水泥土搅拌桩在水库坝基防渗中的应用

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  摘要:水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂,通过搅拌桩机械边钻进边往软土中喷射水泥浆液,在地基深处就地将软土固化成为具有足够强度、变形模量和稳定性的水泥土,从而达到提高地基强度或基础防渗目的。希尼尔水库大坝在坝基防渗设计中,根据水文、地质等勘察资料,创造性地采用了该项技术,取得了成功,并且积累了一定的经验。
  关键词:水泥土搅拌桩;坝基防渗;希尼尔水库
  前言
  水泥土搅拌桩防渗墙是用于平原水库坝基防渗漏的一种新方法,其原理是利用水泥作为主要的固化剂。通过特制的深层搅拌机械,在地基深处将天然原土和水泥浆强制搅拌均匀形成水泥土,通过水泥土的自重填充作用使被加固土体密实,并利用水泥浆在水化过程中的凝结与硬化将土壤颗粒胶结在一起,使被加固土体硬结成具有整体性、水稳定性和一定防渗能力及强度的水泥土桩,多桩相割搭接形成连续密实的水泥土防渗墙。
  1工程概述
  希尼尔水库位于新疆巴州尉犁县境内,地理坐标为东经86°13′—86°18′,北纬41°33′—41°38′。水库是从孔雀河第一分水枢纽引水,经库塔干渠总干渠输水的注入式大⑵型平原水库。一期设计库容为0.98×108m3,最大坝高20m,相应设计水位为913.6m,水面面积16.74km2,死库容为0.1×108m3,死水位905.8m,相应水面面积5.9km2。
  希尼尔水库工程包括:主、副坝、引水闸、引水渠、放水闸、分水闸、放水渠及附属设施等。坝体为土工膜斜墙防渗碾压式土石坝,坝顶宽6m,坝长7650m,上游坝坡1:2.5,下游坝坡1:2;坝体防渗采取斜铺复合膜(两布一膜)结构,其中膜厚0.75mm,无纺布规格为200g/m2;坝上游护坡设计为砼板(C30W8F300)护坡,砼板厚15-22cm。坝基防渗,根据地质情况的不同,分别采取 PE塑膜、塑性混凝土防渗墙、水泥土搅拌桩防渗墙三种不同形式的防渗方式。
  2水泥土搅拌桩设计指标
  希尼尔水库主坝部分(4+350~4+627,5+025~5+350)坝基防渗采用水泥土搅拌桩,设计单位对水泥土搅拌桩提出了如下技术要求:①桩径φ450mm;②有效成墙厚度316mm,桩中心距320mm,搭接长度65mm;③墙的中心线偏差为±30mm;④墙底进入岩基(或者相对不透水层)不小于1m;⑤倾斜率误差小于1%;⑥28d渗透系数K28≤5×10-7cm/s;⑦28d抗压强度R28≥2.OMPa;⑧允许渗透比降J28≥120;⑨防渗墙深度为8~13m;⑩水泥掺入比取8%~12%。
  3工程主要施工工藝
  3.1桩机调平定位
  根据预先测定的标位及施工次序进行桩机定位,对中调平,利用液压支腿的升降调整桩机的水平度,保证桩机水平及垂直偏差满足设计要求.
  3.2浆液制备
  浆液拌和应符合水灰比的设计标准,为保证浆液质量,高速搅拌机拌制浆液时间不少于30s,浆液自制备至用完时间不大于4h.要随时进行浆液性能试验及其凝固体的物理性能试验,并记录试验结果。
  3.3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,并以一定的推进力使钻头向土层深处推进,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。
  3.4反搅注浆提升
  桩机下沉到达设计深度,继续开启泥浆泵.反向调整主机转动方向,边喷边搅,直至提出地面。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,可提高提升速度或降低供浆量。
  4.5单元成墙
  按照上述程序完成I序桩,桩机纵向平移0.32m,重复以上过程完成Ⅱ序桩,桩机再次纵移0.32m,重复以上过程完成Ⅲ序桩,并同时完成本单元墙施工,前后两组桩相互切割分三次成墙,单元墙长度约3.0m,单元墙完成后,桩机纵移,开始下一单元墙施工。
  4  工程质量评价
  (1)开挖检查
  从施工完成情况与局部开挖质量检查来看,桩间的搭接连续性以及水泥土搅拌的均匀性良好;桩轮廓垂直度在0.5%以内,桩位偏差在±2cm范围内;墙与墙之间的过渡搭接连续均匀,搭接处最小厚度均大于316mm,桩径检测值均大于450mm,满足要求;墙体无蜂窝、孔洞现象,墙体搭接均匀、颜色较均匀,墙体连续性好,质地较坚硬密实。
  (2)钻孔取芯检验
  搅拌桩完工达到龄期28d后,采用钻孔取芯的方法直观检查桩体内部均匀性、连续性及强度,并做成试块作抗压强度实验,水泥土搅拌桩防渗墙钻孔取芯检验成果见表1。
  5  结束语
  在水泥土搅拌桩防渗工程中,由于采取了有针对性的质量控制措施,保证了水泥土搅拌桩的施工质量和防渗效果,试验结果表明:渗透系数K28=2.84×10-7~1.40×10-8cm/s,抗压强度R28=2.1~6.6MPa,渗透比降J28≥129~165,喷浆效果显著,可起到明显的防渗作用,满足设计要求。
  作者简介:郎才(1987- )男,新疆和静县人,大学本科,主要从事水利工程及水政水资源管理工作。
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