龍湖防滲墻工程砂塘回填加固施工技術(shù)

謝長(zhǎng)福 金 昊 白耀坤

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司 鄭州 415000)

1 工程概述

鄭州市引黃灌區(qū)龍湖調(diào)蓄工程位于鄭州市城區(qū)的東北部——鄭東新區(qū)，具體位置是東風(fēng)渠北、魏河南、鄭州市森林公園以東、107國(guó)道輔道以西，西距市中心約6～8km，南距鄭州新鄭機(jī)場(chǎng)約26km，北距黃河9～10km。行政區(qū)劃分屬鄭州市金水區(qū)的祭城鎮(zhèn)、柳林鎮(zhèn)和姚橋鄉(xiāng)。

根據(jù)龍湖水系主池區(qū)的總體規(guī)劃成果，龍湖主池區(qū)平面形態(tài)類似恐龍，其水域面積在正常水位85.50m高程時(shí)為5.7km2，其中主池區(qū)水域面積為5.6km2，主要是指龍湖水系在東風(fēng)渠以北的水域，包括龍湖調(diào)蓄池主池、中心池和出口4條河道，新建出水閘4座。

本次一期工程施工的區(qū)域?yàn)辇埡{(diào)蓄池主池區(qū)，主要施工內(nèi)容為池區(qū)的土方開(kāi)挖、回填、防滲墻工程、護(hù)岸工程。包括池周防滲墻的開(kāi)挖和混凝土澆筑、池區(qū)土方開(kāi)挖等。

龍湖調(diào)蓄工程防滲墻軸線23.3km，其中砂塘占軸線962m，這些砂塘分布在防滲墻龍背防滲墻軸線和湖心島龍背軸線處，其中龍背防滲墻軸線橫穿五個(gè)大小不一的砂塘，湖心島穿過(guò)大小不一的兩個(gè)砂塘(如圖1所示)。砂塘最大面積達(dá) 3.4hm2，最小面積為1.27hm2，水深平均在8～9m，其最深處水深達(dá)14m，必須將砂塘回填以形成滿足防滲墻施工的平臺(tái)。

圖1 砂塘平面位置布置示意圖(藍(lán)色為防滲墻軸線，紅色部分為砂塘)

2 砂塘回填

根據(jù)實(shí)地勘察，砂塘底部地層為砂層，其滲透系數(shù)1.0×10－2～7.0×10－3cm/s，地下水位為 3.0～4.0m，且砂塘的面積大、水面寬，水深最深達(dá)14m左右。最初的施工方案為將這些砂坑的水抽干，然后進(jìn)行土方回填、分層碾壓，然后進(jìn)行防滲墻施工。但由于砂坑滲透系數(shù)大，地下水豐富，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理同意，直接采用水上填筑，然后自然沉降3個(gè)月。具體為:采用自卸汽車進(jìn)占法卸料，就近取料，土料主要為砂、壤土及部分淤質(zhì)土組成，由于回填層大部分在水下，無(wú)法碾壓，因此，松散的回填層對(duì)防滲墻施工將帶來(lái)如下不利影響:

a.防滲墻軸線穿過(guò)回填的砂塘，若能將砂塘內(nèi)的水抽干，對(duì)填筑的土方可以進(jìn)行碾壓形成防滲墻施工平臺(tái)地基。但砂塘的深度如果超過(guò)地下水位，砂層的滲透系數(shù)較大，抽排砂塘內(nèi)的水時(shí)，地下水又會(huì)補(bǔ)給砂塘內(nèi)的水，因此砂塘內(nèi)的水短時(shí)間內(nèi)就不太可能被抽干。

b.在水中填筑土方，其填筑的土料經(jīng)過(guò)水的浸泡后變得松軟，其承載力達(dá)不到工程施工的要求，防滲墻抓斗在成槽過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)塌孔而導(dǎo)致設(shè)備塌陷，容易出現(xiàn)人機(jī)安全事故。

3 加固方案

3.1 方案的提出

回填的土料在自然情況下沉降3個(gè)月，基本能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是，由于征地和拆遷的影響，滯后的工期和后續(xù)的土方開(kāi)挖以及整體工程的任務(wù)已經(jīng)使工程不能再拖延下去。因此，結(jié)合防滲墻施工工期的要求，對(duì)回填后的砂塘進(jìn)行加固處理，顯得尤為重要。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，加固此類地層主要有高壓噴射灌漿、振沖碎石樁、深層攪拌樁3種施工方案。

3.2 方案的選擇

回填的地層加固后，再進(jìn)行防滲墻造孔作業(yè)，既要加固地層，又不能影響防滲墻造孔，而且加固工期很緊。

第一種方案:高壓噴射灌漿。有旋噴、定噴、擺噴三種方式，在施工過(guò)程中，單孔單噴，施工功效較低;噴水泥漿而形成的直徑不容易控制，容易影響防滲墻造孔，因此，這種方案不予考慮。

第二種方案:振沖碎石樁。鄭州位于平原地區(qū)，距離碎石場(chǎng)較遠(yuǎn)，采購(gòu)碎石成本較高，并且施工場(chǎng)地狹窄，不利于碎石的存放，因此，這種方案不適用。

第三種方案:單排聯(lián)體深層攪拌樁。采用四頭深攪機(jī)進(jìn)行施工，形成的樁徑容易控制，且施工功效較高，適用于本工程。

深攪法是利用水泥類漿液與土通過(guò)深層攪拌樁機(jī)葉片強(qiáng)制攪拌成樁，各幅鉆孔攪拌樁搭接形成連成一體的墻體。深層攪拌法和其他造墻工法相比，深層攪拌法表現(xiàn)出如下特點(diǎn):

a.適用范圍廣，適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土的軟地基，目前在粉砂土地基中最大的施工深度可達(dá)25m。

b.成墻效果好，成墻速度快，特別是雙頭和多頭攪拌樁機(jī)，加快了成墻速度。墻體厚度均勻連續(xù)，且不需要開(kāi)槽，工藝簡(jiǎn)單，可避免成孔固壁問(wèn)題。

c.攪拌樁機(jī)施工機(jī)具簡(jiǎn)單，移位靈活。深層攪拌機(jī)械均設(shè)有油壓移位裝置，機(jī)具可以靈活準(zhǔn)確地移位，從而保證相鄰樁體的搭接質(zhì)量。

d.對(duì)周圍的環(huán)境污染較少，在加固過(guò)程中對(duì)周圍土體無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。

3.3 方案的實(shí)施

3.3.1 單排聯(lián)體攪拌樁的布置

砂塘填筑完畢后，在防滲墻軸線兩側(cè)各60cm處進(jìn)行2排單排聯(lián)體深層攪拌樁(見(jiàn)圖2、圖3)。其直徑為30cm，深度以深入砂塘底部50cm為準(zhǔn)。

圖2 深層攪拌樁平面布置圖

圖3 深層攪拌樁立面布置圖(單位:mm)

3.3.2 機(jī)械設(shè)備

機(jī)具設(shè)備包括:4頭深層攪拌機(jī)、起重機(jī)、水泥制配系統(tǒng)、導(dǎo)向設(shè)備及提升速度量測(cè)設(shè)備等。深層攪拌機(jī)及與之配套的起吊設(shè)備、固化劑制配系統(tǒng)技術(shù)性能要求見(jiàn)表1。

表1 深層攪拌法施工主要機(jī)械設(shè)備技術(shù)性能

3.3.3 材料及配比

本深攪的固化劑采用水泥，摻入量一般為加固土重的8% ～16%，每加固1m3土體，摻入水泥約120～160kg，本次攪拌水泥的加入量為12%;經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)量與計(jì)算，回填土層水泥摻量為52.5 kg/m2。

如用水泥砂漿作固化劑，其配合比為1∶1～2。

為增強(qiáng)流動(dòng)性，利于泵送，可摻入水泥重量0.2%～0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，但它有緩凝性，為此用硫酸鈉(摻量為水泥用量的1%)和石膏(摻量為水泥用量的2%)與之復(fù)合使用，以促進(jìn)速凝、早強(qiáng)。水灰比為1∶1。

3.3.4 施工方法及工藝流程

3.3.4.1 施工方法

a.施工準(zhǔn)備:施工前對(duì)道路、風(fēng)、水、電、施工平臺(tái)、泥漿系統(tǒng)進(jìn)行布置，對(duì)將要進(jìn)行深層攪拌法施工的場(chǎng)地事先加以平整。徹底清除地上、地下和空中的一切障礙。

b.樁位放樣:由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員和測(cè)量技術(shù)員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和測(cè)量控制點(diǎn)放出樁位，樁位平面偏差不大于5cm。

c.攪拌樁機(jī)就位，樁身垂直度控制:為保證樁體垂直，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件將樁機(jī)支穩(wěn)、底座墊平，樁機(jī)支穩(wěn)后，采用水平尺檢測(cè)，使得樁身垂直度達(dá)到1%以上。

d.預(yù)攪下沉:啟動(dòng)深層攪拌機(jī)電動(dòng)機(jī)，根據(jù)土質(zhì)情況按計(jì)算速率，放松卷?yè)P(yáng)機(jī)，使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高。

e.注漿、攪拌、提升:深層攪拌機(jī)下沉至設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)動(dòng)灰漿泵，待純水泥漿到達(dá)攪拌頭后，按計(jì)算要求的速度提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，直提升到離地面50cm處或樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后再關(guān)閉灰漿泵。

f.重復(fù)攪拌下沉:攪拌機(jī)注漿提升至設(shè)計(jì)頂面標(biāo)高時(shí)，關(guān)閉水泥灰漿泵，為使地層和漿液攪拌均勻，再次將攪拌機(jī)邊攪拌邊下沉至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

g.重復(fù)攪拌提升:邊攪拌邊提升(不注漿)至離地面30cm處，回填水泥土并壓實(shí)，即完成一根樁的成樁。

h.關(guān)閉攪拌機(jī)、移位:關(guān)閉攪拌機(jī)，移動(dòng)攪拌機(jī)至下一個(gè)樁位。

3.3.4.2 工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖4。

3.3.5 主要施工參數(shù)

下沉速度為:0.5～0.8m/min;提升速度為:0.5m/min;

攪拌轉(zhuǎn)速為:30～50rod/min;漿液流量為:50L/min。

3.4 方案的效果

單排聯(lián)體深層攪拌樁總共完成8700m2，折合29000延米。加固完成之后，隨即進(jìn)行了防滲墻造孔作業(yè)，在回填層未出現(xiàn)塌孔漏漿現(xiàn)象。深攪法加固地層起到了明顯的效果。

圖4 攪拌樁施工流程圖

3.5 質(zhì)量檢測(cè)

在施工過(guò)程中，對(duì)水泥進(jìn)行了2組取樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足質(zhì)量要求。深攪結(jié)束后，對(duì)攪拌樁進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，共取樣4組，在試驗(yàn)室進(jìn)行了7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，其平均抗壓強(qiáng)度為0.57MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

a.砂塘回填層的成功加固，直接關(guān)系到龍湖外圍防滲墻的封閉，關(guān)系到龍湖內(nèi)部基坑排水，關(guān)系到地下水面以下的土方開(kāi)挖。砂塘回填層的成功加固將龍湖調(diào)蓄工程整個(gè)工期提前了3個(gè)月，其經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯而易見(jiàn)。

b.為了加快工程進(jìn)度，不受填筑材料的限制，將砂塘進(jìn)行快速回填?；靥顭o(wú)需排水及碾壓，回填之后在防滲墻兩側(cè)進(jìn)行單排聯(lián)體深層攪拌樁加固處理回填區(qū)，加固結(jié)束后，再填筑50cm左后的磚渣予以硬化，形成滿足抓斗行走及混凝土罐車澆筑的施工平臺(tái)，以達(dá)到采用抓斗施工的目的，大大加快了施工效率。這種在砂塘回填或者松散地層采用的快速加固技術(shù)，在龍湖龍背部分防滲墻施工中得到了成功的應(yīng)用，可供其他類似工程參考。