自凝灰浆防渗墙关键技术研究及应用全文.docx
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自凝灰浆防渗墙关键技术研究及应用全文
自凝灰浆防渗墙关键技术研究及应用
bstrct:
Self-hrdeningslurrycutoffwlltechnologyhsbeenwidelyusedinwterresourcesndhydropowerengineering,deepfoundtionpitwterproofengineeringndbridgeengineeringinrecentyersinChin.Throughdiscussionofthedevelopmentndpplictionofthetechnology,minconstructionmterilselection,determintionofmixturertio,wllconstruction,test,etc,thispperstudiestheself-hrdeningslurrycutoffwlltechnologyindetil.
Keywords:
self-hrdeningslurry;developmentndchrcteristics;keytechnology;detection
XX:
1006-4311(20XX)12-0163-03
0引言
自凝灰浆防渗墙应用的工程领域较为广泛,但在不同的地质情况及设计指标下,其实际施工采纳的配合比差异性很大,尤其对于最终施工配合比的确定,需要根据多次试配后的试验结果才能确定。
墙体的成墙施工方法较为常规,但自凝灰浆原浆配合比所决定的初凝时间对成墙效率、质量又会产生较大影响。
施工过程中的原浆质量的检测、操纵在相关规范中均有明确要求,而其关键的物理性能指标抗压强度、同意渗透比降、渗透率、弹性模量等的试验、检测方式都较为特别。
开发应用,由于其具有施工工艺简单、成墙时间短,透水层中固结效果好,整体防渗性能好等特点,被应用于基坑止水防渗、病险水库处理、地基防渗等工程领域。
阿根廷亚西雷塔坝、西班牙阿尔翁坝、澳大利亚巴克围堰、新加坡上派公司土堤、日本常神地下水库、德国布洛姆巴赫特堤、土耳其塔塔里坝等工程均采纳该技术,其中最著名的自凝灰浆防渗墙是阿根廷亚西雷塔土坝防渗墙,其轴线长度47.7km,截水面积90万m2,是单项工程防渗墙工程量世界之最。
上世纪九十年代,我国在大亚湾核电站基坑工程中采纳自凝灰浆防渗墙成墙面积达16000m2,该工程由法国地基公司施工,取得了成功。
本世纪初,我国在三峡三期围堰采纳该技术成墙面积约20000m2。
随着该技术在国内应用的进展与成熟,大跨度悬索桥施工中也应用自凝灰浆防渗墙结合地连墙基础,作为超大深基坑基础维护结构。
20XX年建成通车的武汉阳逻长江大桥,其南锚碇工程自凝灰浆防渗墙设计轴线292.2m,最大深度达52m,厚度0.8m,成墙面积15176m2。
20XX年建成通车的武汉鹦鹉洲长江大桥,其南锚碇工程自凝灰浆防渗墙设计轴线276.32m,最大深度达25m,厚度0.8m,成墙面积6900m2。
1.2自凝灰浆防渗墙技术特点
自凝灰浆是由水泥、膨润土、缓凝剂、分散剂与水配制而成的浆液,在用抓斗、反铲开挖槽孔过程中,将这种浆液注入槽孔中,起固壁作用。
在挖槽的过程中,地层中的土砂不断混入浆液中,灰浆可自行凝聚成阻水的柔性防渗墙体。
其主要物理性能指标为抗压强度R28、弹性模量E28、渗透系数k、同意渗透坡降J。
自凝灰浆的配比各个工程相差甚远,如水泥用量最低可为100kg/m3(大亚湾核电站),也有高达330kg/m3(阿尔翁坝)。
第十四届国际大坝会议推举的配比为:
水:
水泥:
膨润土=1000kg:
80~350kg:
30~50kg,另有外加剂若干,给出的是一个非常宽泛的指标。
自凝凝灰浆凝聚体的物理力学指标由于配比的不同,各工程相距甚远,如抗压强度R28=0.1~1MP,弹性模量E28=40~300MP,渗透系数k
2施工关键技术
2.1原材料选择
自凝灰浆是由水泥、膨润土、缓凝剂、分散剂与水五种主要材料组成,主要材料为水、水泥、膨润土,但外加剂的添加对施工性能及成墙后墙体性能均有一定的影响。
2.1.1水泥
据国外资料,拌制自凝灰浆矿渣水泥优于硅酸盐水泥,一是浆液初凝时间较长,二是灰浆凝聚体的后期强度较高。
一般选用矿渣硅酸盐水泥P.S.B32.5用于工程施工。
2.1.2膨润土
产品符合石油天然气钻井液用膨润土二级膨润土标准(标准编号SY/T5060-93)。
2.1.3分散剂
纯碱。
产品符合GB1886-92标准。
2.1.4缓凝剂
食糖。
产品符合GB317-1998一级白砂糖标准。
自凝灰浆是一种特别的材料,其初凝时间不能用水泥砂浆或混凝土的检测方法来测试,国外一般采纳测试浆液的粘度来确定,即马氏漏斗粘度为50~60秒即视浆液进入了初凝状态。
根据防渗墙地层的特点和成槽施工效率来确定,一般情况下,灰浆原浆的初凝时间应大于24h,但不宜大于36h,这样才能保证在施工过程掺入土砂的灰浆不致过早凝固,也能防止浆液较长时间不凝固或早期强度太低。
施工所用浆液缓凝剂的加量基本按初凝时间不小于24h来进行操纵。
2.2配合比确定
自凝灰浆配合比根据不同设计物理性能、地质情况、施工方法,采纳不同的配合比,当物理性能要求相同而地质情况、施工方法不同时,其配合比也不尽相同。
一般情况下,水泥用量越大,抗压强度和弹性模量越大,而渗透系数则越小。
不同的地质条件中,混入浆体中原状砂土含量、性能不同,也会造成墙体强度、弹性模量的不同。
缓凝剂的用量对浆体材料的初凝时间、早期强度影响较大,其用量通常根据初凝时间确定,而初凝时间主要受控于成槽时间,即成槽时间越长则需要的初凝时间越长。
由于不同工程的不同物理性能要求、地质情况、施工方法等因素,自凝灰浆配合比一般通过多次试配及试验段施工来确定。
国内最近采纳自凝灰浆防渗墙技术工程的施工配合比如下:
①三峡三期围堰工程。
物理性能要求:
R28>0.5MP;E28=120~240MP;k40。
②武汉阳逻长江大桥南锚碇工程。
物理性能要求:
R28>0.2~0.3MP;E28
③武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇工程
物理性能要求:
R28>0.2~0.3MP;E28>50MP;k
2.3浆体制备
根据施工总体布置,施工区建筑澎润土泥浆集中制浆站,制成的膨润土泥浆通过泥浆管路输送至自凝灰浆制浆站,再由自凝灰浆站把制好的原浆输送到槽孔口。
自凝灰浆制浆站包括:
膨润土及水泥存台、膨化池、搅拌机、储浆池。
自凝灰浆的制备通常采纳“两步法”制取,“两步法”的优点是灰浆泌水率低。
以鹦鹉洲长江大桥为例:
第一步:
先用水、膨润土、分散剂制取膨润土泥浆,用高速搅拌机搅拌,制成后放入膨化池膨化24小时后待用。
新制膨润土泥浆配合比为:
第二步:
膨润土泥浆用管道输至自凝灰浆制浆站的高速搅拌机中,加入缓凝剂和水泥,搅拌2min,即可使用。
新制自凝灰浆原浆配合比为:
2.4成槽施工
2.4.1成槽工法
自凝灰浆防渗墙成槽过程即为在用成槽设备开挖槽孔过程中,不断置换注入这种浆液充填新开挖的槽孔,并起固壁作用,在槽孔开挖完成后,混有地层中土砂颗粒的灰浆自行凝聚成止水防渗的墙体的过程。
成槽设备一般采纳旋挖钻、液压抓斗、冲击锤等设备。
覆盖层、强风化岩层中成槽一般采纳直接抓取法,具有一定强度岩层中成槽首先采纳液压抓斗或旋挖钻抓取覆盖层,然后采纳冲击锤冲砸岩石后,用抓斗捞取岩渣和岩块。
成槽过程中不断补充自凝灰浆原浆,槽段开挖完成即成墙施工完成。
目前国内成槽施工最多采纳液压抓斗分槽段法或连续法施工。
分槽段施工根据墙体总长度,划分为Ⅰ期槽和Ⅱ期槽,其中Ⅰ期槽长度等于抓斗开口宽度2.8m,Ⅱ期槽长度与一期槽搭接40cm(单侧20cm)。
施工顺序:
先开挖相邻一期槽,待一期槽内自凝灰浆达到3~5天龄期后开挖其间二期槽,施工沿一个方向连续进行,开挖顺序为:
①③⑤②⑦④(如图1)。
连续法施工俗称“赶羊法”,开挖从一个方向向另一个方向不间断开挖,开挖过程中向槽孔内补充浆体,搭接长度同分槽段法。
该方法的优点是即可以减少自凝灰浆损耗,功效也能得到一定提高,缺点为成槽过程中要尽量保持不间断施工,浆体储备量要求大、出渣量大,对设备性能要求高,施工组织难度较大。
2.4.2成槽过程中需注意事项
槽段开挖时间必须小于浆体材料的初凝时间,单个槽段成槽过程需连续。
长时间中断成槽施工可造成浆液初凝,必须中断此槽段施工,待其终凝后用抓斗二次成槽。
根据相关的技术要求,结合以往的施工经验,成槽时的槽段内浆液面应高出地下水位1.5m左右才能有效操纵地下水头。
如局部高差不足时,可采取增大浆液比重的措施,或者采取降水的措施。
由于水下置换地层比较疏松,加之无固结时间,成槽过程中易发生渗漏现象,为防止严峻漏浆或塌孔,抓斗施工时采纳了先压后抓的方法施工,并采取抓斗慢下慢上,减少压力波动的技术措施。
成槽后,要及时检查槽位、槽深、槽宽及槽壁垂直度等是否符合要求。
2.5墙体养护
自凝灰浆是一种强度较低,受力后能够产生较大变形而不出现裂缝的塑性材料,这种墙体具有较好的防渗性能,但自凝灰浆固结体的强度与固结体中所含的水分紧密相关,在凝聚过程中失去水分其强度将明显降低。
为保证自凝灰浆防渗墙体的强度和防渗性能,在自凝灰浆终凝后,墙体顶部采纳土体进行覆盖,覆盖厚度一般为2.0m。
3自凝灰浆防渗墙的检测
3.1自凝灰浆帷幕施工质量的检测
3.1.1自凝灰浆原浆质量
在槽孔口取样,每槽二组,测定其密度及马氏粘度。
其标准为:
密度≥1.17g/cm3,马氏粘度≤40s。
3.1.2取样检测
成槽结束后,用取样器从槽孔内上、中、下三部位各取灰浆,然后将所取灰浆混合后装模成型并进行养护。
试件成型数量:
依据《水利水电工程混凝土防渗墙施工规范》(DL/T5199-20XX)要求,抗压强度:
每槽段一组;渗透系数、同意渗透比降:
每三个槽段一组;弹性模量:
每十个槽段一组。
所取试样按龄期28d进行试验。
3.1.3物理性能试验方法
①抗压强度试验。
因抗压强度指标R28,一般采纳微型压力机,如无微型压力机则采纳路面材料强度仪进行抗压试验。
成型试件为70.7×70.7×70.7mm,测力环为7.5kN。
根据测力环标定数据及量程计算出线性回归方程式,将极限破坏荷载所对应的测力环读数代入算出极限破坏荷载值,计算出抗压强度值。
②渗透系数、同意渗透比降试验。
试验方法按照《公路土工试验规程》(JTGE40-20XX)中T0130-20XX变水头渗透试验。
试件制备在自凝灰浆浆液处于初、终凝之间接近终凝,环刀内壁涂一层凡士林,刀口向下放在自凝灰浆面上,然后将环刀垂直下压,至灰浆伸出环刀上部为止,取出环刀,将环刀上下口面抹平,进行标养至28d,按照变水头渗透试验方法进行试验。
变水头渗透试验装置的水头最高高度不得低于100cm,同意渗透比降值为水头高度除以环刀试件高度(4cm)。
③弹性模量试验。
试验方法按照《公路土工试验规程》(JTGE40-20XX)中T0136-1993强度仪法试验。
3.2自凝灰浆墙体质量检测
在墙体龄期达到28d时,沿轴线长度布置1个检查孔,进行分段综合注水试验。
检测孔钻孔孔径75~91mm,钻孔采纳干钻法施工,施工时应注意操纵钻孔垂直度,以利检查孔达到预定的深度。
当钻孔深度超过30m以后,如钻孔偏出墙体外,检查结束。
钻孔注水试验分段进行,每段长度为10m,注水水龙头采纳孔口静水压力,每分钟测度一次注水流量,连续4分钟结束,以最终值计算透水率值。
4结束语
自凝灰浆防渗墙技术在我国的应用并不十分广泛,但其简单的施工方法、可靠的整体性及防渗性能、良好的工程造价,使其具备推广应用的条件。
20XX年,由等单位,通过对该技术的深入研究,在9组配合比对比试配、检测后,选定最终施工配合比。
同时在成墙过程中,以36h作为原浆初凝操纵时间,采纳连续挖槽工艺,仅仅使用40d完成了6900m2的成墙施工。
防渗墙物理性能检测结合材料本身物理性能,突破性的依靠常规土工试验为基础,顺利完成各项试验检测工作,为项目减少试验、检测费用达100万。
本文XX结合自身施工经验,详细研究分析了相关关键技术,为今后该技术的进展积存一定经验。
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