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粉喷膨润士柔性帷幕应用的可行性研究 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 摘要 防水帷幕在防渗、防漏、封闭污染源等工程项目领域的应用范围极广，目前， 国内防水帷幕的主要原材料大部分是水泥和高分子聚合物，水泥帷幕的渗透系数 一般在k = 1 0 4 1 0 m s 左右，并有干缩裂纹，防渗效果不够理想。水泥凝固后呈 刚性，在外力( 地震、沉降、干缩等) 作用下易断裂、破损，大的削弱甚至丧失 其隔水防渗功能，可靠性不好，而且施工有一定难度，造价较高。高分子聚合物 虽然防渗性能良好，但价格昂贵，施工要求高、难度大，除特殊工程外，一般防 水工程极少采用。本文采用价格低廉的膨润土为防水帷幕的材料，利用膨涧土固 有的特性( 遇水膨胀，呈胶状可塑柔性体赋存于地下，在外力作用下随土( 砂) 体的变形而变形，不断、不裂，即使脱水干裂，遇水后能迅速自行弥合) ，通过在 东营华东石油学院炼油厂粉喷膨润土桩、青岛燃料公司工地小型帷幕、青岛市小 涧生活垃圾综合处理场模拟帷幕等试验实例，根据野外现场渗水试验、注水试验、 开挖验证等数据，结合室内试验结果，测试粉喷膨涧土帷幕的渗透性能，确定粉 喷膨润土施工工艺参数，评析利粉喷桩机喷射膨润土形成防水帷幂的可行性及其 在现实生活中广泛应用的深远意义。 关键词防水帷幕粉喷桩膨润土可行性 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 a f e a s i b i l i t ys t u d y o i l a p p l i c a t i o no fd r y j e ts m e c t i t ef l e x i b l ec u r t a i n a b s t r a c t w a t e r p r o o f c u r t a i ni sw i d e l ya p p l i e di ne n g i n e e r i n gt op r e v e n ts e e p a g ea n d l e a k a g e a n dp o l l u t i o ns o u r c e d i s p e r s i o n a tp r e s e n t ，t h em a i nr a wm a t e r i a l sf o rw a t e r p r o o f c u r t a i na r ec o n c r e t ea n d p o l y m e r t h ea n t i s e e p a g ee f f e c tf o rc o n c r e t ei sn o ts a t i s f a c t o r y b e c a u s eo f i t ss e e p a g e c o e f f i c i e n t ，u s u a l l ya tk = i o 一1 0 c m s ，a n dc r a c k sw h i l ed r y i n g t h ec o n c r e t ec u r t a i nb e c o m e s r i g i da f t e rc o n c r e t i n ga n dt e n d st oc r a c ka n dd i l a p i d a t e u n d e rt h ea c t i o no fe x t e r n a lf o r c e ss u c ha s e a r t h q u a k e ，d e p r e s s i o na n dd r y i n g s oi t s w a t e r p r o o f a n da n t i s e e p a g ec a p a c i t yi sw e a k e n e do re v e nl o s ta c c o r d i n g l y i ti sc o s t l y a n dd i f f i c u l tt oc o n s t r u c ta s w e l l a l t h o u g hi t h a sg o o dq u a l i t yf o rw a t e r p r o o lb u t p o l y m e r c u r t a i ni ss t i l lr e s t r i c t e d t o w i d e l y u s eb e c a u s eo fi t s h i g hp r i c e a n d s o p h i s t i c a t e de n g i n e e r i n gt e c h n i q u e p o l y m e rc u r t a i ni sj u s ta p p l i e dt os o m es p e c i a l w a t e r p r o o fp r o j e c t s i nt h i sp a p e lt h ea u t h o rr e c o m m e n d ss m e c t i t ea sr a wm a t e r i a lf o r d r yj e tc u r t a i nb e c a u s e o fi t si n t r i n s i cp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha se x p a n s i o ni nw a t e r f l e x i b l e u n d e r g r o u n de x i s t e n c ea n dd i s t o r t i o nw i t he x t e r n a la c t i o n d r yj e ts m e c t i t e f l e x i b l ec u r t a i nt e c h n o l o g yh a sb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nar e f i n e r yc o n s t r u c t i o ns i t e a f f i l i a t e dw i t he a s tc h i n ap e t r o l e u m u n i v e r s i t yd o n g y i n g ，q i n g d a of u e lc o m p a n y c o n s t r u c t i o ns i t ea n dq i n g d a ox i a o j i a n c o m p l e xg a r b a g ep r o c e s s i n gc e n t e rd r yj e t s m e c t i t ef l e x i b l ec u r t a i no rs t a k eh a sc r e d i b l e e n g i n e e r i n gf e a s i b i l i t y b a s e do n s y s t e m a t i cf i e l dh y d r o g e o l o g i e a l t e s t s k e yw o r d s ：w a t e r p r o o fc u r t a i nd r yj e ts t a k e s m e c t i t ef e a s i b ii i t y 粉喷膨润士柔性帷幕应用的可行性研究 0 刖罱 我国属于淡水资源贫乏的国家之一，如何处理水库、湖泊等地下渗漏，防止淡水流 失，保护资源是一件刻不容缓的大事；诸多污染严重的工程( 垃圾填埋场、污水池等) 如何封闭，防止渗漏，避免污染扩散、保护环境、保证2 1 世纪可持续发展也不容忽视； 加固大江、大河的砂土堤坝，防止渗漏，减少洪涝灾害更是人命关天。总之，地 下防渗工程的研究，具有非常重要的意义。 7 地下帷幕是地下防渗工程的一种。 大凡防水帷幕之所以渗水和漏水，主要是由于帷幕产生贯穿的裂缝引起的，故防渗 先防裂，在此基础上再考虑材料价格、施工难度、防渗性能等综合因素。怎样防止结 构有害裂缝，设计中如何提高结构抵抗外荷载及温度、材料干缩、不均匀沉降等变形 荷载作用下的强度、刚度、稳定性、耐久性和抗渗性等，无疑，这是设计非常重要的 方面。很多材料难以避免由于干缩、冷缩、膨胀和徐变等变形引起裂缝，因此，最为 理想的方法莫过于利用材料自身性能的作用去克服1 6 j 。 目前，国内地下防水帷幕的主要原材料大部分是水泥，有些防水要求高的则采用某 些高分子聚合物。水泥帷幕的渗透系数一般在k = 1 0 - s 1 0 m s 左右【8 】，并有干缩裂纹， 防渗效果不够理想。水泥凝固后呈刚性，在外力( 地震、沉降、干缩等) 作用下易断 裂、破损，大大的削弱甚至丧失其隔水防渗功能，可靠性不好，而且施工有一定难度， 造价较高。高分子聚合物虽然防渗性能良好，但价格昂贵，施工要求高、难度大，除 特殊工程外，般防水工程极少采用。 本文选用价格低廉的膨润土为主要材料，采用简单易行的粉喷工艺，把具有防水、 隔水性能的膨润土及添加剂，按一定比例均匀的喷入自然土( 砂) 层内，与原位土体 混为一体，提高防渗性能，形成具有一定深度的带状或封闭隔水屏障，达到隔水、防 渗的目的。喷润土属粘土类，喷入自然土( 砂) 内与原土( 砂) 混为一体，在地下水的作 用下，呈胶状可塑柔性体赋存于地下，在外力作用下随土( 砂) 体的变形而变形，不 断、不裂，故称柔性帷幕，即使脱水干裂，遇水后能迅速自行弥合，这是其他任何防 水材料所无法比拟的，因此它的防水性能非常可靠。 本次研究的目的是构筑防渗性能良好、运行可靠、施工方便、造价低廉的粉喷膨润 土柔性帷幕，并对其在实际工作状态下的防渗功能进行界定。本文通过大量试验数据 和模拟试验得出了一些结论和相关讨论，但由于作者理论水平和实践经验有限，文章 中肯定存在错误和不足之处，希望不吝赐教，给于批评指正。 l 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 1 粉喷桩情况简介 1 1 工艺及流程 利用粉喷技术如用空压机产生压缩空气向原位土层内输送石灰、水泥、膨润土等粉 状加固料，凭借搅拌机的回转页片使其与原位土混合，通过粉状加固料与土、地下水 之阳j 的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列的物理化学作用，使粉状加 固料与原位土硬结形成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土体，通称粉喷桩。 粉喷桩多用予复合地基( 建筑物、堆场、高速公路和机场等地基) 、支挡结构物( 同时 防水) 、防渗帷幕等施工，施工流程见图1 1 。为了增加地层中的喷粉量，可采用复喷 工艺；为使地层土体与加固料搅拌均匀，可采用复搅工艺，即重复搅拌，但搅拌时不 再喷射加固料的施工工艺。 图1 1粉喷桩施工流程 1 2 施工机械 桩机：是粉喷桩施工的主要机械。 粉体发送器：是定时定量发送粉体料的设备，是粉喷桩施工机械中的关键设备。 2 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 空气压缩机：施工时的粉体喷出，足以空气压缩机作为风源，空压机的选型，主 要受地质条件和钻进深度所控制，粉喷桩所用空压机的压力不需要很高。 搅拌钻头：形状直接影响粉体料与土的搅拌效果，钻头的型式应保证反向提升时 对柱中土体有压密作用，而不使混合土向地面翻升而减低桩体质量。 1 3 粉喷桩施工注意事项 1 、应控制桩机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度。 2 、严禁没有粉体计量装置的粉喷桩机投入使用。 3 、应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头应定期复核检查， 其直径磨耗量不得大于2 0 r a m 。 4 、当钻头提升至地面以下5 0 0 m m 时，喷粉机应停止喷粉。 5 、在喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉时，第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长 度不得小于l m 。 6 、粉喷桩施工前应根据工艺设计进行工艺性试桩，掌握场地的成桩经验及各种操 作技术参数。 1 4 粉喷桩的优点 见效快( 可较常规施工方法省2 0 5 0 ) 、工期短( 可较常规施工方法提高工效一 倍以上) 、且污染少、震动小、在建筑密集、场地狭小的城市施工中具有明显优势。 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 2 研究的内容、方法、过程 2 1 研究内容 本文利用粉喷桩工艺原理，采用价格低廉的膨润土为粉料，施工形成防水帷幕，测 试帷幕渗透性，评价此方法的可行性。研究的主要内容包括膨润士选料和材料成分及 性能测试、粉喷膨润土工艺试验、帷幕堵水性能、防渗性能测试和实验室测试等。 2 2 研究的方法 采用实验室样品试验和野外实地测试相结合的方法。 2 3 研究过程 1 9 9 7 年初开始查阅资料、选择机械、设定试验程序等。1 9 9 7 年4 月6 日1 2 日在 东营华东石油学院炼油厂工地初次试验粉喷膨润土的工艺以及实测膨润土柔性帷幕的 堵水、防渗性能，试验结束后，实验室工作开始进行，对采用的膨涧土进行了成分含 量分析和渗透系数的测定。此次试验成功地证明了采用粉喷膨润土工艺构筑地下防水 帷幕的可行性。 第：= 次试验于1 9 9 8 年1 0 月7r - 2 2 日在青岛燃料公司工地进行，采用围桩搭接的 方法构筑小型i 睢幕，在帷幕中间打滤水孔、下管，进行注水试验，使帷幕渗透处于工 作状态，对膨润土帷幕整体的堵水、防渗性能进行测定，对帷幕的工艺也做了进一步 的探讨。此次试验，现场在帷幕中取样进行室内渗透性的测试，测试工作于1 9 9 8 年1 1 月1 1f = i 一1 2 月2 5 目完成。 第三次试验为模拟试验。1 9 9 9 年6 月3 日一7 月1 3r 在青岛市小涧生活垃圾综合 处理场进行了现场模拟帷幕施工，帷幕内径为1 ：2 m 的正方形，帷幕施工完毕后，采用 支护开挖，将帷幕封闭的原位土全部清除至隔水底板( 王氏组粘土岩) ，通过对开挖的 方井内壁及底部的观测验证膨润土帷幕桩与桩的搭接、桩与隔水底板的搭接及帷幕 的堵水、防渗性能，评述膨润土帷幕能否满足垃圾场建设的防渗要求。此次施工，根 据地层情况对施工工艺做了有针对性的调整，使其能适应场区地层情况。 整个研究历时两年有余，取得了大量资料，试验目的已基本达到，作为一个新的地 下防渗方法在可行性、可靠性、先进性和经济性等方面取得了具有说服力的数据。 一塑堕竖塑圭蒌垡i 堕蔓查旦塑里堑堡塑窒 3 膨润土成分研究 膨润土是一种天然矿物，不同成因和产地的膨润土成分的差异很大，因而其渗透性 和堵水性也各不相同。它的主要矿物成分是粘土矿物，粘土矿物又包括高岭石、伊利 石、蒙脱石等，高岭石又包括高岭石、地开石、珍珠陶土、多水高岭石和水铝英石等： 蒙脱石又包括蒙脱石，绿蒙脱石、理蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、贝得石等。所以自然 界纯净的粘土矿( 由种矿物组成) 很少，大多是由多种矿物组成，并且往往含有大 量的石英与长石。各种矿物成分对膨润土的渗透性影响也各不相i 司，因此膨润土的成 分分析对优选堵水材料，控制工程质量，降低工程成本具有决定性的作用。本次试验 采取4 组潍坊产膨润土进行x 光衍射测试( 结果见表3 1 ) 。 从测试结果看，膨润土的主要成分为蒙脱石( n a 。( h 2 0 ) 4 a 12 【a i 。s i 4 一。o l o 】( o h ) 2 ) ， 含量占5 0 p a 上。蒙脱石 7 1 几乎都是表生作用的产物，主要由基性岩( 辉绿岩、玄武岩、 辉长岩) 及橄榄岩等在碱性环境中风化而成，硬度1 2 ，有滑感，遇水膨胀，体积可 增大好几倍，并变成糊状物，具有很强的吸附力，常做吸附剂。选用膨润土作为柔性 防水帷幕的材料正是利用其膨胀性、吸附性等特性，因此在施工时应选用蒙脱石含量 较高的膨润土。 表3 1膨润土x 光衍射测试结果表 鉴定结果( ) 样品 # 伊局斜石钾斜方绿赤针方滑菱粼 各注 脱 型 岭发长长石泥铁铁解镁 编号 石石土沸英石石英石矿矿石石矿 石 i 类另有微量其它 钠土 7 43o6l01 1566l5o8 杂质 32 蒙脱石为钠化i i 类 6 24o72 0 l 1607 l4l7 66 04 钠土 钙蒙脱石 i i 类 7 0009092 08l8l644 另有微量赤铁 土 矿及其它杂质 i 类 男有微嚣高岭 5 471 631 22 736 15o333 z i 及其它杂质 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 4 东营粉喷膨润土工艺试验 1 9 9 7 年4 月6 曰一1 2 日，在东营试验工地首次进行了粉喷膨润土成桩实验和膨润 土桩的渗透性试验，目的主要是探讨粉喷膨润土工艺、成桩性以及膨润土桩的垂直渗 透性能( 渗水试验) 。 4 1 实验条件 选东营华东石油学院炼油厂工地为实验区，该地区为全新世黄河三角洲，第四系厚 度2 4 0 3 6 0 m ，其中全新统厚度为1 6 2 5 m ，岩性为黄河泛滥形成的含粘粒的粉土， 自上而下依次为： o 4i n ：土黄色粉砂： 4 6m ：灰黄色一灰色淤泥： 6 8m ：土黄色粉砂质粘土： 8 m 以下：灰色粉砂； 实验地区地下水较丰富，稳定地下水埋深o 5m 左右。 4 2 实验设备 采用g p p 一5 型普通粉喷桩机，钻头直径中5 0 0 m m ，最大钻探深度2 0 m 。 4 3 实验材料 实验材料选用山东潍坊产二级优质膨润土，细度规格为2 0 0 目。其主要理化性能指 标如下： 胶质价 6 0 膨胀系数 1 0 比重 3 5 热湿拉强度 1 0 f f c m 2 p h 值 8 5 水分 淤泥 粘土。 3 、不同的工艺参数影响喷灰量，影响值约1 0 左右。 4 、相同的地层中与水泥桩对比，膨润土的喷入量 水泥喷入量。 5 、成桩性好，桩体均匀。 经实地观察，桩体成桩比较好，形成了完整的直径中5 0 0 m m 的膨润土与自然土体 的混合桩。水平剖切桩端观察，其边缘约2 0 r a m 处膨涧土含量较少，中心部位巾3 0 0 m m 处中等，其余部位含量较高。 6 、应用双环法【”，在含膨润土量较少的中心部位( 中2 5 0 m m ) 进行渗透性试验， 测试三昼夜，测试桩体的垂直渗透系数结果如下： 1 4 桩：k l = 2 0 9 6 1 0 。m s 2 “桩：k o = 3 8 4 2 1 0 - 7 c m s 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 5 青岛小型粉喷帷幕试验 为进步测试膨润土帷幕在工作状态下总体的渗透性能，效核并修正其工艺参数， 1 9 9 8 年1 0 月5 日至1 0 月2 2 日，在青岛进行了第二次实验，第一次东营粉喷膨润土工 艺试验为单桩试验，此次试验第一次模拟真实帷幕形态施工，利用注水试验测试膨润 土帷幕的渗透性能。 5 1 实验条件 实验区选定位于青岛市四方区青岛燃料公司院内，地层为第四系全新统冲一洪积层 和海积层，自上而下依次为： 1 2m 粘土质粉砂一粉砂质粘土； 2 4 m ：中砂一粗砂； 4 6 m ：含有机质黑灰色粘土质砂，含水过饱和，呈淤泥状，属河口湾沉积，砂粒 含量大，且大多为粗砂。 实验区地下水丰富，地下水埋深1 ，2 m 左右。 5 2 实验设备 实验采用的施工机械及膨润土与第一次东营工艺实验基本相同，此次试验共设计两 组帷幕，每组设计采用四支粉喷桩单排搭接构筑成小型帷幕( 详见图5 1 ) ，深度分别 为6 m 、6 5 m 。帷幕施工完毕后，经过2 天养护，采用s h 3 0 型工程钻机在帷幕中心钻 探注水试验测试孔。 9 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 r 、 7 一一7 7 、一一，7 7 7 j 2 5 0 j囊” ； = j 图5 1膨润土帷幕和测试孔布置图 5 3 实验材料 实验材料选用山东潍坊产优质膨润土，规格为2 0 0 目。其主要理化性能同东营工艺 性实验选用材料。 5 。4 实验方法 参照东营试验结果，把粉喷膨润土喷粉压力调整为0 4 k p a ，提升速度为3 档( 1 4 7 米分) ，每根桩总喷灰量定为5 0 0 k g 左右，施工时对每根桩进行全长复搅，确保膨润 土与原位土层充分混合均匀，按设计要求搭接方式，1 9 9 8 年1 0 月5 日完成两组椎幕施 工( 工艺参数等数据见表5 1 、表5 2 ) ，经短期养护于1 9 9 8 年1 0 月7 日开始进行渗 透性试验，钻探测试孔孔径m1 4 6 m m ，位于帷幕中心位置( 布设位置详见图5 1 ) 。因 为帷幕基本不透水( 打完测试孑l 后也证实孔内无水) ，所以设计采用注水法对帷幕渗透 性进行试验，选用0 1 4 6 m m 的滤水管，先从帷幕中心钻孔后下透水滤管，然后注满水， 使帷幕处于正常工作状态后，按水文注水试验规范要求，分别对两组帷幕进行注水法 渗透性试验。 l o 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 表5 1粉喷桩施工记录表 工程名称：青岛燃料公司工地粉喷膨润土帷幕试验( 南桩) 桩机型号 g p p 5 设计桩长 6 0 m 喷灰压力0 4 m p a 设计桩径5 0 0 m m提钻速度3 档( 1 4 7 米分)施工同期1 9 9 8 1 0 5 桩长深度喷灰量桩长深度喷灰量 桩序号桩序号 ( 1 5 3 )( m ) ( k g ) ( m )( m ) ( k g ) 6 57 86 57 9 5 48 05 48 1 4 38 l4 38 l 16 026 ，0 3 28 53 28 3 2 一l8 62 18 8 1 一o9 01 08 8 6 57 66 57 7 5 47 75 48 0 4 38 04 38 3 6 046 0 3 28 2 3 28 4 2 18 42 一l8 4 1 一o1 0 11 09 2 表5 2粉喷桩施工记录表 工程名称：青岛燃料公司工地粉喷膨润土帷幕试验( 北桩) 桩机型号 g p p 5设计桩长6 5 m喷狄压力0 4 m p a 设计桩径5 0 0 r a m提钻速度3 档( 1 4 7 米分)施工同期 1 9 9 8 1 0 5 桩长深度喷灰量桩长深度喷灰量 桩序号桩序号 ( m )( m ) ( k g ) ( m )( m ) ( k g ) 6 5 63 5 6 5 63 4 6 57 2 6 57 3 5 47 35 47 5 1654 37 5 26 54 37 5 3 27 73 27 8 2 一l8 02 一l 7 9 1 08 8 1 08 6 6 5 63 5 6 5 63 5 6 57 36 5 7 l 5 47 4 5 47 3 6 ，54 3 7 646 54 37 8 3 27 6 3 28 0 2 一l8 l 2 18 1 1 一o8 4 1 一o8 2 粉喷膨润土柔性i 唯幕应_ e j 的可行性研究 5 5 实验结果 第一一组( 南组) ：开挖验证桩的成桩性及桩与桩之间搭接情况良好，符合设计要求。 施工注水孔孔深3 5 2 m ，下管4 1 0 m ，地上管高o 5 8 m ，滤水管长1 2 0 m ，距孔底o 6 0 m ， 即滤水管管项埋深1 7 2 m ，管底埋深2 9 2 m 。注水试验水头距地表0 1 0 m ，附近观测孔 稳定地下水埋深1 ，2 0 m 。( 详细情况见图5 2 ) 注水试验是野外测定岩( 土) 层渗透性的一种比较简单的方法，尤其在干的地层 中，通常使用注水试验获得地层的渗透系数。本次注水试验观测从1 9 9 8 年1 0 月7 同 北京时间1 8 ：0 0 开始，至l o 月2 2 日1 0 ：0 0 结束，历时1 4 天零1 6 小时( 3 5 2 小时) 。 从试验q t 曲线( 详见图5 3 ) 上可以看出，开始注水量较大，因为帷幕在大量吸水， 最大 2 0 0 m l 分种，半l q 后最大注水量7 8 m l 分种，一天后最大注水量4 4 m l 分种， 二天后最大注水量2 5 m l 分种，三天后最大注水量2 2 m l 分种，四天后最大注水量 1 5 m l 分种，五天后最大注水量1 2 m l 分种，六天后最大注水量基本稳定在o 2 8 m l 分乖 t 左右。渗透系数计算如下。 采用注水试验渗透系数计算公式： 尼：! ：堑望 l s 2l l o g _ _ - 。_ 。_ 。 r 式中：k 渗透系数( c m s ) ； q 一稳定注水量( m l s ) ； l 滤水管总长度( c m ) ； s 孔( 管) 中水头高度( c m ) ； r 一滤水管半径( c m ) 。 试验区观测孔地下水埋深1 2 m ，因： q = 0 0 1 3 3m l s l = 1 2 0c m s = 1 3 0c m r = 7 3 0c m 计算结果：km = 4 7 3 3 1 0 。c m s 由于帷幕防渗性能良好，而且施工、测试时间较短，帷幕的水文地质条件还没有与 1 2 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 外部区域水位达到平衡，所以孔( 管) 中水头高度s 的取值不应该是区域水位与注水 水位的差，而应当是滤水管底至注水水位的差值，即s = 3 0 2 c m ，按此数据计算： k m = 2 0 3 7 1 0 7c m s 从以上计算可以看出，二者属同一数量级。 图5 2第一组帷幕注水试验剖面图 l 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 求 、 椒 悄 v o 皿 一 n ( n 畸 ；“ r r r n 一 、譬 瞳 l o n 一 芝譬-血 萝 。 一 - 7 = 皿 多 一 2 一 七 r r r 卜 一 一 。 r r r 一 一 - 4 ” r r r 荨 一 c 1 0 0 0 m 3 。 1 9 m o 0 岫 吣 “ 例 伽 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 6 2 4 帷幕试桩设计参数 帷幕模型施工采用两排粉喷桩，粉料同前两次试验，设计桩径5 0 0 m m ，排与排之 间搭接5 0 m m ，每一排相邻两根桩搭接1 0 0 1 r u n ，设计桩长1 0 6 m ，桩端进入王氏组粘土 岩o 2 m ，形成具有一定深度的封闭的隔水屏障，封闭范围为边长1 2 m 的正方形，设计 布桩4 0 根( 见图6 2 ) 【4 1 。施工完毕后，对封闭的边长1 2 m 的方井进行开挖验证。 图6 2 帷幕模型试桩布置图 水文观测孔 粉喷膨润土柔性i 惟幕应用的可行性研究 6 3 施工概况 l 、施工采用上海产g p p 一5 型粉喷搅拌桩机，钻头直径5 0 0 m m ，最大钻进深度2 0 m 。 2 、1 9 9 9 年6 月3 日进入施工现场，先在工区帷幕外进行前期试桩，调试钻机性能， 为选用最优的施工工艺提供试验资料，共试验1 6 根桩。 3 、1 9 9 9 年6 月2 7 日开始对帷幕进行施工，7 月6 日施工完毕，共施工帷幕桩4 0 根。7 月1 3 日开始对帷幕内土体进行开挖，7 月1 6 日开挖完毕。 4 、按北、东、南、西顺时针方向施工，在施工过程中，为确保桩的垂直度及桩与 桩之间的搭接等问题，采用在桩机塔架悬挂重锤吊线，指定专人对桩位，严格控制， 确保桩垂直、桩与桩搭接完整。 5 、在帷幕北、东两侧进行工艺性试验，试验包括钻头的改进，使用不唰的喷粉量、 压力、以不同的深度入岩，在入岩部位有的桩复喷，有的桩不复喷等等( 详细情况见 表6 1 ) ，为将来施工工艺及参数设计提供依据。在工艺性试验过程中，发现以下问题 并针对这些问题对施工工艺进行了改进。 钻进过程中，在o 8 5 m 深度范围内，钻进比较容易，一般采用二挡转速可以 钻进，在8 5 1 0 6 m 深度范围内，采用一挡转速钻进，钻进过程有些困难；在提升过 程中，也出现这种问题，8 5 1 0 6 m 深度范围内一挡提升困难，有时出现卡钻现象。 这主要与地层强度有关，另外与施工工艺也有一定的关系，通过改进钻头，将钻头改 成上下尖、中间大的梭形，调整链条提升速度，让其与钻头的上升速度同步等工艺， 问题得以很好的解决，钻进、提升均变得容易些。 提升喷粉过程中。在1 0 6 8 5 i n 深度范围内喷粉不顺畅。多次出现堵钻头现象， 在8 5 o m 深度范围内喷粉比较顺利，偶尔也出现堵粉现象。下部堵粉主要是风化岩、 陆相砂层强度高钻头在钻进过程中对其搅松程度小，正常的送粉压力难以将膨涧土 吹出喷嘴，造成膨润土喷不出去，将钻头糊住包裹起来，以至出现堵钻头现象。喷粉 不顺利除地层本身原因外，还与膨润土有关，工区第一次进的膨涧土包装未经防水处 理，在工艺性试验期间，工区连降大雨，造成膨润土受潮，含水量增高，手握成团， 喷粉困难，容易出现块体堵塞现象而造成堵粉。解决因地层本身而造成的堵粉现象， 一是提高送粉压力，送粉压力不能低于0 4 0 m p a ；二是改进提升工艺，钻进至1 0 6 m 后 提升到8 5 m 暂不喷粉，然后再钻进至1 0 6 m 再提升时开始喷粉。解决膨润土问题造成 的堵粉现象，从新更换膨润土，严格控制土的含水量，包装采用防水包装。通过采取 以上措施，钻进、提升、喷粉难度明显减少，堵粉现象大大降低。 2 l 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 表6 1小涧生活垃圾处理场粉喷桩施工记录表 深 喷喷 序桩 日期度 灰压力备序桩 日期 深灰压力备 号号量( m p a )注号号度 e ( m ) 里 ( m p a ) 注 ( k g )( k g ) l2 41 9 9 9 6 2 7l o 6提421 9 9 9 62 81 0 ，6提 1 02 lo 4 0升1 05 2o 4 5升 93 7o4 0 时99 70 4 5时 85 7o4 0 不 86 104 5 不 75 io 4 0 复 77 7o4 5 复 65 20 3 6 喷 61 0 9o4 4 喷 54 203 651 1 6o 3 7 45 80 4 046 3o 3 7 36 4o 4 038 2o3 7 27 3o 4 021 0 2o3 4 16 50 3 618 4o3 4 o2 80 3 602 4o 3 4 211 9 9 9 6 2 81 0 6提52 619 9 9 6 2 81 04 提 1 03 2o 4 0升 1 05 6o 4 3升 97 5o 4 0 时9 9 90 4 5 时 81 4 60 4 5 不 86 8o 4 5 1 0 71 2 2o 4 2 复 78 3o 4 3 米 69 6o 4 l 喷 65 80 4 2 以 56 00 4 155 1o 4 2 卜 4 9 7o 4 0 44 00 4 2 复 37 0o 4 035 00 4 2 喷 27 l0 4 023 90 ，4 3 一 l6 5o 3 613 0o 4 3 趟 03 0o 3 6 o2 5o 4 3 32 519 9 9 6 2 81 0 ，8提631 9 9 9 6 2 8l o 4提 1 07 00 3 8升1 03 00 4 3升 95 30 3 6时94 7o 4 2时 85 20 3 6 1 0 86 l04 2 不 76 2o 3 6 水 78 10 4 2 复 65 90 3 2 以 64 0o 4 2 喷 51 2 5o 3 0 下 54 0o 4 0 4 5 00 3 2 复 45 103 8 36 0o 4 喷 34 803 5 21 1 40 4 25 003 3 14 0o 4 遍 15 3o 3 5 02 5o4o2 60 3 6 粉喷膨润士柔性帷幕应用的可行性研究 续表6 1小涧生活垃圾处理场粉喷桩施工记录表 序桩 深 喷喷 号号 日期度 灰压力各序桩深灰 压力各 量 ( m p a ) 注号号 日期 度 e ( m ) 里 ( m p a ) 注 ( k g )( k g ) 7 2 71 9 9 96 2 81 0 4 提 1 051 9 9 9 6 2 91 0 6 提 1 02 204 3升1 05 0 o5 0升 96 00 4 1时 94 3o 5 0时 85 70 4 0不 85 004 5 1 0 77 50 4 0复77 1 04 5 米 65 4o 4 2 喷 67 00 4 5 以 55 60 4 l56 00 4 5 下 45 00 4 l4 9 20 4 5 复 35 10 4 i37 6 0 4 5 喷 25 00 4 l26 7 0 4 5 15 30 4 2 l5 60 4 5 遍 o2 404 202 40 4 5 841 9 9 9 6 2 81 0 6 提1 12 91 9 9 9 6 2 91 0 6 提 1 04 0o 4 4月1 05 l o 5 0升 95 50 4 3时98 8 0 4 0 时 85 40 4 6 不 88 0o 3 5 l o 77 50 4 0 复 78 8o - 3 5 米 65 60 3 9 唢 65 403 5 以 54 50 3 657 603 3 f 45 40 3 546 4 o 3 3 复 34 60 3 435 8 0 3 0 喷 24 10 3 426 7o 3 3 14 60 3 5l7 2 o 3 5 遍 o2 30 3 503 803 5 92 81 9 9 9 62 91 0 6提1 261 9 9 96 2 91 0 6 提 1 02 90 4 0升1 04 60 5 0 升 94 30 4 0时91 1 5 o ，5 0 时 81 1 20 4 0 不 81 0 00 4 5 不 77 30 4 5 复 78 20 4 5复 61 2 70 4 5 喷 67 90 4 0 喷 58 20 4 455 204 0 47 0o 4 445 70 ，4 0 36 60 4 435 70 4 0 23 804 427 j0 4 0 13 50 4 4 l4 20 4 0 o1 7o 4 4o3 5o 3 5 粉喷膨润土柔一陛帷幕应用的可行- 陛研究 续表6 1小涧生活垃圾处理场粉喷桩施工记录表 深 喷喷 序桩 日期度 灰压力备序桩深灰压力备 号号 自 口日期e ( m ) 里( m p a )注。可号度里 ( m p a ) 注 ( k g )( k g ) 1 371 9 9 9 6 2 91 0 6提1 691 9 9 9 62 91 0 6提 1 05 2o 5 0升l o4 10 4 5升 96 00 4 5时96 5o 4 2时 85 90 4 5 不 86 30 4 5 1 0 76 00 4 0 复 75 50 ，4 2 米 67 80 3 5 喷 65 304 0 以 56 7o 3 555 303 8 f 48 104 544 203 8 复 33 80 4 034 7o 3 8 喷 24 80 4 024 30 4 3 l6 l0 4 0l4 204 2 遍 04 00 4 002 20 4 0 1 4819 9 9 6 2 9 1 0 6 提 1 73 11 9 9 9 6 3 01 0 6提 1 06 7o 5 0手l 。1 04 6o 5 0升 99 80 4 3 时 94 304 5 时 88 7o 4 2 1 0 86 004 0 1 0 77 50 4 2 米 74 704 0 米 65 90 4 2 以 64 50 4 0 以 55 604 2 卜 55 604 0 下 45 004 2 复 45 80 4 0 复 33 60 4 0 喷 37 00 4 0 喷 22 70 3 8 r 26 60 4 0 14 50 - 3 9 遍 l7 80 4 0 遍 o2 50 4 0o4 00 4 0 1 53 01 9 9 9 6 2 91 0 5提 1 81 01 9 9 9 6 3 01 0 6 提 1 04 70 4 5升1 05 00 5 0升 95 00 4 0时96 50 4 5时 84 10 4 0 l o 81 6 80 4 5 1 0 78 7o 4 l 米 76 504 0 米 68 90 4 1 以 67 504 0 以 57 80 4 0 f 59 80 ，4 0 f 48 30 4 2 复 46 704 0 复 35 40 4 0 喷 37 404 0 喷 23 80 4 027 004 0 13 60 4 0 遍 6 60 4 0 遍 1 02 104 002 604 0 2 4 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 续表6 1小涧生活垃圾处理场粉喷桩施工记录表 深 喷喷 序桩 日期度 灰压力备序桩深灰压力备 号号量 ( m p a ) 注号号 日期 度量 ( m p a ) 注 ( m ) ( k 曲( k g ) 1 93 21 9 9 96 3 01 0 6 提 2 21 31 9 9 97 31 0 6 提 1 04 70 5 0引+1 06 3o 5 0升 97 30 4 0时91 2 6o 5 0时 85 00 4 0 l o 89 30 5 0 1 0 76 50 4 0 米 77 70 4 0 米 66 80 4 0 以 69 30 4 0 以 56 70 4 0 下 58 80 4 0 下 48 10 4 0 复 48 50 4 0 复 39 80 4 0 喷 38 80 4 0 喷 28 20 4 0 27 70 4 0 l5 60 4 0 遍 7 10 4 0 遍 l 03 50 4 0o3 00 4 0 2 01 ll9 9 9 6 3 0l o 6 提 2 33 31 9 9 9741 0 6 提 1 03 60 4 0升1 05 705 0升 96 904 0 时 96 30 5 0时 81 0 50 4 0 1 0 89 40 5 0 1 0 78 20 4 0 米 71 0 50 4 0 米 67 50 4 0 以 66 804 0 以 56 604 0 下 56 904 0 下 41 0 70 3 5 复 46 70 4 0 复 36 70 3 5 喷 35 90 4 0 喷 25 10 3 5 25 80 4 0 14 4o 3 5 遍 8 30 4 0 遍 1 o4 0o3 5o2 50 4 0 2 1 1 21 9 9 9 7 3l o 6 提 2 41 41 9 9 9 7 4l o6 提 i o4 905 0升1 03 9o5 0升 91 0 30 4 5时96 9o 5 0 时 87 20 4 0 1 0 86 004 5 1 0 77 704 0 米 76 10 4 0 米 67 00 4 0 以 65 50 4 0 以 57 50 4 0 下 55 40 4 0 下 4 7 00 4 0 复 47 00 4 0 复 38 10 4 0 喷 36 604 0 喷 27 50 4 0 26 40 4 0 l8 80 4 0 遍 l6 50 4 0 遍 03 l0 4 0o3 40 4 0 粉喷膨润土柔性帷幕应用的可行性研究 续表6 1小涧生活垃圾处理场粉喷桩施工记录表 深 喷喷 序桩 日期度 灰压力备序桩 日期 深灰压力备 号号量( m p a )注号号度 e 注 ( m ) 里 ( m p 小 ( k g )( k g ) 2 53 41 9 9 97 41 0 6 提2 8 1 61 9 9 9 741 06 提 1 04 50 5 0升1 05 605 0 升 96 lo 4 5时96 20 4 5时 81 0 00 4 0 l o 81 0 00 4 0 1 0 77 70 4 0 米 75 70 4 0 米 67 00 4 0 以 65 20 4 0 以 59 70 4 0 下 55 10 4 0 f 4 5 50 4 0 复 45 20 4 0 复 35 7o 3 5 喷 37 90 4 0 喷 27 304 0 27 80 4 0 14 40 4 0 遍遍 18 60 4 0 o2 50 4 002 90 4 0 2 61 51 9 9 9 7 41 0 6提2 93 61 9 9 9 7 51 0 6 提 1 05 9o 5 0升1 03 905 0升 96 3o 4 0时9 9 40 5 0 时 88 00 4 0 1 0 89 20 4 0 1 0 75 70 4 0 米 77 00 4 0 米 64 30 ，4 0 以 67 30 4 5 以 55 3o3 5 卜 59 00 4 0 下 46 403 5 复 48 60 4 0 复 36 703 5 喷 39 6o 3 5 喷 26 4o 3 5 25 60 4 0 16 20 3 5 遍遍 16 304 0 o3 5o 3 5o 6 30 4 0 2 73 519 9 9 7 41 0 6提3 01 71 9 9 9 751 06提 1 07 50 5 0升1 04 7o 5 0 升 95 l0 5 0 时 95 50 4 5时 86 30 4 0 1 0 88 804 0 1 0 78 30 4 0 米 78 004 0 米 66 804 0 以 65 704 0 以 55 204 0 下 56 504 0 r 4 7 40 4 0 复 46 004 0 复 37 70 4 0 喷 36 50 ，4 0 喷 26 00 4 026 00 4 0 l8 40