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關鍵詞:城市河道;河道清淤;淤泥處理;施工方案
Abstract:With the rapid development of China's city construction,City River as an important part of city water system,river depositand poor excretion,has a direct threat to the safety of people's life and property.According to the characteristics andfunctions of the Fuyang River in Handan City,analysis of distribution and channel sedimentation effect on bridge across theriver,this paper focuses on the research of river dredging has treatment and sludge treatment construction scheme.
Keywords:City River;River dredging;suldge treatment;construction scheme
中圖分類號:TQ639.2文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2013)
一、河道概況
滏陽河被譽為邯鄲市的“母親河” ,擔負著市區雨水排泄和工農業供水的雙重任務。滏陽河城區段河道全長16.8km。1999年開始以來,城區河道陸續得到治理,截止目前已治理河道13.4km,未治理3.4km。
滏陽河城區治理段河道兩岸現狀為硬質護坡或擋墻,形式多樣;河道邊坡及河底為土質軟底,縱坡1/4000左右。現狀河道平均淤積深度約2m左右,最大淤積深度3m,已治理段河口寬度30-50m。本次探討已治理河段清淤長度7.45km,沿河涉及橋梁8座,大部分橋梁凈空高度不足2m。
滏陽河城區段由于大部分治理段已運行多年,在自然和人為的因素下,河道變窄,水流流速緩,河床淤積,部分河段隨意傾倒建筑和生活垃圾,加重了對河道排瀝斷面的影響,致使部分河段過水斷面僅剩10m左右,達不到排瀝的要求,汛期城區雨水受滏陽河城外洪水的頂托,造成城區雨水排除不暢,積水嚴重,給城區人民生活、交通及生產帶來諸多不便和損失,并嚴重地威脅著人民的生命、財產安全。
二、河道清淤制約性因素分析
滏陽河貫穿邯鄲市主城區中心地段,河道沿線多為居民區、商業及公共綠化等,沿河涉及跨河橋梁較多,河道承擔著城市排瀝和工業供水的雙重任務,不僅施工機械作業面有限,而且施工與居民生活、淤泥運輸與環境污染之間的矛盾十分突出。因此科學合理的選擇施工方法與脫水工藝就顯得尤為重要。
三、施工方案比選
(一)河道清淤方案
目前,國內較為常用的河道清淤方法主要分為三種:傳統施工方法、水力沖挖施工方法和環保型絞吸式挖泥船施工方法。
(1)傳統的施工方法也叫干式清淤法。主要適用于河水易排干。清淤時先對河道進行截流,同時進行排水,將清淤河道積水基本排干。然后采用長臂式挖掘機沿河道兩岸進行清淤。該施工方法的優點是易于控制清淤深度,清淤徹底,施工效率高,同時易于觀察清淤后的河底狀況,利用河道兩岸作為臨時棄泥(土)場,避免遠距離淤泥輸送,工程成本相對較低,可以實現車水馬龍的轟動場面。缺點是設備投入較多,相互之間干擾大;對兩岸已建工程設施損壞嚴重;對周邊環境有二次污染,沿河居民對施工的干擾也大。
(2)水力沖挖施工方法也叫半干式清淤法。施工時采用攪吸設備進行攪拌、抽排清淤,同時由工人使用高壓水槍在攪吸設備旁邊予以輔助。半干式清淤與干式清淤的不同之處在于前者并非將河道積水完全排干,而留有10-20cm深河水用于攪拌淤泥,清淤過程需要水源,淤泥輸送方式采用管道輸送,與濕式清淤相同。半干式清淤的優點在于操作簡便,攪吸泥設備體積小,便于穿過橋梁進行施工,而且拆裝、運輸方便;管道輸送避免了運輸途中的二次污染問題,對周邊環境和沿河居民生活基本沒有影響。缺點是高壓水槍、泥漿泵、加壓泵耗電量大;人工費高,工作環境差;管道輸泥距離越遠,成本越高,效率越低,同時需要中斷下游工業供水任務。
(3)環保型絞吸式挖泥船施工方法也叫濕式清淤法。其工作原理是利用吸水管前端環保絞刀和密封罩裝置,將河底泥沙進行切割和攪動,再經吸泥管將絞起的泥沙物料,借助強大的泵力,輸送到儲泥場,它的挖泥、運泥、卸泥可以一次連續完成。由于整個施工過程采用水下施工、密封管道運送,徹底避免了淤泥的二次污染。該施工方法除具備水力沖挖施工的優點外,還具有無需導流、不影響工業正常供水、綜合成本低等特點。缺點是:絞吸船對于河道水深有一定的要求,不同的船型要求河道水深也不同,一般至少需要1.2-1.5m預留深度;對跨橋作業的橋梁高度有要求,當無法通過的橋梁施工時,需要將船只進行拆卸、吊裝;對距離儲泥場超過2km的淤泥輸送,需要泵送加壓才能完成。
綜合分析上述三種施工方法,由于清淤河段位于城區,為避免施工現場和淤泥運輸對城市環境造成二次污染,確保居民生活和工業供水不受干擾,推薦使用環保型絞吸式挖泥船進行河道清淤疏浚施工。
(二) 淤泥處理方案
由于水力沖挖施工方法和環保型絞吸式挖泥船施工方法輸送到儲泥場的淤泥漿主要成分是水,含水率80%,遠遠大于河底水下自然土方的天然含水率。如何減少淤泥運輸污染和占地賠償,已成為城市河道施工急需解決的問題。
目前,國內外淤泥處理的方法主要包括自然脫水干燥法、機械脫水法、攪拌固結法等。
(1)自然脫水干燥法就是通過自然暴曬、人工翻曬、底面脫水、塹壕挖掘等方法,待淤泥含水率降低后再運輸。該方法工藝簡單,直接成本最低,適合處理工程量小、含水率不高、透水、無污染的原狀淤泥。缺點是脫水效率低,干燥周期長,受天氣影響大,且占地多,人工費高,一般適用于市外工程。
(2)機械脫水是目前普遍采用的污泥脫水方法。脫水機械主要有板框壓濾機、帶式壓濾機、真空過濾機和轉筒離心機等。脫水效果差、能耗大、產量低,處理后的淤泥含水率仍在60%以上,形狀成泥團狀,在運輸過程中,淤泥經過震動仍然會有稀泥流落到路面,形成二次污染。該脫水方法一般應用于污水處理廠的少量污泥處理。
(3)攪拌固結法是通過向泥漿中添加FSA泥沙聚沉劑、HEC高強高耐水土體固結劑,進行物理作用和化學反應,加快泥水分離和有害物質處理,最終經過機械擠壓,形成泥餅(含水率40%),便于運輸。污泥干化過程中產生的退水符合國家排放標準,對下游河道沒有污染。
上述三種淤泥處理方法,經過分析,攪拌固結處理效果最好,成本略高于機械脫水工藝,如果考慮遺漏到城市道路上淤泥的人工清掃費和運輸工效,攪拌固結與機械脫水工藝處理成本基本持平,所以擬推薦攪拌固結進行淤泥處理。
四、施工方案設計
針對邯鄲市區段滏陽河特點,為了減少脫水固結設備搬運次數和施工對居民的噪音影響,城區間無合適施工場地,儲泥場和脫水固結設備占地選在河道下游空闊地。河道淤泥漿通過管道輸送至淤泥處理場地進行脫水固結處理,然后將固結后的泥餅外運至外環路之外。
1、清淤疏浚施工工序
2、淤泥處理工藝
泥漿輸入沉淀池進行重力分選,將大顆粒沉淀,漂浮雜物及垃圾通過格柵機去除。利用沉淀池和調節池之間高程差,泥漿在重力作用下自流至調節池,通過泥漿泵將泥漿送入泥漿攪拌機,配料系統加入FSA、HEC等材料,使泥漿與材料充分混合反應。將添加材料后的泥漿泵送至均化池,完成調質調理后的泥漿通過泵送至固液壓濾分離系統進行脫水固結,分離的尾水回注河道,經過固結脫水后含水率在40%以下的泥餅外運至棄土場。
五、結束語
滏陽河邯鄲市城區段河道清淤和淤泥處理施工方案的探討,確定了合理、經濟、有效、可行的城市河道清淤和淤泥處理施工方案,工程完成后,將為城市水系建設、沿岸景觀、亮化美化奠定了基礎,同時,對于開展北方城市河道清淤工作,具有重要的借鑒和推廣意義。
參考文獻:
[1]JTJ319-99《疏浚工程技術規范》;
[2]SL17-90《疏浚工程施工技術規范》;
我國的河流分布廣、數量多,流域面積達到10000萬m2以上的中小型河流有50000多條[1],城市中小河流擔負著防洪排澇、景觀旅游、生態平衡等多種功能,是城市建設的重要組成部分。但是隨著城市化進程速度的加快,城市經濟發展迅速,人口快速增長,城市中小河流的污染、淤積情況也在不斷加劇,水質不斷降低,主要有以下表現:(1)許多中小河流長期接納城市污水,城市河道淤積嚴重,局部地段河底較高、甚至封堵,淤泥污染嚴重,河水生態系統遭到破壞,不利于水體的自我修復;(2)由于城市中小河流上游截流等原因致使補給水源較為匱乏,客水量小,所以稀釋能力差,加上水流不暢,交換能力和自凈能力下降,致使污染物大量沉積,形成淤泥,淤泥中污染物長期淤積于河床底部又再次釋放引起內源污染。同時,河道淤積也會導致河道的行洪能力降低,災害風險提升,一旦到了汛期,遇到大雨暴雨時,極有可能引發雨水漫溢,甚至導致洪災[2]。因此城市中小河流清淤工作刻不容緩。
2清淤技術分析
城市中小河道的清淤方法與大江大河、港口航道的清淤方法有所不同,其具有河道窄、河水淺、單個斷面清淤工程量小、河道兩岸建筑物多、大型機械船通行困難、清淤對象含有各種垃圾等特點。根據這些特點,常被用于城市中小河道清淤的施工方案有搭設圍堰排干河水的干槽清淤和利用船只進行的水下清淤,其中,干槽清淤又根據設備的選擇分為干挖法清淤、泥漿泵法清淤和水力沖刷法清淤,水下清淤根據設備的不同分為絞吸式挖泥船清淤、抓斗式挖泥船清淤及斗輪式挖泥船清淤[3]。分類如圖1所示。
2.1干槽清淤
干槽清淤,指通過構筑臨時圍堰,將部分河道水流排干,在干槽區域進行施工。其中,適用于對干槽進行清淤的施工方式又分為干挖法、泥漿泵法及水力沖挖法[4]。2.1.1干挖法清淤干挖法清淤指采用挖掘機對排干水后的作業區直接進行開挖,挖出的淤泥直接由渣土車外運或者放置于岸上的臨時堆放點。淤泥含水量較大的情況下,采取晾曬或摻土攪拌的方法使淤泥含水量得到控制。干挖法清淤的優點是清淤直觀、徹底,對于設備、技術要求不高,產生的淤泥含水率低,易于后續處理。2.1.2泥漿泵法清淤泥漿泵法清淤指在實施人工簡單清理河道垃圾后,利用泥漿泵直接將淤泥打運至沿岸棄土場。泥漿泵法清淤適合用在斷面窄的河道,其優點是設備調遣方便,挖運吸一體,施工質量較好,不足之處是,前期必須進行人工清理河道垃圾,否則會影響設備運行。2.1.3水力沖刷法清淤水力沖刷法清淤指采用高壓水槍沖刷底泥,使泥漿匯集到事先設置好的低洼區,再由泥漿泵吸取、管道輸送,將泥漿輸送至岸上的堆場或集漿池內。水力沖刷法清淤尤其適合做過河底硬化的河道,可以保護硬化的河底不被機械破壞。但是這種方法相較于干挖清淤,其形成的泥漿濃度低,不便后續處理。綜合上述3個施工方式,干槽清淤適用于流量較小的河道,其優點是施工狀況直觀、質量易于保證,也可以解決清淤對象中含有復雜垃圾的情況。缺點是,由于要排干河道中的流水,很多河道只能在非汛期進行施工,工期受到一定限制,同時,增加了臨時圍堰施工的成本,機械、車輛的進出對河道邊坡和生態系統也會造成一定影響,需要增加后期恢復邊坡的成本。
2.2水下清淤
水下清淤,指具備一定水深的情況下,由船只作為施工平臺,將清淤設備裝配在船上,在水面上操作清淤設備進行淤泥開挖。水下清淤可以通過絞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、斗輪式挖泥船進行。2.2.1絞吸式挖泥船清淤絞吸式挖泥船利用裝在船前的橋梁前緣絞刀的旋轉運動,將河床底泥進行切割和攪動,并進行泥水混合,形成泥漿,通過船上離心泵產生的吸入真空,使泥漿沿著吸泥管進入泥泵吸入端,經全封閉管道輸送至堆場中。絞吸式清淤是一個挖、運、吹一體化施工的過程,采用全封閉管道輸泥,不會產生泥漿散落或泄漏,但泥漿濃度偏低,導致泥漿體積增加,會增大淤泥堆場占地面積。2.2.2抓斗式挖泥船清淤抓斗式挖泥船通過挖泥船前臂抓斗伸入河底,利用油壓驅動抓斗插入底泥并閉斗抓取水下淤泥,之后提升回旋并開啟抓斗,將淤泥直接卸入靠泊在挖泥船舷旁的駁泥船中,開挖、回旋、卸泥循環作業。清出的淤泥通過駁泥船運輸至淤泥堆場。抓斗式挖泥船靈活機動,不受河道內垃圾、石塊等障礙物影響,適合開挖較硬土方或中央帶較多雜質垃圾的土方,但抓斗式挖泥船對極軟弱的底泥敏感度差,容易造成表層浮泥經攪動后又重新回到水體之中。2.2.3斗輪式挖泥船清淤斗輪式挖泥船利用專用斗輪挖掘機開挖水下淤泥,開挖后的淤泥通過挖泥船上的大功率泥泵吸入并進入輸泥管道。經全封閉管道輸送至指定卸泥區。同絞吸式挖泥船類似,采用全封閉管道輸泥,不會產生泥漿散落或泄漏,但斗輪式清淤在清淤工程中逃淤、回淤情況嚴重,清淤不夠徹底,容易造成大面積水體污染。綜合上述3個施工方式,利用機械船進行的水下清淤適合泥層厚度大的河道,其優點是施工過程不受天氣影響,清淤過程不會對河道通航產生影響,施工精度高;缺點是因強烈攪動底泥,容易造成底泥中污染物擴散,同時逃淤、回淤現象也比較嚴重。總體來說,在有條件可以將河道部分排干的情況下選擇干槽清淤,清淤效果最為顯著,在不能夠排干的情況下,通過小型清淤船清淤也可以成為一種選擇。
3施工應用
3.1工程概況
清河發源于北京西山碧云寺,流經海淀區、朝陽區、昌平區,橫跨中關村科技園區,緊鄰五環路和奧林匹克森林公園,在順義區境內入溫榆河,全長23.6km,流域范圍北至西三旗,南至西直門外,西至玉泉山,東至溫榆河,總流域面積21000萬m2,是北京市北部主要城市排水河道。主要支流為北旱河、萬泉河、小月河及仰山大溝、東小口溝等。清河規劃20年一遇洪水流量為158~556m3/s,50年一遇洪水流量為190~690m3/s。經過多年運行,河道內出現了大量渣土垃圾及淤泥,嚴重影響河道行洪安全,影響景觀環境,為了治理和還清清河,保障過流能力,營造良好的水環境,建設宜居生態環境,需要對清河進行清淤工程建設。
3.2清淤方案分析
本次主要工程任務是對清河淤積較嚴重的5段進行清淤,恢復河道設計斷面。確定施工方案考慮以下幾個因素。1)工期:施工工期為2014年4月11日~2014年5月20日,為北京市的非汛期。2)河流情況:清河是北京市北部主要城市排水河道,河水較淺,流速緩慢。3)淤積情況:工程段淤泥平均厚度為45cm,河道內含有大量渣土垃圾及少量生活垃圾,淤泥情況復雜。4)排泥場:施工所在位置附近無法落實排泥場,需要將清除的淤泥直接裝到渣土車進行外運。5)對外交通:工程對外交通線路自巡河路可連接至八達嶺高速、北五環、黑泉路,主要外來物資、施工機械可通過上述道路運抵施工現場,同時將淤泥通過上述道路轉運到棄料場。根據上述河道特點和施工條件,此次清河清淤工程選擇搭設圍堰,排干部分河道,進行干槽清淤,同時也采用干挖清淤法,利用挖掘機進入河道直接對淤泥進行開挖。
3.3施工
各段清淤時均采用機械為主人工配合的方式清理,此次施工,在前期工作:測量定點、修建河道兩岸施工馬道及洗車池、搭設圍堰及圍堰內抽水結束后,先由挖掘機將淤泥集中(人工配合將零散淤泥集中),再由裝載機運輸到馬道附近集料,由挖掘機按淤泥∶土=1∶0.5摻拌土,最后由車輛運輸到渣土消納場所。為保證車輛運輸不對市區環境造成污染,施工現場車輛出入口分別設置洗車槽,同時鋪設無紡布,并安排專人進行車輛清洗工作,對每輛渣土外運車輛須經打掃車輪、車廂后方可放行。在渣土運輸的區間段內安排清潔人員,隨時對車輛散落下來的土塊、泥塊進行清掃,并安排專人進行巡視、值班、組織路通。
4結論
城市中小河道的清淤工程既有傳統清淤的“疏通”目的,也就是解決排澇、防洪、灌溉功能保障的目的,也有改善河道水質,促進生態系統健康,提升河道景觀的深層目的。因此,從清淤的前期工作、方案制定、工藝選擇、工程實施的所有環節中,必須保證這種“多目的”清淤的特征。在清淤方法多種多樣的情況下,依據清河河道、水流等的特點,進行各方面的分析論證,成功地利用“干挖清淤法”的清淤方式,實現了清河清淤的目的,取得了很好的效果,實現了“水清岸綠,循環流暢,生態健康,人水和諧”的目標。為城市中小河道清淤積累了經驗。
作者:王亞閣 單位:北京翔鯤水務建設有限公司
【參考文獻】
【1】張曉蘭.我國中小河流治理存在的問題及對策[J].水利發展研究,2005(1):68-70.
【2】包建平.中小河道治理中的清淤及淤泥處理技術[J].水資源保護,2015,31(1):56-68.
【關鍵詞】地基處理;沉降;拋石擠淤;軟土地基
1 引言
拋石擠淤是在軟土地基處理上采取強迫換土措施的一種新興方法。《建筑地基處理技術規范》中,僅將其作為一般的強夯置換法進行考慮。與強夯法和置換法有很大不同的是,它通過拋投一定數量的大尺寸碎石、塊石,將淤泥擠出并占據其位置,并在填石層上利用強夯夯實,進一步達到碎石間空隙的擠淤,起到提高地基強度和承載力,減小沉降量,提高土體的穩定性的作用。特別適用于潮濕濕軟的洼地,淤泥厚度層較薄,表層沒有硬殼,擠壓片石時容易沉達底部的軟土地基上采用。由于拋石擠淤法不用抽水排水、不用挖淤,施工簡單迅速,在合適的工況下可優先選擇使用。
本文結合一項天津地區大面積場區平整項目,從方案選擇、施工、后期檢測等方面對拋石擠淤地基處理的全過程進行了介紹,可供在相近地質條件下工程參考。
2 地區地質概況
天津沿海地區屬于三角洲相沉積,具有斜層理和夾層。在靠近海岸線地區,密布較多的濕地、鹽沼和河塘。天津屬濱海沖擊平原,成土歷史短,地下水位淺,土中含有一定量的有機質,土的固結程度很差。部分地區淺層土天然含水量和天然孔隙比很大,屬于淤泥質細粒土,具有壓縮性大、承載能力低、排水性差等特點。工程建設時應引起重視,避免產生大面積的地面下沉或不均勻沉降。而拋石擠淤能很好的解決海相、湖沼相、三角洲相等河流沖積物軟土問題,在天津沿海地區進行場區建設有很廣的應用市場。
3 場區軟基處理技術方案選擇分析
由于場區為堰塘地區,淤泥深度較厚大于4m,淤泥下臥軟弱層。拋石不能完全沉到底部,處理后會產生工后沉降。考慮到淤泥厚度大于處理的臨界厚度,全部挖出淤泥進行置換換填,挖除淤泥量大而使作業困難,處置麻煩,換填砂石量大,造價高。經論證,確定先挖出部分淤泥達到處理的臨界厚度,然后再進行拋石方法處理。能比換填方法加快速度,節省工期和降低造價,與直接拋石施工相比較,質量更能得到保證。
4 施工準備與技術方案
4.1 施工準備
施工前,應調查擬施工區域周圍的排水情況,以保證擠淤產生的水流能排出施工區域,并同時避免其他水流流入。為保證原料充足連續施工,應備有足夠量的片石堆放場,片石宜采用不易風化的大石塊,浸水抗壓強度不小于20MPa,其尺寸不應小于0.3m。
4.2 技術方案
拋石擠淤的施工工藝順序:測量放線―排除地表水―清淤―片石擠淤―碾壓―第2次清淤―再次片石擠淤―表層處理―碾壓―砂礫石鋪設或者土工合成材料處治―再碾壓。
施工中,先劃分場區范圍并確定施工單元,以15~20m寬度作為一個處治單元。為保證施工連續、材料充足,應提前備足片石量;片石可以分散卸在靠處治單元邊緣的側邊。實測好地面的高程,簡單清理地表,就可以用挖掘機挖除表面淤泥。其挖出的淤泥可臨時堆碼在已經處治的單元,然后及時運出施工區域。擠淤時,小塊片石可采用人工投擲,大塊片石可采用挖掘機將片石擺放平整。擺放的同時進行夯打,保證片石沉入淤泥底部,繼續夯打至沒有明顯沉陷為止。片石粒徑宜大于30cm,人工或機械投擲片石施工時,要求均勻,拋投時大小搭配。投擲完后進行碾壓,壓路機強震壓力不少于50t,對投擲的片石要反復碾壓。壓實后達到整體密實,無回彈現象即可。
碾壓完畢后,在其上部換填小粒徑片石作業。換填的片石應該層層鋪擺,用小碎石填縫,并采用重型振動壓路機碾壓,直到碾壓穩定無明顯輪跡為止。
由于施工場區較平坦,拋填從場區中心開始,向前行進,同時向兩側對稱拋填至全寬,將軟土分別向兩側擠出。遇有個別起伏較大地段時,應在低側部位多拋填,處理至片石拋出軟土面即與周圍地形高度基本一致,然后再按正常拋填進行施工。一次拋填完成后,大石塊間空隙較大,可用較小石塊填塞墊平,用重型壓路機壓實至穩定。穩定與否,可根據壓路機碾壓時觀察有無碾壓回彈或下沉現象產生。不發生上述現象就可以認為拋填片石已經被碾壓至穩定狀態了。
拋石擠淤完成驗收,即可進行土工合成材料處治層的施工。先在經碾壓穩定的片石表面上鋪設10cm厚的碎石和10cm厚砂墊層。碾壓密實后,鋪設土工隔柵。土工格柵采用尼龍繩縫接或U形釘連接等方法將格柵單元連接成一整體。土工合成材料在存放以及鋪設過程中,應盡量避免長時間暴曬或暴露,以防性能劣化。因此,鋪設完一層土工格柵后,應及時進行基層填筑。基層鋪筑按“先兩邊,后中間”的原則施工。
5 關鍵作業過程控制
5.1 清淤
(1)清淤寬度按照1:1.5放坡系數確定放坡寬度,再加3m施工工作面,以預防邊坡處淤泥滑坡影響正常施工。
(2)根據施工力量確定合適的處治單元。
(3)自卸車將淤泥運至規定棄土場內,對于流動性較大的淤泥采用封閉式自卸車運輸,以免污染環境。對運輸路線,安排專人清理運輸途中掉落的淤泥,以不污染行進路面。
(4)如遇淤泥的流動性大難以堆放,可簡單磚砌一座高1.5m棄土場,將挖出的淤泥運至棄土場內晾曬,失水穩定后供綠化用土或復耕用土。
5.2 地表清理
拋石之前,地表應進行清理,避免以后使用過程中因雜質而產生腐蝕性物質,影響地基承載性能。清理的物質包括表層土、植物的根莖與亂石垃圾等,清理可采用人工配合挖掘機清除。清理后拋石前,可進行挖淤,并將挖出的淤泥運出場區外。
5.3 投拋片石
拋石,采用挖掘機和人工配合的行進占位法進行,分層拋填。第一層的拋填厚度,要能給施工機械提供繼續施工的工作面,并要有一定的承載能力,保證挖掘機不沉陷。若發現片石碾壓后沉降量較大,則需再拋一層片石進行碾壓,直至片石沉降量滿足要求。為保證碾壓機械正常工作而不致陷入,應先進行初步擠淤,利用片石的自重下沉,下沉穩定后再采用自重較大的推土機、挖掘機等履帶式施工機械進行往返碾壓。履帶機械底部接觸面積大,配合推鏟能保證機械不傾倒。
5.4 檢測
處治完畢后進行沉降觀測,與挖坑探查法相結合能有效檢驗拋石擠淤的效果。在確定場區的觀測點后,進行沉降桿安裝,精確測定初始高程作為后期對比數據依據。每壓實一遍后,即觀測檢測點的高程,并將兩次高程進行對比,沉降差控制在3mm以內即可判定沉降穩定,壓實度滿足要求。檢驗合格后,方可進行后續施工。檢驗不符合要求,須查明原因,采取措施或繼續碾壓,直到合格。
6 沉降與沉降差檢測
為保證拋石碾壓均勻,處理后的地基力學性質相近,需要進行全范圍內沉降差觀測。觀測點設置方式,應根據場區面積梅花形布置,中間一點,其他4點布置在中間點周圍,點間隔60m左右。沉降觀測,在拋石達到自然標高后,采取埋設鋼板制作的沉降板配合沉降桿進行。沉降桿與保護套管要嚴格垂直,使沉降桿位于套管中間并與套管保持豎直平行。施工期內,每填筑1 m觀測記錄一次。施工過程中沉降差檢測結果如下表1所示。
表1 拋石后強振碾壓沉降差記錄表(mm)
點位 第3遍碾壓 第4遍碾壓 第5遍碾壓 第6遍碾壓 第7遍碾壓
左上-1 35 28 20 10 4
左下-2 30 21 14 9 1
中間點-3 30 22 14 9 2
右上-4 30 20 15 8 3
右下-5 25 20 13 8 1
根據7遍碾壓的沉降差變化,可以確定整個地基處理范圍內的沉降是否穩定,可以定性判定壓實度是否滿足要求。碾壓到第7遍時,地基土體重新排列基本成型,觀測點間的沉降差小于3mm即可滿足穩定要求。填筑完畢后進行后期沉降觀測,第一個月每3天觀測記錄一次,第2至3個月每周觀測2次,3個月后每一個月觀測2次。統計每個月內觀測數值,1~9月的沉降曲線如下圖1所示。
圖1 時間與沉降關系曲線
由上圖1可看出,地基沉降隨著時間而增大。在1~3個月的時間內,地基沉降曲線斜率很大,沉降量大;其后的時間內,其沉降變緩,表現為曲線斜率變小。在5個月后,曲線變得很平緩,說明沉降隨著時間發展緩慢,可認為處理地基趨于穩定。由沉降圖分析可見,處理過的地基需經過5~6個月才能穩定。在短時間內,土體內部結構的重新排列需要一個過程,地基完全穩定是不可能的,但后期的緩慢沉降不影響地基的承載性能和使用要求。
7 結語
拋石擠淤施工工藝適用于處理表層淤泥厚度不大于7m、上部構造的荷載一般不大于250kPa,且場地附近片石來源豐富的地區。但是,拋石擠淤的某些研究仍在繼續。以后的研究中,對于基底的沉降變形特性和拋石部分的沉降變形特性需進一步分析,擠淤碾壓的置換深度需要研究確定,以便更準確的找出沉降的主要來源,更好的控制沉降。
參考文獻:
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關鍵詞: 閉氣土吹填粘土填筑防滲
中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A 文章編號:
一、閉氣土變更前后方案說明
1.原設計粘土填筑方案說明
青島膠州灣三河入海口岸線保護工程,北起北環路,南至濱海大道,總長度約為9.6km,工程建設內容包括青島膠州灣產業基地圍海堤、擋潮閘及相關的道路、景觀工程等。其中基地圍海工程是青島膠州灣產業基地防洪體系的重要組成部分,工程的任務為防洪、擋潮、排澇、蓄水,而閉氣土設計是海堤工程的重要組織部分,起著防止圍堤滲水,隔斷海水,實現圍海堤內側新建景觀湖海水淡化的重要作用。圍海堤工程閉氣土初始方案為:在圍海堤內側修筑拋石子堤,在子堤與主堤施工便道位置分層回填粘土,其中靠主堤施工道路側5米范圍內填筑壓實度不小于90%,其它部分密實度不小于85%,上覆種植土并綠化。標準斷面圖如下:
原設計閉氣土標準斷面圖
2.變更后吹填方案說明
2011年11月份,結合現場考慮到施工場地灘面承載力低,難以采用陸上推填的方式填筑粘土,海上拋填也受到水深淺的限制無法實施,擬將閉氣方式改為堤內側吹填粉質粘土的型式:主堤內側先布置一道沖砂管袋圍堰,堰頂高程2.80m,充砂管袋袋布采用380g/m2(200g/m2抗老化編織布+180g/m2無紡布)。吹填高度2.50m,吹砂寬度32m,吹填砂采用如上圖標識6-2層淤泥質粉質粘土,要求取土坑離工程范圍100m以上。施工道路側設二級護坡,采用粘土分層壓實,壓實度不小于90,頂高程3.50m,寬5m,按1:3放坡至2. 5m高程。吹填典型斷面如下圖:
二、閉氣土變更前后方案對比分析
1.施工工況分析
首先粘土回填方案如變更說明所說,“施工場地灘面承載力低,難以采用陸上推填的方式填筑粘土”。顯而言之,一般海灘位置表層土質含水量大,土性較差,承載力極低,限制了運輸車輛及推填設備的選擇,一般只能選小、輕型設進行施工,且一般會增加土方的二次倒運,因此需要的設備增多、管理難度大。再次施工過程中,根據現場情況工程車運輸直接于倒主堤或施工便道側邊再由推土機推填至填筑位置會多次擾動原海灘面土層,很可能會導致海灘面淤泥隆起,增加處理難度。另外車輛在倒運過程中對已填筑部位土方也有一定的沖擊力、易破壞已施工的土方。上述問題在2011年度上半年,施工K0+880—K2+800段時,均有不同程度的出現。
而吹填方案與之相比較,一般吹填設備,在吹填過程中,可以選用對海灘面擾動較少的管道直接輸送至吹填位置,采取一定措施后可一次吹填到設計標高,施工速度較快,且不會對影響主堤施工。但吹填施工需要從海底面取吹填土,對現場可取用土質有一定要求,若土質不理想則不能采取這一方案。
2.造價分析:
本工程,粘土當地價格16元/m3,工程實際清單價格,粘土填筑方(水上)77.89元/m3,粘土填筑方(陸上)54.25元/m3,閉氣土部分造價為1950萬元。至2011年11月份粘土漲價至27元/m3,估計閉氣土造價為2800萬元;吹填土吹填管袋98.66元/m3,吹填粉質粘土21.27元/m3,閉氣土部分造價為1793萬元。
通過上述數據可以看出,粘土價格上漲之前,粘土填筑方案與吹填方案價格相差不但,但粘土漲價后粘土填筑價格增加較多。
3.兩方案施工要求對比
3.1粘土填筑施工要求:
3.1.1填筑前應先做好開山石施工道路和閉氣土之間的反濾層。
3.1.2選擇含質量較好的粘土,并保證壓實度,以確保閉氣效果。
3.1.3因海灘面表層為淤泥質粘土填筑需要分層填筑并用小型壓實機械靜壓密實,分層填筑需控制填筑速度,避免引起灘面淤泥過大隆起及前一層表面開裂,破壞閉氣效果,若表面開裂必須采取措施處理。
3.2吹填填筑施工注意事項:
3.2.1吹填開始前也應先做好開山石施工道路和吹填砂之間的反濾層,反濾土工布應挖除坡腳淤泥至原狀高程后再鋪設。
3.2.2吹砂頂臨圍區側需設置排水溝,沖砂管袋圍堰每隔200m設排水口。還需對沖砂管袋圍堰外坡進行防護,本工程采用30cm厚干砌塊石護坡,坡比1:2.5,下設15cm碎石墊層,1.00m高程設漿砌塊石鎮腳,1.00m以下設80cm厚拋石護腳和20cm厚碎石墊層和反濾土工布一層。
3.2.3吹填需考慮預留沉降,本工程設計預留沉降,沖砂管袋沉降海灘面-1.00m高程部分按1.5m估算,其余按1m沉降估算;吹填砂施工期沉降按0.1m考慮,并考慮吹填損失率為10%。
3.2.4通過管道送至吹填位置過程中,會產生一定的污染,可能會對當地養殖造成影響。
3.2.5吹填過程中需對土質進行檢查,須注意充填管袋所用宜為砂或粉細砂,以便管袋快速固結,盡快起到擋土作用,吹填土為粉質粘土,粘性土質是是保證閉氣效果的關鍵之一。
4.施工完成后效果對比,
變更前后方案都能達到閉氣效果,但相比較,直接用粘土填筑完成后,可以直接上種植土進行綠化等后續施工,不必特別處理,更便于后期施工,前期方案就是考慮上述情況采選擇粘土填筑,而吹填完成后,必須采取一定的固結措施,必要注意觀察沉降固結后,表面是否有加固結裂縫等,沉降過大等情況,若發現后必須進行處理,后續施工需要固結基本穩定后才能進行,施工周期較長。
【關鍵詞】水工建筑;基坑開挖施工;措施分析
【 abstract 】 in hydraulic structure in the process of project construction, excavation is successful, it will be able to the whole of construction of the project is the most direct result, while the effect of foundation pit excavation of engineering needs not only the amount of calculation for the calculation of strictly objective, and work out the more perfect construction scheme, once the foundation pit some quality problems, is very easy to create the building happen the problem such as craze, which affects the normal use of buildings and life. This article in view of the hydraulic construction project in the process of foundation pit excavation in all the necessary technical measures are discussed, and some have pointed countermeasure.
【 key words 】 hydraulic structure; Foundation pit excavation construction; Measures analysis
中圖分類號: TV551.4 文獻標識碼:A文章編號:
隨著我國社會經濟的快速發展,我國的建筑行業也獲得了前所未有的發展空間,各類工程建筑項目的數量呈現出了逐年上升的趨勢,其中,水工建筑工程就是最具代表性的一種。水工建筑工程中的地基通常可以劃分為砂礫石地基、土壤地基和巖石地基三種,因為工程施工的水文地質和工程地質條件會對整個水工建筑工程的施工質量造成直接的影響,所以,在進行基坑開挖時,必須對工程的施工條件進行嚴謹的分析,并制定出具有針對性的施工方案。由于天然地基通常會存在不同形式和不同程度的自然缺陷,因此,在進行建筑施工前,必須對施工部位的地基進行一定程度的人工處理,使其具備足夠的耐久性、抗滲性、整體性和強度,從而為水工建筑工程的施工質量打下良好的基礎。
一、巖基開挖所需的措施
壩基開挖是整個基坑開挖施工中一個關鍵性的環節,這一施工環節將會對整個基坑開挖的安全、進度和質量造成直接的影響,所以,在施工過程中要解決好下述幾項問題:第一,選擇合理的開挖技術,保證開挖的質量。巖基開挖的最常用的措施是鉆孔爆破法。在壩基巖石開挖前,使用分層的梯段式松動爆破;在邊坡的輪廓面實施基坑開挖,使用預裂爆破成光面進行爆破;在相近的水平建基面上,預設巖體保護層,采用分層式的爆破方法,將保護層完全爆破。對于開挖偏差的具體要求包括:對于節理裂隙中硬和堅硬的巖體,以及發育、較發育和不發育的巖體,水平建基面開挖的高程偏差要控制在20cm之內;邊坡輪廓面的設計開挖偏差,在一次鉆孔深度開挖時,要控制在挖高度的2%左右;在分階段開挖時,整體邊坡平均坡度和最下階段坡腳位置的偏差都必須完全符合設計需要。第二,選擇適當的開挖形態和范圍。基坑開挖的范圍通常由水工建筑物工程的平面輪廓所決定,同時,還必須滿足支撐、立模、施工排水、道路布置和機械運行等的需要。放寬范圍通常在幾米至十幾米之間,且具體的放寬范圍要依據實際情況而有所不同。基巖面開挖后,要盡量保持基巖面能夠適當向上游傾斜,但高差不能過大,且要盡量平整,只有這樣才能夠保證水工建筑物的牢固性和穩定性,從而防止基巖的應力集中和出現尖突。第三,安排合理的開挖程序。由于水工建筑基坑開挖會受到施工空間、時間和地形等的限制,因而水工建筑物中的基坑開挖施工較為集中,且施工中的安全問題較為突出、工種多且復雜。所以,整個的基坑開挖程序基本應遵循先岸坡后河槽、自上而下的原則。若河床較寬,還可以適當選擇在岸坡和部分河床處進行平行作業,但要采取嚴格的安全控制措施,且無論是岸坡還是河床部分,都要實施逐步下降、分層開挖、內上而下的開挖順序。第四,做好基坑開挖排水工作。圍堰實施閉氣后,要立刻將圍堰滲水和基坑積水全部排除干凈,并鋪設好排水設備,建立排水系統,保證實現邊排水、邊下挖基坑,盡量控制和降低基坑內的水位,以防止積水干擾基坑開挖的順利進行。
二、軟基開挖所需的措施
軟基開挖的施工措施大體上與普通土方開挖措施相同,但由于施工的地基條件較為特殊,因而,具體的施工技術會有所不同。
一方面,軟基開挖地基處會存在較多的淤泥,這些淤泥通常具有人無法立足、水分多、顆粒細的特點,所以,要根據淤泥情況的不同,采取不同的處理措施。
第一,稀淤泥。這類淤泥的特點是裝筐易漏,此挖彼來,流動性大,含水量高。所以,若稀淤泥層面積很小且很薄,則可先倒入干砂,利用挖掘機或其他吊裝機械運輸砂料,使其進占擠淤,將淤泥變為土埂,再進行挖除作業,由于稀淤泥含水量高,在進占擠淤時會有豐富的水分瀝出,因此施工時須在開挖場地四周設置排水溝及集水井(尺寸視實際水量而定,但一般排水溝尺寸不小于500×500cm,集水井尺不小于1000×1000×1000cm),瀝出水分集中到集水井后立即由泥漿泵抽排,以保證工作面干爽以達到淤泥變土埂的目的。若淤泥面積較大,需要填筑大量的土埂,則可實施分區治理,防止淤泥亂流;若淤泥面積廣、深度大,則可在淤泥處實施分區圍埂,將淤泥排入周圍挖掘好的深坑內。
第二,爛淤泥。這類淤泥具有粘鍬不易脫離,鍬插難拔,熟稠,含水量小和淤泥層較厚的特點。所以,在進行開挖時,可先在鍬上沾水,從而防止淤泥粘鍬,還可選擇五股釵或三股釵來替代淤泥進行開挖作業。
第三,夾砂淤泥。這類淤泥中通常會有幾個或單一的夾砂層,若淤泥層較厚,則可選擇前述的幾種挖除方法;若淤泥層較薄,則可先把砂面完全晾干,達到能夠站人的程度,再進行挖除。在挖除淤泥時,可將下層的淤泥同時挖除,使新砂面完全暴露,而不能把夾砂層挖混,從而給基坑開挖工作帶來困難。
第四,機械開挖淤泥的措施,在淤泥開挖過程中施工機械的選擇、施工道路的結實與否猶為重要,而于淤泥基礎上施工道路的修筑及養護更是影響能否順利施工的關鍵。土方開挖機械一般為挖掘機挖裝、自卸型運輸車運輸,由于在淤泥區作業,故開挖施工前可考慮在滿足進度要求前提下選用較小型號的機械以降低其自重減少對道路及工作面的破壞。
淤泥的機械開挖:1、挖掘機械的選型,淤泥地塊一般地處地勢較低洼地帶,所以選用反鏟挖掘機機以便于開挖裝卸。在開挖機械選型時應按高、低搭配,高(大)型號機械負責常規淤泥挖裝,低(小)型號的在高(大)型號機械不能或難以到達的地方可作補充及輔助。例如:選用日本小松PC200及PC120型反鏟挖掘機作高低搭配的淤泥開挖機械,PC200型作主力開挖機械,PC120型輔助。2、運輸車輛,一般運輸車輛為6輪輕型和10輪重型自卸車,車輛的選擇亦選用高低搭配。3、淤泥的開挖,與常規的土方開挖不同,淤泥開挖水量大、易塌方。施工中分層開挖、一次開挖深度不能過深,要控制是2.0m范圍內,必要時在施工道路及基坑邊沿打設松木樁及木板或砂包作圍護;開挖基坑中要及時排水,在基坑邊沿設置排水排及集水井,采用泥裝泵將積水強排至工作面以外,保證基坑無積水。
另一方面是泉眼的治理。泉眼的產生主要是由于基坑排水較為困難,導致地下水局部滲入薄弱的土層中,并流出地面,或是由于地基深層承壓水擊穿土層所導致的。泉眼問題通常發生在基坑開挖的地質鉆孔部位。若泉眼水是清水,則可直接將水引向集水井,并排出基坑;若泉眼水為污水,則可先拋鋪一層石子和一層粗砂,使其達到過濾污水的作用,渾水變為清水后,再利用上述清水排除方法,將清水引入集水井,并排出基坑;若泉眼處在水工建筑物的底部,則首先要在泉眼上層鋪設一個砂石過濾層,在泉眼中插人鐵管,從而將泉水引出,并澆筑在混凝土層上,最后使用較干的水泥砂漿把排水管完全堵塞。
最后,流砂的處理。使用明式開挖排水基坑時,由于存在較大的水力坡降,會導致滲流挾帶細砂從坑底向上冒 ,或者是在邊坡上出現流土、管涌等現象,這一現象就叫做流砂。流砂現象通常發生在非黏性土層中,主要與砂土的動水壓力、黏粒含量、空隙率和含水量等因素有關,在中砂和細砂中也較為常見常,治理流砂的主要方法是處理好“排”與“封”的問題。“封”即是將開挖區的流砂封閉起來;排”即是及時將流砂層中的水排出,降低含水量和水力坡度。若坑底翻砂冒水,則可在較低的位置挖沉砂坑,將竹筐或柳條筐沉入坑底,水進筐內而砂被阻于其外,再然后將筐內水排走。然而,對于被面流砂來說,當土質允許且流砂層較薄時,則可采取開挖方法,通常放坡比例為1:4至1:8不等,但要同時擴大開挖面積,增加工程量。因此,基坑開挖中,常采取以下措施進行治理。當挖深不大、面積較小時,可以來取護面措施。第一,柴枕護面。在坡面上設置爬坡式的柴枕,坡腳設排水溝,溝底和兩例均鋪柴枕,以達到濾水拌砂的效果。若基坑坡面較長、基坑挖深較大,則應采用柴枕攔砂的方法,即在坡面滲水范圍的下側打入木樁,樁內疊鋪柴枕。第二,砂石護面。在坡面上先鋪一層粗砂,再加適量的小石子,每層厚度在7cm左右,形成一個反濾層,坡腳挖排水溝,也設置相同的反濾層。這樣不僅能夠防止滲水流出時挾帶泥沙,而且能夠防止坡面徑流沖刷。
三、總結
綜上所述,在水工建筑工程的施工過程中,基坑開挖的質量會對整個工程的質量造成直接的影響,若基坑開挖存在質量或設計問題,則會嚴重影響工程施工的質量和建筑物的使用壽命。因此,在進行水工建筑工程施工前,設計人員和施工人員都對施工地點的水工條件和地質條件進行嚴格的勘察,對存在的各項地質問題進行針對性的人工處理,使其具備施工所需要求,從而為整個施工的順利進行提供保障,同時,要采取適當的建筑施工技術和措施,以保證水工建筑工程基坑開挖的質量。
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