劉太維+周勇+王天祥
摘 要:斯里蘭卡漢班托塔港一期工程南圍堰地質(zhì)條件復(fù)雜,巖石主要以片麻巖為主,巖體強度低且裂隙非常發(fā)育,施工中利用靈活的鉆灌施工工藝、合理的施工參數(shù)、高效的成孔機具、先進(jìn)的灌漿監(jiān)控設(shè)備及良好的漿液指標(biāo)等在施工質(zhì)量和施工進(jìn)度上獲得了雙贏。本文主要介紹施工中主要的施工方法和具有創(chuàng)新性的技術(shù)特點。
關(guān)鍵詞:圍堰 干施工 帷幕灌漿 孔口封閉 水泥漿液
1.工程概況
斯里蘭卡漢班托塔港發(fā)展項目一期工程主要包括了3個10萬噸級泊位(2個通用泊位及配套設(shè)施和1個油碼頭)、1個工作船泊位、進(jìn)港航道、港池掉頭區(qū)、防波堤、護岸、道路和堆場、房建、附屬設(shè)施等。
圍堰止水工程圍堤總長約4212m,環(huán)繞在基坑周圍,圍堤結(jié)構(gòu)采用砂土堤作為擋水結(jié)構(gòu),堰體覆蓋層部分防滲結(jié)構(gòu)采用塑性混凝土防滲墻。碼頭結(jié)構(gòu)在圍堰圍閉的基坑內(nèi)進(jìn)行干施工??紤]到南圍堰南鄰印度洋,圍堰內(nèi)外水頭差高達(dá)20m,所以南圍堰的止水措施尤為關(guān)鍵(如圖1)。
南圍堰40cm厚塑性混凝土防滲墻墻下基巖風(fēng)化強烈,裂隙發(fā)育。墻下基巖部分采用墻下帷幕灌漿的防滲形式進(jìn)行處理,在防滲墻墻體上游側(cè)布置灌漿孔,灌漿的施工軸線長度大約為537m,距墻體軸線1.25m。
2.工程地質(zhì)
本區(qū)域基巖主要為沉積的花崗片麻巖,變晶斑狀結(jié)構(gòu),呈片麻剪切狀構(gòu)造。強風(fēng)化特性為堅硬土狀,風(fēng)化強烈;中風(fēng)化巖石多見石英巖脈,強度較高。中、強風(fēng)化巖石層狀裂隙發(fā)育,漏失量較大。滲透系數(shù)達(dá)到10-3cm/s。
采用不同方法分別對南圍堰滲流量進(jìn)行計算,流量在滲流量:1.29m3/d.m~42.14 m3/d.m之間,南圍堰長度537米,按此預(yù)計南圍堰的滲水量每天約1600m3~5000m3。
3.工程施工
3.1總體方案
本帷幕灌漿型式為單排帷幕布置,孔間距為1.5m。施工采用墻下基巖微風(fēng)化巖面以上部分帷幕灌漿的總體方案。覆蓋層內(nèi)鉆孔采用76mm金剛鉆鉆進(jìn),墻下基巖部分采用風(fēng)動潛孔錘進(jìn)行施工;灌漿采取全孔段純壓式的施工工藝,漿液選用3個比級的水泥漿液。
3.2施工順序
本著“圍、擠、密”的灌漿施工原則,按照“分序施工,逐序加密”順序安排施工。施工中分為三序孔進(jìn)行,先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔,最后進(jìn)行Ⅲ序孔的施工。先導(dǎo)孔在Ⅰ序孔中布置,每24m選定1個先導(dǎo)孔,優(yōu)先安排取芯鉆進(jìn)施工。
灌漿孔的編號本著便于識別,方便施工的原則劃分,如1號孔編號為C-1-I,C表示帷幕灌漿;1表示序號;I表示孔序,其他灌漿孔均以此方法進(jìn)行編排。
在孔號的編排中,其中3n+1(n為自然數(shù))為Ⅰ序孔;2n(n為正整數(shù))為Ⅲ序孔;3n-1(為n為正整數(shù))為Ⅱ序孔;先導(dǎo)孔編號為16n+1(n為自然數(shù))。
3.3鉆孔施工
3.3.1鉆孔孔徑及深度
灌漿基本孔的孔徑為Φ60mm;先導(dǎo)孔及檢查孔孔徑為Φ76mm。
灌漿孔終孔深度的標(biāo)準(zhǔn)為進(jìn)入微風(fēng)化巖面下0.5米,各灌漿孔的設(shè)計終孔深度值根據(jù)先導(dǎo)孔確定的微風(fēng)化巖面深度加0.5米進(jìn)行“相似三角形內(nèi)插法”計算求得。
3.3.2鉆孔方法
覆蓋層鉆孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機76mm金剛石清水鉆進(jìn),墻下基巖部分采用地質(zhì)鉆機聯(lián)合中風(fēng)壓空壓機進(jìn)行風(fēng)動潛孔錘鉆進(jìn),潛孔錘巖石鉆孔功效高,相對于以往常規(guī)的鉆進(jìn)工藝能很大程度上加快施工的進(jìn)度??孜坏臏y設(shè)布置中用紅色油漆在導(dǎo)墻頂面標(biāo)出每個灌漿孔的準(zhǔn)確位置,鉆孔中孔位偏差不得大于10cm。開鉆前將鉆機用水平尺找平墊穩(wěn),施工時盡量通過合理控制鉆進(jìn)參數(shù),使用長鉆具等措施保證孔斜率,以防止鉆孔時偏移。為防止施工過程中在孔口回填土部分發(fā)生坍塌,施工中在孔口部位下入鋼制孔口管,以確保整個施工過程中孔口的穩(wěn)定。
3.3.3取芯孔施工
先導(dǎo)孔和檢查孔鉆孔施工采用76mm孔徑取芯鉆進(jìn),施工中采取“小壓力、低轉(zhuǎn)速、小流量、短回次”的合理鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行控制,以盡量保證巖芯采取率和完整率。
3.3.4巖芯整理
先導(dǎo)孔和檢查孔取出巖芯后應(yīng)按順序擺放,及時對巖芯進(jìn)行整理,統(tǒng)一編號,填牌裝箱,防止散失和混裝,做到標(biāo)識明確,保管完好,同時由有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師進(jìn)行巖芯描述,填寫鉆孔技術(shù)日志,描繪巖芯柱狀圖及評定巖石等級。
3.3.5鉆孔沖洗和裂隙沖洗
孔段鉆孔結(jié)束后,加大鉆孔沖洗水的流量,同時上下提動鉆桿,直至回水澄清方可,保證孔底淤積厚度不大于20cm。在灌漿前結(jié)合壓水試驗全孔進(jìn)行一次裂隙沖洗。
3.3.6壓水試驗
先導(dǎo)孔及檢查孔施工均采用“單點法”壓水試驗。壓水壓力值為該段灌漿壓力值的80%,且不大于1.0Mpa;在設(shè)定壓力下每5分鐘對壓入流量進(jìn)行測量,連續(xù)四次流量讀數(shù)中當(dāng)最大值和最小值的差值小于0.1倍的最終值時,或最大值與最小值的差值小于1L/min時,本階段試驗即可結(jié)束,取最終值作為計算值。其成果以透水率表示(Lu),公式為:q=Q/PL。
式中:q為透水率,Lu;Q為流量值,L/min;P為對應(yīng)的壓水壓力值,MPa;L為段次長度,m。其他常規(guī)灌漿孔在灌漿前進(jìn)行簡易壓水,簡易壓水壓力與單點法壓水壓力值相同,流量標(biāo)準(zhǔn)為:在該段規(guī)定的壓力下,壓水持續(xù)20min,每5min測讀一次流量值,取最后的流量值作為其計算流量,透水率的計算公式與“單點法”相同。
3.4灌漿施工
3.4.1施工方法endprint
灌漿原采用自下而上分段卡塞純壓式的施工工藝,但因巖體橫、縱向裂隙非常發(fā)育,液壓塞在施工中卡不住塞或卡住塞后繞塞泛漿,導(dǎo)致施工中不可操作,不具備施工的可行性。后根據(jù)實際的地質(zhì)條件和工藝的特點,將灌漿調(diào)整為全孔段純壓式的灌漿工藝,在孔口鑲鑄的鋼管上焊制孔口封閉器,灌漿壓力為1MPa。
3.4.2灌漿漿液
本試驗段采用的漿液水灰比(質(zhì)量比)為3:1、1:1、0.5:1三個比級,開灌水灰比采用3:1,灌漿中遵循由稀到濃的原則逐級變化。水泥:采用42.5級普通硅酸鹽水泥,細(xì)度要求為通過80u m方孔篩的篩余量小于5%,且要求有較高的早期強度和較短的初凝、終凝時間。
水泥漿液采用高速攪拌機攪拌,純水泥漿液的攪拌時間應(yīng)大于30秒,但發(fā)現(xiàn)攪拌不勻時適當(dāng)延長攪拌時間。在攪拌機和儲漿桶之間的管道設(shè)置篩網(wǎng)過濾水泥漿。漿液攪拌結(jié)束后,直接送入灌漿泵儲漿桶內(nèi),供灌漿施工使用。水泥漿儲存時間不宜大于4小時。集中制漿站采用高速攪拌機拌制水灰比為0.5:1級濃漿,通過輸漿泵、輸漿管經(jīng)中轉(zhuǎn)站將漿液輸送至灌漿工作面,施工機組根據(jù)所施工中需要的漿液比級自行調(diào)配。配置150L不同水灰比的漿液需加入的原漿量(水灰比0.5:1)和水量見表1。
3.4.3灌漿壓力控制
基巖灌漿壓力通常在帷幕孔頂段?。?.0~1.5)倍壩前靜水頭,在孔底段取(2.0 ~3.0)倍壩前靜水頭。考慮到壩前水頭2 0 m(約0.2Mpa),覆蓋層灌漿壓力初步擬定為0.2Mpa~0.3Mpa(可根據(jù)注灰量情況調(diào)整),基巖帷幕灌漿壓力不大于1.0Mpa,施工過程中根據(jù)注漿量情況進(jìn)行調(diào)整。流量小的段次應(yīng)盡快升至設(shè)計壓力,流量大的孔段應(yīng)分段逐漸升壓進(jìn)行灌漿。
3.4.4灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
在該段次灌漿規(guī)定的壓力條件下,當(dāng)注入率不大于1L/min時,繼續(xù)灌注30min,灌漿即可結(jié)束。
3.4.5封孔
孔口部分使用水泥砂漿填滿、抹平或直接用0.5:1水泥濃漿補填至孔口。
3.4.6灌漿過程控制
本工程灌漿作業(yè)采用GJ3000智能型灌漿數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行灌漿數(shù)據(jù)的采集處理和漿液的計量工作,所有灌漿記錄的數(shù)據(jù)均由計算機采集、記錄、計算、儲存和打印。灌漿過程中對壓力、流量參數(shù)進(jìn)行全程監(jiān)控,便于對灌漿過程的細(xì)化控制,同時灌漿數(shù)據(jù)準(zhǔn)確客觀。
3.4.7特殊情況處理
(1)灌漿過程中,發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿,應(yīng)根據(jù)具體情況采用鑲縫、表面封堵、濃漿、低壓、限流、限量、間歇灌漿等方法進(jìn)行處理。
(2)當(dāng)灌漿段注入量大而難以結(jié)束時,可采用濃漿、低壓、限流、間歇灌漿、限量、待凝等措施靈活運用處理。
4.質(zhì)量檢查
帷幕灌漿壓水試驗合格標(biāo)準(zhǔn):各段合格率應(yīng)為90%以上;不合格段的透水率不超過設(shè)計規(guī)定值的140%,且不集中,則灌漿質(zhì)量認(rèn)為合格。(要求滲透率小于5呂榮。1呂榮為10個大氣壓下每分種內(nèi)每米長度上1升的吸水量。)
5.結(jié)論
漢班托塔港南圍堰地質(zhì)條件復(fù)雜,巖體裂隙發(fā)育,施工中靈活的鉆灌施工工藝、合理的施工參數(shù)、高效的成孔機具、先進(jìn)的灌漿監(jiān)控設(shè)備,良好的漿液指標(biāo)等諸多方面都是在今后的施工中值得學(xué)習(xí)和借鑒的。
(1)針對地層中片麻巖強度低,且裂隙非常發(fā)育的實際特點,通過試驗段的施工及時將灌漿工藝調(diào)整為全孔段純壓式灌漿,從而進(jìn)一步優(yōu)化和確定適合于本工程實際特點的施工方法和施工參數(shù)。灌漿后檢測滲透系數(shù)為10-5cm/s等級,為后續(xù)主體工程的順利完成提供有利的施工和質(zhì)量保障。
(2)在復(fù)雜的地質(zhì)條件下,孔口封閉全孔段純壓式灌漿相對于其他的灌漿工藝更為安全可靠,特殊情況下處理的手段更為多樣和靈活,事故發(fā)生率低,更易于滿足工程質(zhì)量和施工的要求。
(3)風(fēng)動潛孔錘在基巖的鉆孔方面發(fā)揮了很好的功效,其不同等級巖石良好的適應(yīng)性和成孔的高效率值得在今后的施工中加以推廣和使用。
(4)施工中應(yīng)根據(jù)巖石裂隙的開度和發(fā)育情況,選擇了3個合適的漿液水灰比,在保證漿液可灌性的同時,應(yīng)盡量使用較少的漿液比級,避免灌漿過程中漿液的頻繁變換,以增強施工的可操作性和實效性。endprint