且具有不受地下障礙物影響等優(yōu)點(diǎn)，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。
3，注漿技術(shù)的關(guān)鍵是注漿參數(shù)的選擇和調(diào)整，漿材配比和注漿工藝，而注漿參數(shù)的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題，只有通過(tōng guò)現(xiàn)場試驗(yàn)才能確定，并根據(jù)具體情況及時(shí)調(diào)整。