水泥注漿加固污水坑塘砂礫填筑的可行性

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河北省保定至滄州保定段高速公路B7合同工程，該工程位于留史莊附近，地處平原區(qū)，該區(qū)地層主要為沖洪積成因的黏性土，區(qū)域地下水位較高，大多埋深在地表下1.00m左右。該項(xiàng)工程K47+220～K47+520段因附近印染廠常年污水排放，水位較深，1#坑8m，2#坑4m，3#坑3.5m，原先回填采用砂礫填筑，將污水排放至路基兩側(cè)范圍，這樣容易對(duì)路基工程產(chǎn)生不均勻沉降及橫向位移等不良后果，影響到以后高速公路的正常運(yùn)行。

　　1加固機(jī)理

　　灌漿就是要讓水泥漿液在周圍土體中通過滲透、充填、壓密擴(kuò)展形成漿脈。通過鉆孔向土層中加壓灌入一定水灰比的漿液，一方面灌漿孔向外擴(kuò)張形成圓柱狀漿體，鉆孔周圍土體被擠壓充填，緊靠漿體的土體遭受破壞和剪切，形成塑性變形區(qū)，離漿體較遠(yuǎn)的土體則發(fā)生彈性變形，鉆孔周圍土體的整個(gè)密度得到提高。另一方面隨著灌漿的進(jìn)行，土體裂縫的發(fā)展和漿液的滲透，漿液在地層中形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團(tuán)塊狀漿體，縱模交錯(cuò)的漿脈隨著其凝結(jié)硬化，造成結(jié)石體與土體之間緊密而粗糙的接觸，沿灌漿管形成不規(guī)則的、直徑粗細(xì)相間的樁柱體。這樣從而相互共同作用起到控制沉降、提高承載力的作用。

　　滲透注漿是指在注漿壓力作用下，漿液克服各種阻力而滲入土體的空隙和裂縫中，在注漿過程中，地層結(jié)構(gòu)不受擾動(dòng)和破壞的注漿形式。

　　灌漿材料采用粒狀漿液，即普通硅酸鹽水泥。其礦物成分主要有4種：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。此外，水泥中還含有少量氧化鐵、水和游離石灰。鋁酸三鈣是快凝物質(zhì)，能放出較大的熱量。鐵鋁酸四鈣的凝結(jié)速度也較快，但釋放的熱量比鋁酸三鈣少。硅酸三鈣幾乎在7 d齡期內(nèi)就能得到全部強(qiáng)度。硅酸二鈣的凝結(jié)速度則極慢，釋放的熱量也很低。

　　影響強(qiáng)度主要因素為漿液濃度，也即漿液的起始水灰比。由于地下水位高，經(jīng)大量工程實(shí)踐證實(shí)，水灰比在1:1.5～1:2為最佳范圍。

　　2注漿工程布置

　　(1)注漿工程長(zhǎng)度布置于路基邊緣填方擴(kuò)散坡之內(nèi)。寬度為路基邊緣3m范圍以內(nèi)。

　　(2)注漿孔深度為路基頂面至砂礫墊層底部，延伸至原地面以下0.5m。

　　(3)注漿孔平面布置：孔距1.0m，梅花型布孔。

　　(4)注漿孔孔徑設(shè)計(jì)為φ≥75mm。

　　3施工工藝

　　3.1成孔

　　注漿孔成孔才用G2-A油壓鉆機(jī)潛孔錘，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，空氣排渣法鉆探工藝完成2#、3#坑，注漿孔施工，跟據(jù)地質(zhì)情況1#坑成孔難度很大，選擇金剛石鉆頭取芯或結(jié)合水泥漿多次速凝護(hù)壁法成孔。

　　3.2主要機(jī)具設(shè)備

　　XY-1型油壓鉆機(jī)2臺(tái)，G2-A型鉆機(jī)1臺(tái)，空氣壓縮機(jī)(9m³)，10kW發(fā)電機(jī)組，桶式水泥漿攪拌機(jī)2臺(tái)，20kg/cm²注漿泵2臺(tái)。

　　3.3封孔

　　成孔后，插入打好注漿小孔的鋼管(φ25mm)，小孔采用人工鉆眼，小孔孔徑φ0.5cm，小孔間距20cm，鋼管長(zhǎng)度應(yīng)超出鉆孔深度0.5m，以便于下道注漿工序的順利操作。

　　封孔采用水玻璃、水泥干粉拌和液，在注漿管與孔壁之間先塞人預(yù)先團(tuán)好的牛皮紙團(tuán)，用鐵條將其涌入，深度控制在設(shè)計(jì)深度，然后用黏土少量封填搗實(shí)，最后倒入水玻璃、水泥干粉拌和液，由于拌和液為快速凝固體，大約10min左右即達(dá)到封孔效果。

　　3.4注漿漿液

　　注漿漿液采用水：水泥干粉=1:1.5～1:2的較濃漿液，即速凝添加劑(水玻璃、三乙醇胺)，在施工過程中根據(jù)灌漿量及灌漿效果及時(shí)再作調(diào)整。

　　3.5注漿

　　根據(jù)地層及1#污水坑回填情況，采用三次注漿：

　　(1)將水泥濃漿液加人速凝劑(水玻璃、三乙醇胺、石膏)使其在30min凝固，并按其計(jì)算量注入孔內(nèi)。

　　(2)注入普通水泥漿至設(shè)計(jì)壓力持續(xù)10min～20min后停泵。

　　(3)待停注漿10h后補(bǔ)充孔內(nèi)濃水泥漿至滿為止。

　　注漿采用可調(diào)壓力注漿泵，注漿壓力原則采用靜壓注漿，即采用小泵量、小壓力，控制在5kg/cm²～15kg/cm²范圍。因?yàn)楸脡哼^大將會(huì)產(chǎn)生地基土或路基填土的劈裂，進(jìn)而形成劈裂通道，反而影響了注漿效果。

　　3.6特殊情況下的技術(shù)處理措施

　　(1)在灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)漿液冒出地表即冒漿，采取以下控制性措施：①降低灌漿壓力，同時(shí)提高漿液濃度，必要時(shí)摻砂或水玻璃；②限量灌漿，控制單位吸漿量不超過30L/min～40L/min或更小一些；③采用間歇灌漿的方法，即發(fā)現(xiàn)冒漿后就停灌，待15min左右再灌。

　　(2)在灌漿過程中，當(dāng)漿液從附近其他鉆孔流出即串漿，采取以下方法處理：①加大第1次序孔間的孔距；②在施工組織安排上，適當(dāng)延長(zhǎng)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@孔中灌漿；③串漿孔若為待灌孔，采取同時(shí)并同灌漿的方法處理，如串漿孔正在鉆孔，則停鉆封閉孔口。待灌漿完后再恢復(fù)鉆孔。

　　4施工組織

　　本工程的施工管理采用項(xiàng)目管理法，設(shè)置1名項(xiàng)目經(jīng)理，負(fù)責(zé)整個(gè)工程的全面管理。

　　各鉆進(jìn)注漿組設(shè)組長(zhǎng)1名，負(fù)責(zé)其小組的生產(chǎn)組織，每鉆組設(shè)置技術(shù)人員1名。主要負(fù)責(zé)其小組施工過程中的技術(shù)問題，也即負(fù)責(zé)實(shí)施完成設(shè)計(jì)文件中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

　　根據(jù)本工程量及工期要求，將組織鉆機(jī)3～5臺(tái)。

　　5質(zhì)量保證體系

　　本注漿工程，根據(jù)工程目的、地質(zhì)情況等，主要質(zhì)量環(huán)節(jié)為成孔—封孔—配漿液—注漿。其中，封孔這一環(huán)節(jié)尤為重要，如若封孔失效，孔內(nèi)漿液處于無壓狀態(tài)。加固地基土的目的將無從實(shí)現(xiàn)。

　　為此，本公司在每個(gè)鉆組將設(shè)置有經(jīng)驗(yàn)的專門人才指導(dǎo)封孔工作。

　　采用全面質(zhì)量管理辦法，設(shè)置項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)1名。質(zhì)量指標(biāo)層層分解、層層負(fù)責(zé)、人人有指標(biāo)、人人有壓力。以下為具體措施：

　　(1)工序管理措施。工地成立質(zhì)量管理小組。由項(xiàng)目經(jīng)理指揮，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)制。做好事先指導(dǎo)，中間自檢，最后審查。配專職質(zhì)檢員，按全面質(zhì)量管理要求施工，以工作質(zhì)量保證工序質(zhì)量，以工序質(zhì)量保證工程質(zhì)量。

　　(2)鉆孔一定要達(dá)到設(shè)計(jì)深度，鉆孔應(yīng)垂直。

　　(3)放孔要準(zhǔn)確。

　　(4)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工。

　　(5)嚴(yán)格控制注漿量、水灰比。保證灌漿效果。

　　(6)嚴(yán)把材料關(guān)，不合格的材料堅(jiān)決不用。

　　(7)技術(shù)人員應(yīng)把好成孔、插管、封孔、注漿關(guān)，并如實(shí)做好記錄。

　　6安全保證體系

　　“安全為了生產(chǎn)，生產(chǎn)必須安全”，本公司一貫堅(jiān)持“安全第一，質(zhì)量第一”。樹立安全第一、質(zhì)量第一思想、職工上崗前應(yīng)進(jìn)行安全教育和技術(shù)交底；機(jī)班長(zhǎng)負(fù)責(zé)每班安全生產(chǎn)；現(xiàn)場(chǎng)用電及電器應(yīng)有專職電工管理，防止發(fā)生電氣火災(zāi)事故；夜間施工設(shè)置照明設(shè)備，由專人值班管理；在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置安全標(biāo)語牌；嚴(yán)禁酒后上崗；工人上班需戴安全帽；勤檢查、勤維修，把一切不安全因素盡量排除。

　　7結(jié)論

　　(1)注漿技術(shù)加固軟路基，在技術(shù)上是可行的，在施工質(zhì)量和處理效果上是好的，對(duì)其承載力和穩(wěn)定性將得到較大的提高。

　　(2)注漿技術(shù)的關(guān)鍵是注漿壓力的選擇和控制、漿材配比和注漿工藝。

　　(3)注漿參數(shù)的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題，只有通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能切實(shí)地確定。

　　(4)在地基加固處理方面，選擇注漿方法比其他諸如碎石樁、大開挖換填等處理方法，不但技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、工期上縮短，而且極大地減少了環(huán)境污染問題。