砂礫層復(fù)合防滲體的研究與應(yīng)用

胡朝輝，柯萍萍

（中國水利水電第一工程局有限公司基礎(chǔ)工程分局，遼寧大連 116041）

1 工程概述

哈達(dá)山水利樞紐工程位于第二松花江干流下游前郭灌區(qū)哈達(dá)山泵站上游200 m處，由樞紐工程、防護(hù)區(qū)防護(hù)工程和輸水工程組成。樞紐工程有擋水土壩、溢流壩、河床式電站、重力壩及渠首閘組；防護(hù)區(qū)防護(hù)工程由防護(hù)堤、強(qiáng)排站和排水溝等組成，輸水工程則包括輸水干渠、花道泡連接渠道、洪字泡引水支渠及其交叉建筑物。

防護(hù)區(qū)堤基防滲處理措施采用復(fù)合防滲體形式的截滲墻，即中砂層和礫質(zhì)粗砂層采用多頭小直徑深攪工藝形成水泥土截滲墻，細(xì)礫層、砂卵礫石層及粉砂質(zhì)泥巖層采用高壓噴射灌漿工藝形成高噴防滲墻，水泥土截滲墻軸線位于高噴防滲墻軸線內(nèi)側(cè)0.3 m（高噴防滲墻靠近迎水側(cè)），在水泥土截滲墻與高噴防滲墻相接的0.6 m范圍再重疊采用高壓旋噴一次，搭接長度不小于0.6 m，保證復(fù)合防滲體的整體嚴(yán)密性。防滲墻厚0.2 m，墻基礎(chǔ)打到巖基以下0.5 m，最大埋深18 m。

2 工程地質(zhì)

防護(hù)區(qū)堤基大部分地層主要分五層，自上而下依次為：中砂層、礫質(zhì)粗砂層、細(xì)礫層、砂礫卵石層含少量粘性土層和粉砂質(zhì)泥巖。其中細(xì)礫層厚度不一，分布不均勻，且普遍存在于截滲墻施工地段，主要地質(zhì)層情況如下。

1）中砂層：粗粒平均值為12.7%，細(xì)粒平均值為64.2%。

2）礫質(zhì)粗砂層（6—11）：飽和、中密，厚度 1.4～15.8 m。其中，卵石最大值為4.8%，平均值為2.3%；粗中礫最大值為30.2%，平均值為10.1%，細(xì)礫最大值為29.1%，平均值為17.4%；粗砂粒最大值為45.5%，平均值為32.7%，中砂粒最大值為54.5%，平均值為24.5%。

3）細(xì)礫層：中密-密實(shí)，卵石平均值為9.2%，且卵石有局部集中現(xiàn)象，最大占19.5%，見有超徑卵石（大于110 mm）；礫石平均值為53.3%，其中，粗中礫石平均值為23.8%，最大值為36.2%，細(xì)礫石平均值為29.5%，最大值為61.4%，粗砂粒平均值為17.6%。

4）砂礫卵石含少量粘性土層（6-13）：密實(shí)，厚度0.2～1.1 m。其中，卵石最大值為8.7%，平均值為3.2%；粗中礫石最大值為25.1%，平均值為17.8%，細(xì)礫最大值為19.3%，平均值為16.6%；粗砂粒最大值為24.4%，平均值為20.0%，中砂粒最大值為18.6%，平均值為16.6%。

5）粉砂質(zhì)泥巖層（12-2）：紫紅色、灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯呈泥柱狀，上部0.2～0.3 m為全風(fēng)化狀態(tài)，下部為強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，巖石的揭露厚度為0.9～3.9 m，巖面高程 121.54～125.19 m 。

3 復(fù)合防滲體設(shè)計(jì)要求指標(biāo)

1）水泥土防滲墻設(shè)計(jì)要求指標(biāo)：墻體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1 MPa；滲透系數(shù)不大于i×10-6cm/s（1≤i＜5）；滲透破壞比降不小于100；設(shè)計(jì)允許滲透比降為50；成墻平均搭接尺寸為100 mm（要滿足最小成墻厚度）；成墻最小厚度（有效厚度）不小于200 mm；攪拌樁的垂直度偏差不得超過0.5%。

2）高噴防滲墻設(shè)計(jì)要求指標(biāo)：擺噴最小厚度不宜小于13 cm；滲透系數(shù)不大于i×10-6cm/s（1≤i＜5）；墻體抗壓強(qiáng)度，礫質(zhì)粗砂及細(xì)粒層2～5 MPa；滲透破壞比降不小于200；高噴灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差應(yīng)小于2 cm；鉆孔為垂直孔，其偏斜應(yīng)小于1%。

4 復(fù)合防滲體施工

4.1 復(fù)合防滲體

1）水泥土截滲墻試驗(yàn)墻體滲透系數(shù)分析

水泥土截滲墻試驗(yàn)墻體進(jìn)行了鉆孔取芯，按照YS 5214-2000《注水試驗(yàn)規(guī)程》，在取芯孔內(nèi)進(jìn)行了注水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示厚中粗砂層墻體的滲透系數(shù)為8.57×10-7cm/s，細(xì)礫層墻體的滲透系數(shù)為4.81×10-6cm/s，由此可知在細(xì)礫層中水泥土截滲墻體質(zhì)量明顯下降。

2）水泥土截滲墻試驗(yàn)墻體施工參數(shù)分析

水泥土截滲墻試驗(yàn)施工中多次成墻至設(shè)計(jì)墻底高程的各成墻單元水泥摻入比過大，厚中粗砂層的實(shí)際水泥摻入比平均值為31.1%；細(xì)礫層的實(shí)際水泥摻入比平均值為31.7%。同時(shí)，一次成墻至設(shè)計(jì)墻底高程的各成墻單元水泥摻入比也較大，厚中粗砂層的實(shí)際水泥摻入比平均值為18.1%；細(xì)礫層的實(shí)際水泥摻入比平均值為27.9%。

細(xì)礫層水泥土截滲墻水泥摻入比過大，且一次成墻率只有38.9%，由此可知，在該地質(zhì)條件下的細(xì)礫層中不宜進(jìn)行深層攪拌法施工。

3）水泥土截滲墻試驗(yàn)墻體施工工效分析

水泥土截滲墻試驗(yàn)中一次性成墻單元的施工用時(shí)情況為：厚中粗砂層，下沉平均用時(shí)為2.0 min/m，上提平均用時(shí)為1.2 min/m；細(xì)礫層，下沉平均用時(shí)為4.3 min/m，上提平均用時(shí)為2.8 min/m。

水泥土截滲墻施工工效在細(xì)礫層中比在中粗砂層中平均降低了2.2倍，由此可知，在該地質(zhì)條件下的細(xì)礫層中不宜進(jìn)行深層攪拌法施工。

通過咨詢國內(nèi)有關(guān)專家對該地質(zhì)條件下水泥土截滲墻試驗(yàn)結(jié)果的分析意見，原純水泥土截滲墻變更為由水泥土截滲墻和高噴防滲墻相結(jié)合的復(fù)合防滲體，以綜合兼顧工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等因素。

4.2 施工方法

水泥土截滲墻施工機(jī)械主要采用SPM-5型深層攪拌樁機(jī)，三頭深層攪拌樁機(jī)一次單往復(fù)下沉、提升完成一個(gè)成墻單元。下沉?xí)r墻體每米噴漿量為每米噴漿總量的80%，上提時(shí)為20%，3個(gè)攪拌頭中，兩側(cè)攪拌頭噴漿，中間一個(gè)攪拌頭通風(fēng)。攪拌頭直徑不小于395 mm，軸距325 mm。

先施工水泥土截滲墻，間隔7～10 d之后，在水泥土截滲墻施工軸線外側(cè)（迎水側(cè)）30 cm處，施工高噴防滲墻，其主要施工機(jī)械采用GP1800型高噴臺車進(jìn)行灌漿，孔距采用1.3 m，分二序孔施工,Ⅰ序孔擺角60°，Ⅱ序孔擺角30°，采用對接結(jié)構(gòu)形式布置，鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)φ130 mm合金鉆頭、膨潤土泥漿護(hù)壁鉆孔，孔深入泥巖0.8 m。高壓噴射灌漿噴射軸線與高噴防滲墻軸線夾角為0°，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔施工間隔時(shí)間不小于48 h。當(dāng)擺噴提升到水泥土截滲墻底高程以上0.6 m時(shí)，停止擺噴，噴管下沉0.6 m后進(jìn)行旋噴提升，重復(fù)此段0.6 m的旋噴搭接施工，形成高噴防滲墻與水泥土防滲墻的有效搭接。

4.3 砂礫層中施工遇到的問題及其處理方法

1）砂礫層中施工遇到的問題。在砂礫層中水泥土截滲墻施工遇到地層受阻，造成水泥土截滲墻底呈現(xiàn)臺階狀或者相鄰水泥土成墻單元間存在缺漏無法形成連續(xù)底部整齊的水泥土截滲墻。

2）處理方法。地層受阻造成相鄰水泥土成墻單元間存在缺漏，采用旋噴補(bǔ)孔進(jìn)行補(bǔ)缺，在水泥土截滲墻成墻單元間缺漏間距不大于700 mm時(shí)，采用一個(gè)旋噴搭接孔進(jìn)行補(bǔ)缺；當(dāng)間距大于700 mm時(shí)，采用兩個(gè)或兩個(gè)以上旋噴孔補(bǔ)缺，保證水泥土截滲墻的連續(xù)性。水泥土截滲墻施工中因地層受阻造成墻底呈現(xiàn)臺階狀，在進(jìn)行旋噴搭接施工時(shí)采用加大搭接范圍，并保證每個(gè)水泥土成墻單元旋噴搭接長度不小于0.6 m的處理辦法，保證水泥土截滲墻與高噴墻形成連續(xù)的復(fù)合防滲體。

5 復(fù)合防滲體質(zhì)量檢測

水泥土截滲墻施工結(jié)束后，依次對水泥土截滲墻體進(jìn)行高密度電阻率法的無損檢測、開挖檢查、鉆孔取芯、墻體芯樣室內(nèi)試驗(yàn)檢測等檢查檢測，結(jié)果表明在中粗砂層水土截滲墻體質(zhì)量良好。高噴墻施工結(jié)束后，依次對高噴墻體進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)的無損檢測、鉆孔取芯、墻體芯樣室內(nèi)試驗(yàn)檢測等檢查檢測，結(jié)果表明高噴墻和搭接部位墻體質(zhì)量良好。

6 砂礫層復(fù)合防滲體質(zhì)量控制分析

1）墻體軸線位置控制。水泥土截滲墻與高噴墻軸線間距為0.3 m，在砂礫層施工中受阻嚴(yán)重，針對目前國內(nèi)施工設(shè)備特點(diǎn)，施工中保證水泥土成墻單元、高噴孔位置偏差在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)成為重中之重。采用增設(shè)墻體軸線輔助線、樁機(jī)平移對位跟蹤復(fù)核、加強(qiáng)測量軸線復(fù)核等方法，保證水泥土截滲墻和高噴墻的相對位置做到能完整聯(lián)為一體。

2）墻體傾斜率控制。針對目前國內(nèi)施工設(shè)備特點(diǎn)，在施工中，深攪樁機(jī)采用在其兩側(cè)設(shè)置最少5 m以上垂線吊錘，用測量儀器校準(zhǔn)垂直度，并刻畫傾斜率規(guī)定允許范圍，來控制水泥截滲墻傾斜率達(dá)到規(guī)定要求，從而使水泥土墻體有效厚度滿足規(guī)定要求。高噴鉆孔施工要加強(qiáng)班組垂直對位、施工中垂直度糾偏，保證高噴孔傾斜率滿足規(guī)定要求。

3）墻體質(zhì)量控制。水泥土截滲墻體施工中，要加強(qiáng)施工前設(shè)備施工能力檢測及設(shè)備操作人員技能培訓(xùn)，保證按照規(guī)定水泥摻入比，并結(jié)合實(shí)際深攪樁機(jī)下沉、上提速度實(shí)時(shí)控制漿量，從而保證墻體水泥摻入比達(dá)到規(guī)定要求。

高噴灌漿施工中，對目前國內(nèi)高噴臺車設(shè)備特點(diǎn)，對高壓水泵、灌漿泵及輪擺的施工前性能必須進(jìn)行檢測，同時(shí)加強(qiáng)操作人員的技能培訓(xùn)，保證能按照規(guī)定的壓力、漿量、擺速、轉(zhuǎn)速、提速進(jìn)行高噴孔施工。

在砂礫層搭接部位旋噴施工中，要加強(qiáng)高噴臺車噴管下沉、上提高程控制，保證搭接部位準(zhǔn)確無誤。

7 結(jié)語

細(xì)礫層屬中密-密實(shí)，且卵石有局部集中現(xiàn)象，見有超徑卵石（大于110 mm），地質(zhì)條件復(fù)雜，施工前必須將復(fù)雜地層地質(zhì)條件勘察清楚，如有必要，要進(jìn)行加密先導(dǎo)孔施工，形成施工地質(zhì)剖面圖以指導(dǎo)施工；施工前施工設(shè)備、儀器儀表必須進(jìn)行施工能力檢測、檢定保證能正常施工及準(zhǔn)確計(jì)量流量、壓力、提速和測量；施工前針對設(shè)備特點(diǎn)和施工技術(shù)要求對質(zhì)檢、施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，保證按照規(guī)定技術(shù)要求進(jìn)行施工。

復(fù)合防滲體兼顧工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效果，達(dá)到了哈達(dá)山水利樞紐防護(hù)區(qū)的防滲要求，為該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了保障。

[1]DL/T5425-2009，深層攪拌法技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DL/T5200-2004，水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[3]YS5214-2000，注水試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4]哈達(dá)山水利樞紐工程（一期）施工圖設(shè)計(jì)階段防護(hù)區(qū)工程防滲墻施工技術(shù)要求[R].吉林省水利水電規(guī)劃院，吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2010.

[5]胡朝輝，紀(jì)曉東，吳迪，柯萍萍.多頭深層水泥土攪拌法在厚中粗砂層及細(xì)礫層施工效果的探討[J].施工技術(shù)，2010（3）：58-62.