多頭小直徑深層水泥攪拌樁在高云水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

柳湘平，孫福威，冷淑芬

(林口縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江林口157600)

1 工程概況

高云水庫位于黑龍江省林口縣龍爪鎮(zhèn)境內(nèi)，該水庫始建于“文革”期間，由于當(dāng)時(shí)施工條件很差，主要靠農(nóng)民工用牛馬車、手推車、人挑等修建起來的，沒有專業(yè)施工隊(duì)伍，更沒有具備資質(zhì)單位的正規(guī)勘測設(shè)計(jì)，工程質(zhì)量很差，再經(jīng)過多年運(yùn)行，工程管理工作又跟不上去，使水庫存在多處工程安全問題，其中大壩滲漏問題就比較嚴(yán)重，為處理滲漏，本次除險(xiǎn)加固采用多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻方案進(jìn)行防滲處理，該壩基礎(chǔ)屬于礫石結(jié)構(gòu)，壩身為黏土心墻壩。

2 多頭小直徑深層水泥攪拌樁的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)原理

多頭小直徑深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的多頭小直徑深層水泥攪拌樁機(jī)械，在地基中就地將原位土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制拌合，單體形成圓柱體，若連續(xù)施工，則形成連續(xù)的墻體。由于固化劑和其他的摻合料與地基土之間產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)，使地基土形成具有整體性，水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥柱體或墻體，以達(dá)到提高堤身、地基的滲透穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性。

2.2 性能指標(biāo)與技術(shù)特點(diǎn)

工法先進(jìn)，采用3頭小直徑、大深度、帶氣帶漿深層攪拌施工工藝。重心低，穩(wěn)定性好，掘削精度高，施工功效高。

墻體密實(shí)，厚度均勻，壁面平整，延續(xù)性好，滲透系數(shù)< 10～6 cm/s，墻體強(qiáng)度高，抗壓強(qiáng)度>300 Mpa。

墻體薄且深度大，墻體厚度在0.2～0.4 m，深度在20 m以內(nèi)選用。

環(huán)境影響小，①不影響原有的地基應(yīng)力;②噪音低，振動小;③由于不用泥漿護(hù)壁，減少了對環(huán)境的污染，有利于文明施工。

由于造墻材料是水泥和水，取材方便，并且利用了原狀土，節(jié)省材料，成墻的造價(jià)相對較低，目前一般為100～120元/m2。與一般攪拌樁防滲墻、混凝土防滲墻、高噴灌漿防滲墻相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)，見表1。

多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻耐久性與高噴灌漿防滲墻、混凝土防滲墻相當(dāng);造價(jià)是高噴灌漿防滲墻的20%，是一般混凝土防滲墻的30%～50%，對黏土、砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、墻身20 m病險(xiǎn)堤壩防滲都可以滿足。

表1 三種防滲墻優(yōu)缺點(diǎn)的比較

3 設(shè)備選型及施工前期準(zhǔn)備

3.1 主要施工設(shè)備及其技術(shù)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程選用SP－5A型大扭深層攪拌樁機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行施工，該機(jī)具有移動靈活、成樁質(zhì)量高、施工速度快、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，適宜本工程施工。

主要施工設(shè)備:①樁機(jī)型號:SP－5A型大扭矩深層攪拌機(jī);②攪拌頭轉(zhuǎn)速:60 r/min;③最大施工深度:20 m;④額定扭矩:8 500 N.m;⑤發(fā)電機(jī)組150 kW。

3.2 施工前期準(zhǔn)備

1)清除地表下各種障礙物，將施工場地填墊平整。

2)保證進(jìn)場臨時(shí)道路暢通，施工用電采用發(fā)電機(jī)，施工用水庫內(nèi)提取。

3)組織材料進(jìn)場，進(jìn)場水泥必須具備出廠合格證，并經(jīng)現(xiàn)場取樣送試驗(yàn)室復(fù)檢合格，存放場地要充分滿足施工需要，現(xiàn)場布局合理。

4)根據(jù)樁位平面圖及主要軸線，用經(jīng)緯儀定向，鋼尺量距，確定樁位。

5)測量現(xiàn)場地面標(biāo)高，確定樁頂標(biāo)高。

4 施工方法過程及注意問題

4.1 施工方法過程

1)樁機(jī)就位:確定鉆桿長度，鉆頭直徑采用35 cm，連接好輸漿管路，將樁機(jī)移到指定位置對好樁位，由現(xiàn)場質(zhì)檢人員檢查確認(rèn)無誤后開始開機(jī)作業(yè)。

2)啟動攪拌裝置，確定合適泥漿泵壓力，一般0.2－0.5 MPa，水泥摻入量12%～16%。

3)噴攪下沉:開啟深層攪拌機(jī)主電機(jī)，樁機(jī)鉆桿垂直下沉，下沉速度1.0～1.2 m/min，下沉過程中，工作電流不大于額定值，遇較硬地層不能下沉?xí)r，適當(dāng)調(diào)整水泥漿量，隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行及地層變化情況，鉆頭下沉至設(shè)計(jì)深度。

4)攪拌提升:深層攪拌機(jī)下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度，在樁端攪拌噴漿30 s后勻速攪拌提升。提升過程中始終保持送漿連續(xù)，中間不得間斷。如有間斷應(yīng)進(jìn)行處理。同時(shí)在輸漿管沖水下沉的部位應(yīng)略停加強(qiáng)攪拌噴漿。

5)重復(fù)攪拌下沉:重復(fù)前次作業(yè)。每根樁均要進(jìn)行復(fù)攪復(fù)噴。

6)移位:樁機(jī)移至下一樁位，重復(fù)進(jìn)行上述步驟的施工。

4.2 應(yīng)注意的問題

1)施工現(xiàn)場事先予以平整，不得回填雜填土或生活垃圾。施工前檢驗(yàn)機(jī)具性能和施工工藝各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定，有關(guān)技術(shù)參數(shù)及時(shí)提供現(xiàn)場監(jiān)理工程師，以作為控制攪拌樁質(zhì)量的依據(jù)。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，確定出各項(xiàng)施工參數(shù)，施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及工藝要求進(jìn)行。當(dāng)樁周為成層土?xí)r，應(yīng)對相對軟弱土層增加攪拌次數(shù)或增加水泥摻量。

3)攪拌頭翼片的枚數(shù)、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度相互匹配，確保加固深度范圍內(nèi)土體的攪拌次數(shù)滿足規(guī)范要求。

4)施工中始終保持?jǐn)嚢铇稒C(jī)底盤的水平和導(dǎo)向架的垂直，攪拌樁的垂直偏差不得超過1%，樁位的偏差不大于50 mm，成樁直徑及樁長滿足設(shè)計(jì)要求。

5)制備好的漿液不得離析，不得停放時(shí)間過長，灰漿泵輸漿量，泵送必須連續(xù)?；覞{經(jīng)輸漿管到達(dá)噴漿口時(shí)間以及鉆頭起吊提升速度按試驗(yàn)標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行。

6)前臺操作與后臺供漿應(yīng)密切配合，前臺攪拌機(jī)噴漿提升的次數(shù)和速度與試驗(yàn)樁已標(biāo)定的施工工藝參數(shù)相吻合。

7)后臺供漿停機(jī)時(shí)，及時(shí)通知前臺以防止斷樁和缺漿。使攪拌樁機(jī)下沉至停漿點(diǎn)以下0.5 m，待恢復(fù)供漿時(shí)再噴漿提升。停機(jī)后3 h，將輸漿管拆下，妥為清洗。噴漿攪拌提升的速度和攪拌次數(shù)符合設(shè)計(jì)及施工工藝要求，噴漿量及提升速度等由流量計(jì)控制并有專人記錄。

8)當(dāng)攪拌樁樁頂接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)特別注意樁頭的施工質(zhì)量，樁頂0.5 m范圍內(nèi)增加噴漿攪拌一次。同時(shí)攪拌自地面以下1 m噴漿攪拌提升出地面時(shí)，宜應(yīng)慢速，當(dāng)噴漿口至樁頂標(biāo)高時(shí)，宜停止提升，攪拌10～20 s，以保證樁頭密實(shí)均勻。

9)當(dāng)輸漿管有彎折、外壓或漏漿情況時(shí)要及時(shí)檢查、理順管道，清除外壓，發(fā)現(xiàn)漏漿點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漏，嚴(yán)重時(shí)停機(jī)換管，當(dāng)輸漿管道過長，沿程壓力損失增大時(shí)可使制漿池布置靠近樁位，以縮短送漿管道。當(dāng)場地條件不具備時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整泵送壓力。

5 適用條件

多頭小直徑深層水泥攪拌樁是以水泥土為防滲材料的防滲墻，其施工工法決定了它的適用條件及范圍，其適用土層范圍較廣，黏土、砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、小粒徑的砂礫土、淤泥均適用，且施工期不影響水庫的蓄水。

對多彎道、小半徑的堤壩，以及含礫<10 cm的復(fù)雜土層有較好的適應(yīng)性，且不受場地空間和毗鄰建筑物的影響。

6 墻體施工工藝及質(zhì)量控制

為保證構(gòu)成連續(xù)完整的防滲墻，在施工過程中，攪拌樁機(jī)應(yīng)保持樁體傾斜誤差<0.5%，樁位誤差<3 cm。樁間搭接長度≥100 mm，單元搭接長度≥100 mm。

一般情況水泥滲入量≥100 kg/m2，水灰比為1∶1～1.4∶1，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。在具體工程施工時(shí)水泥滲入量和水灰比要由施工單位根據(jù)堤壩土層性質(zhì)、孔隙率、含水量等實(shí)驗(yàn)確定。

為保證防滲墻的施工質(zhì)量，需要控制攪拌的下沉和提升速度≤0.5 m/min。施工時(shí)間間隔不能超過12 h，否則應(yīng)補(bǔ)樁，保證防滲墻的連續(xù)性。

在成樁噴漿階段不允許噴漿現(xiàn)象，如果在上提噴漿時(shí)斷漿，應(yīng)將攪拌頭下沉到斷漿位置0.5 m，待恢復(fù)供漿后繼續(xù)成樁;如果在下沉噴漿時(shí)斷漿，應(yīng)將攪拌頭上提到斷漿位置1.0 m，待恢復(fù)供漿后繼續(xù)成樁;攪拌機(jī)葉片尺寸必須隨時(shí)檢查，葉片直徑磨損量不大于葉輪直徑的2%。

高云水庫除險(xiǎn)加固時(shí)，對水庫大壩防滲處理，采用了多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻，最小成墻厚度0.20 m，深度至基礎(chǔ)強(qiáng)風(fēng)化0.5 m，墻體最大深度17.0 m。墻體要求滲透系數(shù)在10～6 cm/s，抗壓強(qiáng)度>1.0 MPa。工程于2009年竣工完成。