技案020--水泥搅拌桩生产性试验技术方案

南水北调中线一期工程陶岔～沙河南干渠工程方城段四标段(桩号：145+651～152+311)（合同编号：HNJ-2010/FC/SG-004）水泥搅拌桩防渗墙生产性试验方案批准：_审核：_编制：_中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城段四标项目经理部二〇一二年八月二十四日方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部1水泥搅拌桩防渗墙生产性试验方案1.工程概况南水北调中线一期工程《方城四标段水泥土防渗墙》工程位于河南省南阳市方城县境内。起点设计桩号145+651，轴线坐标为（X=3672702.790m，Y=492896.220m）（1954年北京坐标系，下同），终点设计桩号152+311，轴线坐标为（X=3674339.701m，Y=499159.974m）,方城-4标长度为6.660km。根据方城渠道开挖揭露的情况，渠坡或渠底分布有中等～强透水性的中砂，含砾粗砂、砾砂层、砂岩、砂砾岩，渠段累计长约4000km，且地下水高于渠底板。为合理选择渗控措施，确保复杂地质条件下渠段安全运行，需要对中等~强透水地层的渗流参数、渗控措施、渗控效果及施工工艺进行研究。为此，结合工程施工开展生产性试验，以获得渗控优化设计所需的相关参数及选择防渗体施工工艺。2.试验目的（1）结合实际工程地质条件，研究渠道两侧设置水泥搅拌桩防渗墙的可行性与合理性；（2）参考相关资料，选择合适的搅拌墙厚度、水泥掺量、搅拌次数等施工控制参数及合适的施工设备进行围井试验，评价搅拌墙的渗控效果；（3）研究施工期降水井与渠道运行期降水井结合的措施，选择安全可靠、降水效果好的降水井和减压井结构；（4）为方城段渠道渗控优化及其渗控效果评价提供基础资料。3.试验依据1、《方城四标段渠道基坑降水、水泥搅拌桩防渗墙生产性试验大纲》；2、《深层搅拌法技术规范》DL/T5425-2009;方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部23、设计下发的《方城四标防渗墙纵断面布置图》；4、设计下发的《方城四标强透水渠基渗控布置设计图》；5、其他关于防渗墙的施工规范。4.试验内容4.1水泥土结石室内试验本项试验采用型号为PO42.5的水泥在室内进行，研究不同的浆液浓度、水泥掺入量下，凝固时间，形成的水泥土结石的主要物理力学性能和渗透特性：主要试验内容包括：取与砂性土地层对应的土样，采用不同水灰比的水泥浆液，在砂性土地层中水泥掺入比分别为10%、15%、15%水泥+5%膨润土，在弱透水地层中（与强透水地层上方弱透水地层土对应的地基土）掺入比分别为5%、7.5%、10%情况下，测试水泥土混合体凝固时间，不同龄期（3、7、28天）的水泥土结石的饱和单轴无侧限抗压强度、变形模量、渗透系数、允许渗透坡降参数。4.2.单桩生产及桩体水泥土结石试验4.2.1成桩施工工艺试验搅拌桩施工生产性试验主要目的为：确定搅拌桩施工水泥浆液水灰比，搅拌桩体水泥掺量，与之对应的搅拌桩施工工艺及主要控制参数。具体内容包括：（1）选择2种水灰比：0.8和1.2。（2）水泥掺入比考虑2种：室内试验确定的掺入比、在室内试验掺入比基础上分别增加3%、5%。（3）提升速度与注浆压力：搅拌桩施工时搅拌头下沉及提升速度考虑0.5、1.0m/min两种，并根据确定的掺入比及不同的注浆压力下的浆体注入量确定注浆压力。（4）在搅拌桩施工时，弱透水地层中采用两搅一喷、强透水地层中采用4搅2喷。试验桩共12组，36根。单桩试验桩可布置在墙体渗透性试验围井轴线上，作为围井一部分。4.2.2桩体性能测试通过试验桩取芯，进行室内试验测试桩体水泥土结石单轴饱和无侧限抗压强方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部3度、桩体渗透系数及允许渗透比降；取样时间结合工地实际施工进度安排，在实际施工进度要求的龄期及提前及滞后7天条件下。以上试验共取样3×24组，根据龄期分3次取样，共216个试样。4.3防渗墙渗透特性检验性试验为检验搅拌桩形成的截渗墙防渗性能，为渠道工程渗控设计提供依据，需要通过试验检验搅拌桩防渗墙综合渗透特性。防渗墙渗透特性检验性试验，需要利用水泥土搅拌桩形成封闭区域，并在封闭区域内、外设置水位监测井、抽水井，通过抽水、局部区域开挖直观检验等方式评价搅拌桩防渗墙截渗效果，并获得相应的设计参数。5试验方案5.1试验布置（1）试验时段：试验围井施工将于8月24日开始，8月26日结束；（2）水电布置：生产性试验用电采用柴油发电机发电，由于施工区段水源丰富，采用现场直接抽取。（3）施工道路：水泥等原材料采用施工便道运输。（4）试验位置：试验段选择在桩号151+977～151+997处进行围井生产性试验。该区段透水性较强、中强透水砂层厚度较大、地下水位较高、开挖深度相对较大的渠段，利用搅拌桩在渠道一侧坡顶形成防渗墙封闭围井，按矩形分2区布置，尺寸2×10×10m，围井试验各墙段分区平面布置见图5.1-1，立面布置见图5.2-2。方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部4防渗墙观察井降水井观察井降水井观察井降水井A段,墙厚25cmB段,墙厚25cmE段,墙厚25cmF段,墙厚25cmC段,墙厚25cmD段,墙厚25cm图5.1-1围井试验各墙段分区平面布置及抽(降)水试验孔平面布置图图5.1-2围井试验截渗墙及抽(降)水试验孔立面布置图围井试验与单桩试验结合进行，各试验段的搅拌桩注浆浆液水灰比、水泥掺入比等试验参数分别为：A段：搅拌桩注浆浆液水灰比0.8；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。B段：搅拌桩注浆浆液水灰比1.2；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。C段：搅拌桩注浆浆液水灰比0.8；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部53%，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。D段：搅拌桩注浆浆液水灰比1.2；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加3%，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。E段：搅拌桩注浆浆液水灰比0.8；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加5%，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。F段：搅拌桩注浆浆液水灰比1.2；水泥掺入比为室内试验推荐渗入比增加5%，其中搅拌头提升速度0.2、0.5m/min各占一半长度。5.2.搅拌桩施工5.2.1搅拌桩施工人员布置为保证搅拌桩施工进度、质量，特制定相应的施工措施，采用同工不同酬、超产奖励、经济手段，保证作业班组人员相对稳定，提高效率，便于管理，并隶属于项目经理部统一领导，统筹调度。其劳动力组织安排如下：劳动力用工一览表序号职务人数职责备注1项目经理1全面管理2项目副经理1生产、文明管理3项目技术负责人1技术管理4质检员2质量检验5安全员1安全管理6资料员1资料整理归档7财务核算员1资金计划与预算8测量员1工程测量放样9施工队20工程施工10电工1电工操作11炊事员1膳食12合计31方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部65.2.2机械投入为保证本工程项目的顺利完成，根据本工程项目的施工条件，合理配置资源，并充分利用机械的各自特点，确保后期工期目标的顺利实现，准备组织1台套多头深搅设备。水泥土防渗墙总共为428.4m2，根据每天每台能完成120m2，计划4天完成，完全能够满足施工要求。5.2.3水泥土防渗墙施工方法该工程的水泥土防渗墙是运用特制的多头小直径深搅钻机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙。水泥浆和土充分拌和后，水泥不但硬化凝固，而且和土体有离子交换和团粒化作用，在多重物理和化学反应下，形成抗压强度在0.5～1.0MPa左右，渗透系数A×10-6cm/s（1A10）的塑性连续墙体。5.2.4水泥土搅拌桩施工流程本工程采用一次成墙法施工。具体工艺流程是：桩机就位、调平；启动主机，通过主机的传动装置，带动主机上的钻杆转动，钻头搅拌，并以一定的推动力把钻头向土层推进至设计深度；提升搅拌到孔口。在钻进和提升的同时，用水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆，经钻头喷入土体，使水泥浆和原土充分拌和完成一个流程的施工。即完成一个单元墙的施工过程；在第二单元墙施工之前，主机纵向平移，让第二单元墙中第一根桩和第一单元墙中最后一根桩相割搭接15cm，并重复上述第一单元墙的施工过程，可形成第二单元墙。多次重复上述施工过程，即可连续形成一道防渗墙。多头深搅施工工艺流程图，见图5.2-1。方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部7图5.2-1施工工艺流程图5.2.5搅拌桩技术要求分项设计要求备注防渗墙有效厚度不小于0.23m最小孔径选择见下表打入深度设计深度钻进深度的确定钻具垂直精度≤1/200桩间搭接长度不得小于150mm移位见下表单元移位移机就位水平移位误差≤5cm防渗墙轴线偏差水泥掺入比根据室内试验结果定5.2.6施工参数根据该工程的设计及试验要求，水泥土搅拌桩的主要施工技术要求见下表：序号项目名称参数备注1钻头轴距325mm2钻头直径390～400mm方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部83水灰比1.2:1土的密度：1.96g/cm34送浆压力0.2～0.4MPa5供浆流量30～50L/min6钻进速度0.2～0.5m/min7提升速度0.3～0.5m/min8搅拌轴转速40～50r/min9水泥用量128.3kg/m25.2.7各工序控制要求施工准备：包括轴线放样、场地清理平整，以及根据情况如果需要可以开挖导向槽。导向槽开挖截面一般控制为400mm×500mm（宽×深），一方面控制施工轴线，另一方面作为废浆流动渠。桩机调位调平：桩机定位，对中调平，利用液压支腿的升降调整桩机的水平度，控制桩机调平偏差不大于1/200。在钻机垂直方向两个侧面使用长靠尺和各打一个吊锤来控制垂直度。浆液制备：桩机正搅注浆下沉前完成拌制合格的水泥浆，存入贮浆桶中，为保证浆液质量，高速搅拌机制浆液的时间不少于30s，浆液在使用前均应过筛，浆液自制备用至用完时间不大于4h。正搅注浆下沉：依次启动泥浆泵和桩机主机，通过主机的动力传动装置，正向带动主机上多个并列的钻杆转动，并以一向下的推进力使钻头向土层推进，自上而下边注浆边钻进直至设计深度，其下沉速度与供浆流量根据下切地层实际确定。反搅注浆提升：桩机下沉达设计深度，继续开启泥浆泵，反向调整主机转动方向，控制参数边喷边搅，直至提出堤顶。桩机提升阶段，孔口应保持轻微返浆，无返浆时，应加大供浆量，返浆过大时，可提高提升速度或降低供浆量。严格控制浆液水灰比，第一，采用比重计随时抽查、检测；第二，采用数据控制，配量分装，配制好的浆液一次性注完，再进行第二罐的配制与搅拌。加强返浆控制，保证成桩质量，减少浪费。方城四标段水泥土防渗墙生产性试验技术方案中国水利水电第一工程局有限公司南水北调中线工程方城四标项目经理部95.2.8注意事项（1）在施工时注意切削和提升搅拌的负荷不可过大，应控制在额定电流以内。（2）泵口压力、流量应精确控制，水泥浆水灰比亦应控制精确。（3）施工停浆面必须高出桩顶高程设计标高0.3～0.5m，墙体凝固后，将高出部分才挖除。（4）一旦供浆中断，应将搅拌叶下沉到停浆面以下0.2m处，待供浆恢复后再次搅拌提升。（5）当下沉到桩底，开动泥浆泵输浆30s后方可提升，以利浆液完全到达桩端。5.2.9特殊情况处理（1）施工中断后的衔接及接头处理因停电、机械故障等原因致使施工中断，及