关于加固污水提升泵站地基的方法分析

2017-12-17 16:30:00 41

上海凯泉泵业集团有限公司

         加固污水提升泵站地基的方法分析(Analyse): 
          一,工程概况
      玉屏桥污水泵站是南平市区污水提升的中心枢纽泵站,建设地点位于玉屏山大桥左侧的闽江河岸边660m高程(黄海高程,下同)平台上。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。
  该工程地勘报告揭示:场地土层自上而下为杂填土层(厚度35m~40m),粉质粘土层(厚度26m~36m)和卵石层(厚度53m~75m)组成。凯泉泵业由此可见,若离心泵叶轮不断旋转,则可连续吸水、压水,水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述,离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下,将水提向高处的。原设计考虑到施工期间闽江建溪水位较高,地基土没有办法采用换填处理,根据南平市当地实际施工经验,采用钻孔灌注桩基础方案。但在开工后发现轴桩基共5根全部位于浆砌旧城墙身及墙址交接处,规划要求泵站外侧必须保留4m宽的防洪通道。受场地条件限制,泵站无法外移避开旧城墙。
  我们经过仔细分析,确认只要对杂填土层进行处理使之承载力达到130kPa即可满足上部荷载对地基土承载力的要求。经与相关单位(unit)反复协商并征得设计单位同意,决定对该泵站地基进行注浆加固处理:轴孔桩取消,轴已施工的桩基不与设计结构底板连接,同时先施工泵站C25钢筋砼底板(厚度为800mm),待泵站底板施工完毕,再对地基粉质粘土层顶面以上的杂填土层及旧城墙坡面进行注浆加固。这主要是基于杂填土孔隙大,可注性好,注浆后其力学强度,抗变形能力和均一性会有所提高。
  二,本工程(Engineering)地基压力注浆加固机理
  注浆技术是利用一定的压力注入浓度较大的水泥浆。使水泥浆渗入土体孔隙。随着土层孔隙水压力升高挤压土体,直至出现剪切裂缝,产生劈裂,浆液随之充填裂缝。形成浆脉,使得土体内形成新的网状骨架结构。浆脉在形成过程中由于占据了土体中一部分空间,加上土层内孔隙被浆液所渗透,从而将土体挤密。构成了新的浆脉复合地基,改善了土体的强度和防渗性能,也改变了土体物理力学性质,从而提高了软土地基的承载力。
  就本泵站工程来说,地基压力注浆是通过(tōng guò)压浆泵,注浆管将水泥浆液均匀注入杂填土土层中,以填充,渗透和挤压方式,驱走颗粒间的水分和气体并占据其位置,硬化后将岩土胶结形2010年3期总第141期林健压力注浆技术在加固污水提升泵站地基中的应用108成一个强度大,压缩性低,抗渗性强,稳定(wěn dìng)性良好的新岩土体。
  三,注浆设计参数要求及实际调整
  1)设计要求注浆后,杂填土承载力标准值要求达到130kPa.
  2)浆材及配比设计:浆材采用强度等级为P0325普通硅酸盐水泥和水玻璃的双液混合浆液,水灰比通常为06~ 15,试验孔注浆用水灰比调整为:第一注浆段为06,第二注浆段为09.
  3)浆液扩散半径(r):由于杂填土均一性差,其孔隙率,渗透系数变化大,因而仅用理论公式计算浆液扩散半径显然不甚合理,现据大量的经验数据(data),暂定r值为15m.在现场进行注浆试验后进一步调整r值。
  4)注浆孔间距:根据该泵站工程(Engineering)实际情况(Condition),为使被加固土体能在平面和深度范围内连成一体,纵横孔距均取10m,呈梅花形布置。
  5)注浆孔深设计要求:孔深35m~40m,以孔口到粉质粘土层面为准。
  6)注浆量确定:注浆量主要与注浆对象的体积v,土的孔隙率n和经验系数k值有关,本工程注浆量依据Q=k.v.n公式,理论估算杂填土层单位吸浆量为0.35m3.由于杂填土均一性差,孔隙变化大,理论耗浆量不定,故不单纯用理论耗浆量来控制,同时还按耗浆量降低率来控制,即孔段耗浆量随注浆次序的增加而减少。既有地基中,浆液注入率为15%~20%,注浆流量可取7~15L/min.
  7)注浆压力:由于注浆压力与土的重度,强度,初始应力,孔深,位置及注浆次序等因素有关,而这些因素又难以准确地确定,因而本次注浆的压力通过注浆试验来确定。根据有关标准及类似工程的经验,暂定注浆压力在第一,第二注浆段注浆时分别为0.1MPa~0.2MPa,0.3MPa~0.4MPa,在注浆过程中再根据具体情况(Condition)再作适当的调整。
  8)注浆结束标准:在一定的压力下注浆,孔段吸浆量小于0.6L/min,延续30min即可结束注浆,或孔段单位(unit)吸浆量大于理论估算值时也可结束注浆。
  四,本工程(Engineering)注浆施工突出点
  正式施工前着重做好注浆试验工作,调整注浆压力,浆液扩散半径,孔距和排距后及时将孔位放样至实地,同时应选择(xuanze)合适的施工设备机具。
  (一)本工程(Engineering)注浆施工工艺:
  1,施工顺序:采用二台机同时钻孔作业,根据现场施工条件,工程地质条件和注浆方法等,施工顺序采取从河边挡墙开始往旧城墙方向进行。上海凯泉如安装过高,则不吸水;此外,由于山区比平原大气压力低,因此同一台水泵在山区,特别是在高山区安装时,其安装高度应降低,否则也不能吸上水来。
  2,施工程序:成孔#安放注浆管并孔口封堵#搅浆#注浆#待凝#成孔#安放注浆管并孔口封堵#搅浆#注浆#封孔。
  (二)施工技术要点
  (1)成孔:钻头(110mm)对准孔位后,采取冲击成孔的方法钻进。在杂填土中钻进时,若孔壁不稳,可下入导管护壁;当钻进到粉质粘土层时,下入导管护壁,然后采取捞砂筒取砂成孔的方法直至下卧粘性土层。
  (2)灌入封闭泥浆,当钻孔到设计深度后,从钻孔内灌入封闭泥浆。插入塑料阀管到设计深度。阀管下端部有管塞,管中应逐段加入清水,以增加重量,减少弯曲。待封闭泥浆凝固后,在塑料阀管中插入双向密封注浆芯管进行注浆。待注浆完毕用清水冲洗塑料阀管中的残留浆液,以利下次重复注浆。
  (3)搅拌:先往搅拌浆筒内注入预定的水量并开动搅浆机,再逐渐加入P0325普通硅酸盐水泥直到预定的用量,搅拌附图三3min~5min后将浆液通过过滤网流到储浆筒内待注。
  (4)注浆:注浆顺序按跳孔间隔注浆方式进行,并采用先外围后内部的施工方法。由于上部有800mm厚的钢筋混凝土结构底板,注浆可采用自上而下孔口封闭分段纯压式注浆方法,即自上而下钻完一段灌注一段,直到预定孔深为止。注浆段的长度以杂填土厚度来确定;注浆压力采取二次或三次升压法来控制,即注浆开始采用低压(小于0.1MPa)或自流式注浆。对杂填土来说,当吸浆量较大时采取间歇注浆或用砂浆灌注,终注时的压力要达到设计值;注浆结束标准严格按设计执行。
  (5)封孔:注浆结束后及时封孔,即第二注浆段注浆结束过半小时后,排除孔口封堵物,再往孔内投入砂石直到水稳层顶面,过24h后,若浆液下沉,再补充浆液至水稳层顶面。
  五,本工程在特殊情况下的技术处理措施
  (1)在实际注浆过程中,发现地表有少量浆液冒出,河边挡墙也有冒浆现象,我们经过仔细观察并采取如下控制性措施:降低注浆压力,同时提高浆液浓度,有时加掺砂或水玻璃;
  限量注浆,控制单位吸浆量不超过30L/min~40L/min或更小一些;采用间歇注浆的方法,即发现冒浆就停止注浆,间隔时间约15min左右。
  (2)在注浆过程(guò chéng)中,当浆液从附近其他钻孔流出即串浆,采取如下方法处理(chǔ lǐ):加大第次序孔间的孔距;在施工组织安排上,适当延长相邻两个次序孔施工时间的间隔,使前一次序孔浆液基本凝固或具有一定强度后,再开始后一次序钻孔,相邻同一次序孔不要在同一高程钻孔中注浆;串浆孔若为待注孔,采取同时并联注浆的方法处理,如串浆孔正在钻孔,则停钻封闭孔口,待注浆完后再恢复钻孔。
  六,注浆效果分析(Analyse),检验
  (一)对注浆施工记录资料分析本次注浆施工共完成注浆孔85个,计343m,共注入水泥1203t,平均每孔注入水泥1412t,平均注入水泥035t/m,靠河边一侧单位孔耗浆量比靠旧城墙一侧大,并且泵站底板外侧土面上抬数厘米。从总注入量和单位注入量数据(data)分析,受注段土体空隙均有大幅度地降低,表明该施工段杂填土层的可注入性较好。
  (二)对注浆效果进行检验
  1,探槽开挖查验及钻孔取芯,标贯试验通过探槽开挖查验:杂填土层空隙中可见大量的呈带状,片状的水泥结石,表明注浆区内的杂填土层空隙得到了较好充填。监理单位于注浆施工结束28天后,在注浆区内任意选择了六个注浆点,委托有资质的专业检测单位进行钻孔取芯和标贯试验。取出芯样显示:杂填土中水泥结石与地基土体胶结紧密;土体由原来的松散状态变为密实状(e=0656),土工试验也说明密度有所增加。标贯试验表明:经注浆后的杂填土较为密实,平均击数大于11击;多数因遇凝固的水泥浆打不下去,由此可见注浆区杂填土层力学性能得到极大改善。
  2,复合地基压板载荷试验
  为进一步探明玉屏桥污水泵站地基经注浆后承载力变化情况(Condition),设计单位在泵站底板周边注浆区选择了4个有代表性的点位(如下表说明),提出进行地基压板载荷试验(承压板面积05m2)。上海凯泉泵业集团有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等;根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量; 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量,有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。要求在试验坑顶面加载达260Kpa即满足设计要求后便停止加载(基础已有9根孔桩)并进行观测,显示加载后沉降量变化范围为47mm~72mm,平均沉降量为595mm.试验表明地基土尚未达极限破坏状态,同时也验证了地基杂填土层经注浆后复合地基承载力标准值完全达到设计要求。
  七,结束语
  1,由于泵站位于闽江河边,地下水位较高,设计和监理方原先担心注浆效果不理想,注浆后地基承载力仍然不足,而且会导致日后泵站沉降不均匀。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。但实际上地基经注浆加固后,承载力完全达到设计要求,费用(expense)也相应较低。在该泵站投入使用一年后再次进行观测,各观测点沉降量均在7mm范围内,完全满足使用要求。
  2,地基加固处理的方法有非常多(如基础大开挖换填等),从本污水泵站工程(Engineering)实际情况(Condition)出发,我们采用了切合实际的注浆施工方案,在施工质量和处理效果上是好的,地基承载力和稳定(wěn dìng)性得到了较大的提高,做到了技术上可行,经济上合理。极大地减少了环境污染问题(Emerson),而且具有不受地下障碍物影响等优点,值得在类似工程中推广应用。
  3,注浆技术的关键是注浆参数的选择和调整,浆材配比和注浆工艺,而注浆参数的选择是一个复杂的问题,只有通过(tōng guò)现场试验才能确定,并根据具体情况及时调整。