王夏昕
(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700)
托卡依水庫(kù)壩址位于新疆克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莅D什市正東方向 18km 處,地理坐標(biāo)東經(jīng) 76°15′,北緯 39°45′。行政上隸屬阿圖什市水利局管轄。托卡依水庫(kù)是一座平原水庫(kù),它以灌溉為主,同時(shí)兼顧防洪度汛等綜合利用的中型水庫(kù),總庫(kù)容2459萬(wàn) m3。
該工程地基土屬鹽漬土,具有遇水易崩解、抗沖刷能力較差、地下水位較高、地基承載力較低,須換填水泥土。應(yīng)用主要包括放水涵洞、底孔泄洪洞、引水閘、沖砂閘和溢流堰基礎(chǔ)換填施工。
(1)技術(shù)方面:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,水泥土的重量配合比宜采用1:9(質(zhì)量比),土料宜用庫(kù)區(qū)附近的粉質(zhì)黏土,不應(yīng)該使用塊狀黏土和砂質(zhì)粉土,并且土料中不允許含有松軟雜質(zhì)。由于地下水和壩體土質(zhì)具有腐蝕性,水泥采用42.5R 抗硫酸鹽水泥。水泥土在施工碾壓時(shí)壓實(shí)度不小于0.98。土料含水率宜控制在最優(yōu)含水量-2%~2%之間。碾壓時(shí)宜采用光面振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓。水泥土的分層鋪填厚度可取150~200mm。
(2)水泥土施工機(jī)械選擇:采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)耕時(shí)的旋耕機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),效果比較好,主要是利用旋耕機(jī)的碎土與翻拌原理,一方面將土料中的大塊粒徑打碎,另一方面將灑上水泥的土料不停翻拌,直至拌合均勻?yàn)橹梗麢C(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍。旋耕機(jī)的刀頭高度為25cm,因此鋪土厚度采用20cm,施工后的水泥土層與層之間結(jié)合較好,可以確保施工質(zhì)量。因此為確保黏土與水泥充分?jǐn)嚢杈鶆?,水泥土的每層鋪土厚度控制?0cm 以內(nèi),如表1 所示。
表1 基礎(chǔ)換填水泥施工機(jī)械設(shè)備
①通過(guò)試驗(yàn)確定振動(dòng)碾壓實(shí)際效果,核實(shí)回填水泥土設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性;②通過(guò)試驗(yàn)為水泥土填筑選擇滿足設(shè)計(jì)要求的、合理的碾壓技術(shù)參數(shù)(鋪土厚度、碾壓遍數(shù));③驗(yàn)證選用壓實(shí)機(jī)械合理性,以及取土、卸料、平整、碾壓等施工方法,以指導(dǎo)水泥土填筑施工。
①試驗(yàn)水泥土中所用土料采用工程現(xiàn)有料場(chǎng),該料場(chǎng)土料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果為最大干密度1.78g/cm3,最優(yōu)含水率為16.4%。水泥土混合料配比為1:9,采用袋裝P·HSR42.5 克州青松水泥有限責(zé)任公司的水泥,水泥土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果為最大干密度為1.79g/cm3,最優(yōu)含水率為18.1%;②土料開(kāi)挖裝運(yùn)采用挖掘機(jī),土料攤鋪采用挖掘機(jī),土料水泥拌合采用旋耕機(jī),碾壓采用22t 自行式振動(dòng)碾。
試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在料場(chǎng)附近,首先機(jī)械整平出30m×50m 的場(chǎng)地?;A(chǔ)經(jīng)挖掘機(jī)整平,采用振動(dòng)碾壓12 遍至充分壓實(shí),然后再用對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)用料在壓實(shí)的基礎(chǔ)上攤鋪一層作為試驗(yàn)場(chǎng)地墊層,并用振動(dòng)碾壓12 遍,用水準(zhǔn)儀測(cè)量其高程不再沉降為止。以此作為基層,在其上進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。
(1)碾壓試驗(yàn)的工藝流程:挖掘機(jī)在制備場(chǎng)裝→汽車運(yùn)輸、卸料→挖掘機(jī)平料→測(cè)虛鋪土料厚度→攤鋪水泥→旋耕機(jī)拌和→振壓4、6、8 遍→測(cè)振壓后沉降量→環(huán)刀法取樣檢測(cè)壓實(shí)度。
(2)試驗(yàn)方法:①在壓實(shí)、找平的基礎(chǔ)上,按碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地平面布置圖的要求,用白灰線畫出試驗(yàn)場(chǎng)地及取樣點(diǎn)位置。測(cè)量人員測(cè)量鋪土前每個(gè)取樣檢測(cè)點(diǎn)的高程,并將不同碾壓遍數(shù)的取樣斷面引出試驗(yàn)場(chǎng)地以外進(jìn)行標(biāo)識(shí);②本次試驗(yàn)按填筑的相關(guān)試驗(yàn)依次進(jìn)行。機(jī)械虛鋪厚度選擇15cm、20cm、25cm 三個(gè)不同鋪土厚度;③人工配合挖掘機(jī)按三個(gè)不同的鋪土厚度(15cm、20cm、25cm)平土。鋪料厚度控制,檢測(cè)人員采用鋼筋測(cè)釬測(cè)虛鋪厚度,測(cè)量人員測(cè)量鋪土后每個(gè)取樣點(diǎn)的高程,計(jì)算虛鋪厚度;④旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,旋耕機(jī)行駛速度為2km/h,水泥土比例采用1:9,混合料最大干密度1.79g/m3,每方混合料1790kg,計(jì)算得出每方混合料中土料1611kg,水泥用量179kg,水泥用袋裝水泥,每袋50kg,計(jì)算兩袋的攤鋪面積。每平方米土料填鋪15cm,旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,水泥摻量20.14kg 計(jì)算公式([1×1×(0.15×0.75))×1790×0.1],土料摻量181.24kg 計(jì)算公式 [1×1×(0.15×0.75)×1790-水泥用量],兩袋攤鋪面積(50×2)/20.14=4.97m2。每平方米土料填鋪20cm,旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,水泥摻量26.85kg 計(jì)算公式([1×1×(0.20×0.75))×1790×0.1],土料摻量 241.65kg 計(jì)算公式[1×1×(0.20×0.75)×1790-水泥用量],兩袋攤鋪面積(50×2)/26.85=3.72m2。每平方米土料填鋪 25cm,旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,水泥摻量33.56kg 計(jì)算公式 ([1×1×(0.25×0.75))×1790×0.1],土料摻量 302.06kg 計(jì)算公式 [1×1×(0.25×0.75)×1790-水泥用量],兩袋攤鋪面積(50×2)/33.56=2.98m2;⑤振動(dòng)碾以不大于3km/h 的速度行進(jìn),碾壓時(shí)振動(dòng)碾前進(jìn)、后退一次計(jì)2 個(gè)碾壓遍數(shù),在劃定的區(qū)域內(nèi)先靜碾2 遍,然后分別振動(dòng)碾壓4 遍、6 遍、8 遍后,退出試驗(yàn)場(chǎng)地;⑥碾壓完成后,測(cè)量人員測(cè)量壓實(shí)后每個(gè)取樣檢測(cè)點(diǎn)的高程;⑦試驗(yàn)人員用環(huán)刀法在每個(gè)取樣檢測(cè)點(diǎn)上取樣檢測(cè)干密度。
(1)機(jī)械虛鋪厚度15cm 旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,靜碾2遍,振碾4 遍,平均干密度1.758g/cm3,平均壓實(shí)度98.2%,合格率100%;靜碾2 遍,振碾6 遍后,平均干密度1.770g/cm3,平均壓實(shí)度98.9%,合格率100%;靜碾2 遍,振碾8 遍后,平均干密度1.782g/cm3,平均壓實(shí)度99.6%,合格率100%。
(2)機(jī)械虛鋪厚度20cm 旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,靜碾2遍,振碾4 遍,平均干密度為1.754g/cm3,平均壓實(shí)度為98.0%,合格率80%;靜碾2 遍,振碾6 遍后,平均干密度為1.765g/cm3,平均壓實(shí)度為98.6%,合格率100%;靜碾2 遍,振碾8 遍后,平均干密度為1.776g/cm3,平均壓實(shí)度為99.2%,合格率100%。
(3)機(jī)械虛鋪厚度25cm 旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,靜碾2遍,振碾4 遍,平均干密度1.749g/cm3,平均壓實(shí)度97.7%,合格率為70%;靜碾2 遍,振碾6 遍后,平均干密度1.758g/cm3,平均壓實(shí)度98.2%,合格率80%;靜碾2 遍,振碾8 遍后,平均干密度1.768g/cm3,平均壓實(shí)度98.8%,合格率100%。
通過(guò)回填水泥土碾壓試驗(yàn)成果綜合分析:考慮到鋪土厚度為25cm 時(shí),振碾4 遍增加至振碾6 遍的過(guò)程中干密度和壓實(shí)度的變化沒(méi)有鋪土厚度為20cm 時(shí)更為穩(wěn)定,且填筑25cm 拌合出現(xiàn)明顯夾層,所以不建議采用鋪土厚度為25cm 進(jìn)行施工。另一方面,雖然鋪土厚度為15cm 時(shí),振碾4 遍增加至振碾8 遍和鋪土厚度為20cm 時(shí)振碾8 遍的干密度與壓實(shí)度變化都較為穩(wěn)定,但出于施工經(jīng)濟(jì)成本和施工進(jìn)度考慮,都不建議采用進(jìn)行施工。經(jīng)比選回填水泥土機(jī)械虛鋪厚度為20cm,水泥兩袋攤鋪面積為3.72m2,用施工線在土頂面寬度范圍內(nèi)打出1.93m×1.93m 的方格,旋耕機(jī)拌合遍數(shù)不少于6 遍,旋耕機(jī)行駛速度控制為2km/h,22t 振動(dòng)碾靜碾 2 遍,振壓 6 遍。
根據(jù)有關(guān)規(guī)范,圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,確定基礎(chǔ)換填水泥土施工程序如下:
土料制備→土料開(kāi)挖卸至工地現(xiàn)場(chǎng)→施工場(chǎng)地平整→推土機(jī)整平及灑水→旋耕機(jī)碎土并整平→再灑水→檢測(cè)至達(dá)到最優(yōu)含水率+2%→鋪灑水泥→旋耕機(jī)碎土并拌合水泥→振動(dòng)碾碾壓→水泥土碾壓后干密度檢測(cè)→灑水→進(jìn)行下一層土料填筑
(1)土料制備:選擇的土料不得含有草根、樹(shù)皮、黏土泥團(tuán)、礫石及其他雜質(zhì),開(kāi)挖時(shí)用推土機(jī)推去表層0.5m 厚的無(wú)用層,然后運(yùn)抵工地現(xiàn)場(chǎng)。
(2)施工場(chǎng)地平整:由于水泥土鋪設(shè)厚度不大于20cm,要求施工場(chǎng)地要平整,正負(fù)誤差不大于2cm,從而確保施工質(zhì)量。
(3)推土機(jī)整平及灑水:技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)寬度、基礎(chǔ)換填水泥土的厚度及最大干密度,計(jì)算該段需要的干燥土。根據(jù)庫(kù)區(qū)土料的含水量,盡量使用相同噸位的自卸車運(yùn)料,并計(jì)算自卸車卸料時(shí)的堆放面積。同時(shí)在料場(chǎng)安排專人裝土、在施工區(qū)安排專人卸料,以保證每車料的攤鋪面積基本相同。卸料前使用施工線在工作面上畫出方格網(wǎng)后再卸料,以保證涂料攤鋪均勻。對(duì)運(yùn)到場(chǎng)地的土料采用推土機(jī)進(jìn)行整平,整平過(guò)程中,由于氣候原因,土料中的水分有部分散失,應(yīng)對(duì)土料進(jìn)行灑水,使土料保持一定的含水率。
(4)旋耕機(jī)碎土并整平:為便于土料與水泥拌合均勻,要采用旋耕機(jī)對(duì)攤鋪好的土料旋耕,將土料中較大的土團(tuán)等破碎。
(5)再灑水:旋耕機(jī)在工作過(guò)程中,要不停地監(jiān)測(cè)土料含水情況,使含水較最優(yōu)含水率大2%,如果含水偏低,就要不停地均勻?yàn)⑺购冀K保持在最優(yōu)含水率大2%范圍內(nèi),以彌補(bǔ)攤鋪水泥時(shí)含水量的損失。含水量過(guò)大應(yīng)進(jìn)行翻曬。
(6)鋪灑水泥:在土頂面標(biāo)示出基礎(chǔ)換填水泥土的寬度,根據(jù)攤鋪土料重量,鋪撒相應(yīng)重量的水泥。水泥土比例采用1:9,混合料最大干密度1.79g/m3,每方混合料1790kg,計(jì)算得出每方混合料中土料1611kg,水泥用量179kg,每平方米土料填鋪20cm,水泥摻量 26.85kg 計(jì)算公式[1×1×(0.20×0.75))×1790×0.1],土料摻量 241.65kg 計(jì)算公式[1×1×(0.20×0.75)×1790-水泥用量]。水泥用袋裝水泥,每袋50kg,計(jì)算兩袋的攤鋪面積50×2/26.85=3.72m2,用工程線在土頂面寬度范圍內(nèi)打出1.93m×1.93m 的方格,每格放兩袋水泥,打開(kāi)袋裝水泥,將水泥倒在用工程線畫好的方格內(nèi),并且將水泥攤鋪均勻。水泥攤鋪完成后,應(yīng)保證每個(gè)方格內(nèi)沒(méi)有起伏現(xiàn)象,且都攤鋪到位,以保證其均勻性。
(7)旋耕機(jī)碎土并拌合水泥:在水泥攤鋪均勻后,用旋耕機(jī)進(jìn)行拌和,旋耕機(jī)行駛速度控制在2km/h 左右,旋耕機(jī)的刀頭應(yīng)插入下一層1cm 左右,從而保證層與層之間的黏結(jié)。旋耕機(jī)運(yùn)行遍數(shù)不少于6 遍,遍數(shù)也不宜過(guò)多。為了保證水泥土的拌合深均勻和旋耕機(jī)的拌合深度,不僅要在拌合時(shí)派施工人員跟隨旋耕機(jī),隨機(jī)取樣進(jìn)行深度檢查,深度不夠時(shí)能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。而且要在拌和結(jié)束后,檢查水泥土拌和的均勻性,以保證水泥土拌合物的色澤統(tǒng)一,無(wú)灰團(tuán)、花面等現(xiàn)象出現(xiàn),若發(fā)現(xiàn)水泥土拌合物不符合設(shè)計(jì)要求則需要添加水泥重新拌和。
(8)碾壓壓實(shí):混合料拌和均勻后,應(yīng)立即開(kāi)始碾壓。碾壓時(shí),碾壓時(shí)振動(dòng)碾前進(jìn)、后退一次計(jì)2 個(gè)碾壓遍數(shù),先靜碾2 遍,然后用振碾6 遍,碾壓過(guò)程中振動(dòng)功能不宜開(kāi)的過(guò)大。壓路機(jī)碾壓時(shí)搭接長(zhǎng)度應(yīng)保證在碾子的1/3 左右,并保證以不大于3km/h 的速度勻速行駛。碾壓過(guò)程中,如出現(xiàn)起皮、松散、彈簧等現(xiàn)象,須及時(shí)添加水泥并用旋耕機(jī)重新拌和,使其符合質(zhì)量要求。
(9)水泥土碾壓后壓實(shí)度檢測(cè):水泥土壓實(shí)后進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè),如果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,可根據(jù)含水情況,灑水繼續(xù)碾壓,直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
(10)耕機(jī)刨毛→灑水→進(jìn)行下一層土料填筑:達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,采用旋耕機(jī)進(jìn)行刨毛,便于下一層水泥土結(jié)合,并灑水養(yǎng)護(hù)。
(1)做好各項(xiàng)工序的銜接并調(diào)配足夠的整平、壓實(shí)機(jī)械,保證完成拌和碾壓工序。
(2)所用土應(yīng)均勻一致,并清除其中的樹(shù)皮和草根。
(3)拌和時(shí)應(yīng)保證深度,嚴(yán)禁出現(xiàn)素土夾層。
(4)施工時(shí)每側(cè)寬度應(yīng)超寬碾壓30cm。
(5)用灑水車加水時(shí),為了防止水泥土局部含水量過(guò)大,不得在該施工段停留或掉頭。
(6)施工中加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù),防止施工人員帶來(lái)不必要的傷害。
(7)含水量的控制:通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)含水量檢測(cè)我們發(fā)現(xiàn),在鋪灑水泥、拌和、整平施工過(guò)程中,含水量約下降2%,水泥土最佳含水量為18.1%,通過(guò)反推,認(rèn)為土料含水量應(yīng)控制在20.1%左右。
在鋪灑水泥之前,應(yīng)檢測(cè)素土的含水量,如含水量過(guò)小,應(yīng)根據(jù)以式(1)加水,以保證碾壓前含水量,較最佳含量大2%。
式中:Qw—混合料中應(yīng)加的水量;
Qn—根據(jù)計(jì)算混合料中干混合料的質(zhì)量;
Qc—素土的質(zhì)量,檢測(cè)其含水量為WC;
W—要求達(dá)到的混合料的含水量。
嚴(yán)禁在鋪水泥后加水。含水率過(guò)高易形成橡皮土或彈簧土,這將影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度,遇到此情況時(shí),就將該處挖除,重新?lián)Q填土料,反之則多撒些水泥即可。
(8)兩工作段的銜接處應(yīng)搭接拌和,前一段拌和后,留5~8m不進(jìn)行碾壓,后一段施工時(shí),將前一段未壓部分一起進(jìn)行拌和,并與后一段進(jìn)行碾壓。
(9)施工中還應(yīng)注意涵洞基礎(chǔ)兩側(cè)邊坡壩體原狀土與1:9 水泥土的結(jié)合面,碾壓前必須灑水,使原狀土與水泥土的含水率相近,碾壓后的壓實(shí)度不會(huì)相差太大,若不處理好結(jié)合面的問(wèn)題,蓄水后易造成滲漏通道以及不均勻沉降,影響壩體及涵洞的穩(wěn)定性。
(10)水泥土夯壓密實(shí)后應(yīng)進(jìn)行防雨措施,保證3d 內(nèi)不被水浸泡。每層驗(yàn)收合格后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行下一道工序施工,防止不及時(shí)施工造成夯壓密實(shí)的水泥土干燥,從而產(chǎn)生松散起塵現(xiàn)象。同時(shí)禁止車輛在驗(yàn)收合格的水泥土上通行。
①保證進(jìn)度計(jì)劃安排合理有序,各級(jí)人員分工明確,機(jī)械設(shè)備完好,嚴(yán)格按照施工作業(yè)指導(dǎo)書中的工藝要求施工;②嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量,不合格水泥禁止使用;③試驗(yàn)檢測(cè)工作要及時(shí)到位,保證數(shù)據(jù)切實(shí)可靠;④庫(kù)區(qū)料場(chǎng)派專人控制土料的質(zhì)量,施工區(qū)派專人控制卸料間距、攤鋪寬度、碾壓等;⑤所有工序需監(jiān)理認(rèn)可合格。
(1)建立健全安全組織機(jī)構(gòu),制定切實(shí)可行的安全措施,成立安全領(lǐng)導(dǎo)小組,設(shè)1 名專職安全員。
(2)制定以下安全保證措施:①進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要佩戴安全帽,通行道路老路肩插彩旗,提醒車輛減速慢行,請(qǐng)勿靠近。施工人員、設(shè)備在無(wú)施工作業(yè)時(shí)不得在加寬范圍內(nèi)停留。施工作業(yè)期間要有專人負(fù)責(zé)安全保通;②施工前,檢測(cè)所有施工機(jī)械,確認(rèn)完好方可使用;③壓路機(jī)行駛過(guò)程中不得進(jìn)行人工鏟滾,犁鏵在工作期間不得采用人員進(jìn)行壓犁、壓耙。機(jī)上、機(jī)下人員必須密切配合,協(xié)同作業(yè),當(dāng)必須在機(jī)械作業(yè)范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行輔助施工時(shí),應(yīng)停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)后,輔助人員方可進(jìn)入;④多機(jī)在同一作業(yè)面作業(yè)時(shí),前后兩機(jī)相距不應(yīng)小于8m,左右相距應(yīng)大于1.5m;⑤施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)容場(chǎng)貌管理,實(shí)施劃區(qū)域、分塊包干、責(zé)任區(qū)域掛牌示意,生活區(qū)管理規(guī)定掛牌昭示全體;⑥布置安全生產(chǎn)標(biāo)語(yǔ)和警示牌,做到無(wú)違章,生活區(qū)、辦公區(qū)、施工區(qū)掛標(biāo)識(shí)牌,危險(xiǎn)區(qū)設(shè)置安全警示標(biāo)志,在主要施工道路路口設(shè)置交通指示牌;⑦電器及各種用電設(shè)備嚴(yán)禁非電工人員操作,電工經(jīng)常檢查電路;⑧工地照明盡可能采用固定照明燈具。
①清洗機(jī)械、施工設(shè)備的廢水,機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生油污或維修機(jī)械時(shí)油水嚴(yán)禁直接排入水庫(kù)、河流;②設(shè)備選型時(shí)選擇低污染設(shè)備進(jìn)行施工;③運(yùn)輸土?xí)r如有漏失,及時(shí)清掃干凈,保持道路整潔,應(yīng)在施工道路和現(xiàn)場(chǎng)配備專用灑水車,經(jīng)常進(jìn)行灑水濕潤(rùn),以降低揚(yáng)塵污染;④生活區(qū)和施工區(qū)的生活垃圾應(yīng)做到集中堆放,廢棄物須經(jīng)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門同意后,運(yùn)至指定地點(diǎn)。施工區(qū)設(shè)置廁所,派專人清掃,并定期消毒;⑤對(duì)于施工中廢棄的包裝箱、邊角袋、零碎配件等,及時(shí)清理并保證現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生整潔,報(bào)廢材料立即運(yùn)出施工現(xiàn)場(chǎng),在指定地點(diǎn)進(jìn)行掩埋處理,以保護(hù)自然環(huán)境不受破壞;⑥棄土和施工垃圾不得隨意堆放,須運(yùn)至指定取土場(chǎng)。
通過(guò)基礎(chǔ)換填水泥土從改變地基土特性、提高地基承載力,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文以托卡依水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程為例,主要闡述該工程基礎(chǔ)換填水泥土施工材料、機(jī)械的選擇、碾壓試驗(yàn)、施工程序、控制要點(diǎn),并從環(huán)境、安全及質(zhì)量等各項(xiàng)保證措施方面,為類似工程的實(shí)施提供參考。