關于加固污水提升泵站地基的方法分析
2017-12-17 16:30:00
一，工程概況
玉屏橋污水泵站是南平市區(qū)污水提升的中心樞紐泵站，建設地點位于玉屏山大橋左側的閩江河岸邊660m高程(黃海高程，下同)平臺上。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。
該工程地勘報告揭示：場地土層自上而下為雜填土層(厚度35m~40m)，粉質粘土層(厚度26m~36m)和卵石層(厚度53m~75m)組成。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。原設計考慮到施工期間閩江建溪水位較高，地基土沒有辦法采用換填處理，根據(jù)南平市當?shù)貙嶋H施工經(jīng)驗，采用鉆孔灌注樁基礎方案。但在開工后發(fā)現(xiàn)軸樁基共5根全部位于漿砌舊城墻身及墻址交接處，規(guī)劃要求泵站外側必須保留4m寬的防洪通道。受場地條件限制，泵站無法外移避開舊城墻。
我們經(jīng)過仔細分析，確認只要對雜填土層進行處理使之承載力達到130kPa即可滿足上部荷載對地基土承載力的要求。經(jīng)與相關單位(unit)反復協(xié)商并征得設計單位同意，決定對該泵站地基進行注漿加固處理：軸孔樁取消，軸已施工的樁基不與設計結構底板連接，同時先施工泵站C25鋼筋砼底板(厚度為800mm)，待泵站底板施工完畢，再對地基粉質粘土層頂面以上的雜填土層及舊城墻坡面進行注漿加固。這主要是基于雜填土孔隙大，可注性好，注漿后其力學強度，抗變形能力和均一性會有所提高。
二，本工程(Engineering)地基壓力注漿加固機理
注漿技術是利用一定的壓力注入濃度較大的水泥漿。使水泥漿滲入土體孔隙。隨著土層孔隙水壓力升高擠壓土體，直至出現(xiàn)剪切裂縫，產(chǎn)生劈裂，漿液隨之充填裂縫。形成漿脈，使得土體內形成新的網(wǎng)狀骨架結構。漿脈在形成過程中由于占據(jù)了土體中一部分空間，加上土層內孔隙被漿液所滲透，從而將土體擠密。構成了新的漿脈復合地基，改善了土體的強度和防滲性能，也改變了土體物理力學性質，從而提高了軟土地基的承載力。
就本泵站工程來說，地基壓力注漿是通過(tōng guò)壓漿泵，注漿管將水泥漿液均勻注入雜填土土層中，以填充，滲透和擠壓方式，驅走顆粒間的水分和氣體并占據(jù)其位置，硬化后將巖土膠結形2010年3期總第141期林健壓力注漿技術在加固污水提升泵站地基中的應用108成一個強度大，壓縮性低，抗?jié)B性強，穩(wěn)定(wěn dìng)性良好的新巖土體。
三，注漿設計參數(shù)要求及實際調整
1)設計要求注漿后，雜填土承載力標準值要求達到130kPa.
2)漿材及配比設計：漿材采用強度等級為P0325普通硅酸鹽水泥和水玻璃的雙液混合漿液，水灰比通常為06~ 15，試驗孔注漿用水灰比調整為：第一注漿段為06，第二注漿段為09.
3)漿液擴散半徑(r)：由于雜填土均一性差，其孔隙率，滲透系數(shù)變化大，因而僅用理論公式計算漿液擴散半徑顯然不甚合理，現(xiàn)據(jù)大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)(data)，暫定r值為15m.在現(xiàn)場進行注漿試驗后進一步調整r值。
4)注漿孔間距：根據(jù)該泵站工程(Engineering)實際情況(Condition)，為使被加固土體能在平面和深度范圍內連成一體，縱橫孔距均取10m，呈梅花形布置。
5)注漿孔深設計要求：孔深35m~40m，以孔口到粉質粘土層面為準。
6)注漿量確定：注漿量主要與注漿對象的體積v，土的孔隙率n和經(jīng)驗系數(shù)k值有關，本工程注漿量依據(jù)Q=k.v.n公式，理論估算雜填土層單位吸漿量為0.35m3.由于雜填土均一性差，孔隙變化大，理論耗漿量不定，故不單純用理論耗漿量來控制，同時還按耗漿量降低率來控制，即孔段耗漿量隨注漿次序的增加而減少。既有地基中，漿液注入率為15%~20%，注漿流量可取7~15L/min.
7)注漿壓力：由于注漿壓力與土的重度，強度，初始應力，孔深，位置及注漿次序等因素有關，而這些因素又難以準確地確定，因而本次注漿的壓力通過注漿試驗來確定。根據(jù)有關標準及類似工程的經(jīng)驗，暫定注漿壓力在第一，第二注漿段注漿時分別為0.1MPa~0.2MPa，0.3MPa~0.4MPa，在注漿過程中再根據(jù)具體情況(Condition)再作適當?shù)恼{整。
8)注漿結束標準：在一定的壓力下注漿，孔段吸漿量小于0.6L/min，延續(xù)30min即可結束注漿，或孔段單位(unit)吸漿量大于理論估算值時也可結束注漿。
四，本工程(Engineering)注漿施工突出點
正式施工前著重做好注漿試驗工作，調整注漿壓力，漿液擴散半徑，孔距和排距后及時將孔位放樣至實地，同時應選擇(xuanze)合適的施工設備機具。
(一)本工程(Engineering)注漿施工工藝：
1，施工順序：采用二臺機同時鉆孔作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，工程地質條件和注漿方法等，施工順序采取從河邊擋墻開始往舊城墻方向進行。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。
2，施工程序：成孔#安放注漿管并孔口封堵#攪漿#注漿#待凝#成孔#安放注漿管并孔口封堵#攪漿#注漿#封孔。
(二)施工技術要點
(1)成孔：鉆頭(110mm)對準孔位后，采取沖擊成孔的方法鉆進。在雜填土中鉆進時，若孔壁不穩(wěn)，可下入導管護壁;當鉆進到粉質粘土層時，下入導管護壁，然后采取撈砂筒取砂成孔的方法直至下臥粘性土層。
(2)灌入封閉泥漿，當鉆孔到設計深度后，從鉆孔內灌入封閉泥漿。插入塑料閥管到設計深度。閥管下端部有管塞，管中應逐段加入清水，以增加重量，減少彎曲。待封閉泥漿凝固后，在塑料閥管中插入雙向密封注漿芯管進行注漿。待注漿完畢用清水沖洗塑料閥管中的殘留漿液，以利下次重復注漿。
(3)攪拌：先往攪拌漿筒內注入預定的水量并開動攪漿機，再逐漸加入P0325普通硅酸鹽水泥直到預定的用量，攪拌附圖三3min~5min后將漿液通過過濾網(wǎng)流到儲漿筒內待注。
(4)注漿：注漿順序按跳孔間隔注漿方式進行，并采用先外圍后內部的施工方法。由于上部有800mm厚的鋼筋混凝土結構底板，注漿可采用自上而下孔口封閉分段純壓式注漿方法，即自上而下鉆完一段灌注一段，直到預定孔深為止。注漿段的長度以雜填土厚度來確定;注漿壓力采取二次或三次升壓法來控制，即注漿開始采用低壓(小于0.1MPa)或自流式注漿。對雜填土來說，當吸漿量較大時采取間歇注漿或用砂漿灌注，終注時的壓力要達到設計值;注漿結束標準嚴格按設計執(zhí)行。
(5)封孔：注漿結束后及時封孔，即第二注漿段注漿結束過半小時后，排除孔口封堵物，再往孔內投入砂石直到水穩(wěn)層頂面，過24h后，若漿液下沉，再補充漿液至水穩(wěn)層頂面。
五，本工程在特殊情況下的技術處理措施
(1)在實際注漿過程中，發(fā)現(xiàn)地表有少量漿液冒出，河邊擋墻也有冒漿現(xiàn)象，我們經(jīng)過仔細觀察并采取如下控制性措施：降低注漿壓力，同時提高漿液濃度，有時加摻砂或水玻璃;
限量注漿，控制單位吸漿量不超過30L/min~40L/min或更小一些;采用間歇注漿的方法，即發(fā)現(xiàn)冒漿就停止注漿，間隔時間約15min左右。
(2)在注漿過程(guò chéng)中，當漿液從附近其他鉆孔流出即串漿，采取如下方法處理(chǔ lǐ)：加大第次序孔間的孔距;在施工組織安排上，適當延長相鄰兩個次序孔施工時間的間隔，使前一次序孔漿液基本凝固或具有一定強度后，再開始后一次序鉆孔，相鄰同一次序孔不要在同一高程鉆孔中注漿;串漿孔若為待注孔，采取同時并聯(lián)注漿的方法處理，如串漿孔正在鉆孔，則停鉆封閉孔口，待注漿完后再恢復鉆孔。
六，注漿效果分析(Analyse)，檢驗
(一)對注漿施工記錄資料分析本次注漿施工共完成注漿孔85個，計343m，共注入水泥1203t，平均每孔注入水泥1412t，平均注入水泥035t/m，靠河邊一側單位孔耗漿量比靠舊城墻一側大，并且泵站底板外側土面上抬數(shù)厘米。從總注入量和單位注入量數(shù)據(jù)(data)分析，受注段土體空隙均有大幅度地降低，表明該施工段雜填土層的可注入性較好。
(二)對注漿效果進行檢驗
1，探槽開挖查驗及鉆孔取芯，標貫試驗通過探槽開挖查驗：雜填土層空隙中可見大量的呈帶狀，片狀的水泥結石，表明注漿區(qū)內的雜填土層空隙得到了較好充填。監(jiān)理單位于注漿施工結束28天后，在注漿區(qū)內任意選擇了六個注漿點，委托有資質的專業(yè)檢測單位進行鉆孔取芯和標貫試驗。取出芯樣顯示：雜填土中水泥結石與地基土體膠結緊密;土體由原來的松散狀態(tài)變?yōu)槊軐崰?e=0656)，土工試驗也說明密度有所增加。標貫試驗表明：經(jīng)注漿后的雜填土較為密實，平均擊數(shù)大于11擊;多數(shù)因遇凝固的水泥漿打不下去，由此可見注漿區(qū)雜填土層力學性能得到極大改善。
2，復合地基壓板載荷試驗
為進一步探明玉屏橋污水泵站地基經(jīng)注漿后承載力變化情況(Condition)，設計單位在泵站底板周邊注漿區(qū)選擇了4個有代表性的點位(如下表說明)，提出進行地基壓板載荷試驗(承壓板面積05m2)。上海凱泉泵業(yè)集團有限公司性能的技術參數(shù)有流量、吸程、 揚程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量； 葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量，有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類型。要求在試驗坑頂面加載達260Kpa即滿足設計要求后便停止加載(基礎已有9根孔樁)并進行觀測，顯示加載后沉降量變化范圍為47mm~72mm，平均沉降量為595mm.試驗表明地基土尚未達極限破壞狀態(tài)，同時也驗證了地基雜填土層經(jīng)注漿后復合地基承載力標準值完全達到設計要求。
七，結束語
1，由于泵站位于閩江河邊，地下水位較高，設計和監(jiān)理方原先擔心注漿效果不理想，注漿后地基承載力仍然不足，而且會導致日后泵站沉降不均勻。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。但實際上地基經(jīng)注漿加固后，承載力完全達到設計要求，費用(expense)也相應較低。在該泵站投入使用一年后再次進行觀測，各觀測點沉降量均在7mm范圍內，完全滿足使用要求。
2，地基加固處理的方法有非常多(如基礎大開挖換填等)，從本污水泵站工程(Engineering)實際情況(Condition)出發(fā)，我們采用了切合實際的注漿施工方案，在施工質量和處理效果上是好的，地基承載力和穩(wěn)定(wěn dìng)性得到了較大的提高，做到了技術上可行，經(jīng)濟上合理。極大地減少了環(huán)境污染問題(Emerson)，而且具有不受地下障礙物影響等優(yōu)點，值得在類似工程中推廣應用。
3，注漿技術的關鍵是注漿參數(shù)的選擇和調整，漿材配比和注漿工藝，而注漿參數(shù)的選擇是一個復雜的問題，只有通過(tōng guò)現(xiàn)場試驗才能確定，并根據(jù)具體情況及時調整。