深層攪拌水泥土防滲墻在共雙茶蓄洪垸圍堤加固工程中的應(yīng)用

湯正清

（沅江市安沅水利水電建設(shè)有限公司 益陽市 413100）

1 工程概況

共雙茶蓄洪垸位于南洞庭湖區(qū)益陽市所轄的沅江市北部，北瀕草尾河，南臨黃土包河，由沅江市共華垸、雙華垸及茶盤洲鎮(zhèn)三垸組成，地勢平坦開闊，地面高程為（28.5～31）m，垸內(nèi)地表水系發(fā)育，溝渠縱橫交錯(cuò)，堤內(nèi)500 m 范圍內(nèi)溝、魚塘較多，溝塘深一般（1～2）m。本區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺二級構(gòu)造單元江漢斷坳東南部，根據(jù)地質(zhì)勘察，結(jié)合歷年的險(xiǎn)工險(xiǎn)段資料分析，本區(qū)內(nèi)存在的主要工程地質(zhì)問題有：地基沉陷變形，滲漏與滲透變形及岸坡穩(wěn)定問題。

本次共雙茶蓄洪垸建設(shè)中共對27 km 大堤采用了攪拌樁防滲處理，完成防滲墻44萬m2，投入資金達(dá)3 000 多萬元。

2 施工設(shè)備

共雙茶蓄洪垸深層攪拌水泥土防滲墻施工設(shè)備采用中鐵生產(chǎn)的PH－5G 型雙動力三頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，最大成墻深度20 m，鉆頭中心距320 mm，鉆頭直徑406 mm，鉆頭間帶有剛性連鎖裝置，施工中一次成墻，此機(jī)型是在PH-5、PH-5E 型深攪機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)和發(fā)展而初步定型的。 該樁機(jī)的特點(diǎn)為施工效率高、單元樁成墻質(zhì)量可靠、樁間搭接有保障、一次成墻噴入漿體分布均勻、水泥漿利用效率高。 與其配套使用的PJ-5A 型泥漿泵為3 臺可調(diào)注塞泵，漿量均勻且可獨(dú)立調(diào)節(jié)，無級變速調(diào)節(jié)噴漿量，可適合樁機(jī)下沉、提升速度變化的需要，以保證水泥漿摻入量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該泵輸漿量為（0.58～5.79）m3/h。 PJ4－2 型記錄儀通過流量傳感器及深度傳感器測得相關(guān)數(shù)據(jù)自動記錄噴漿與攪拌深度對應(yīng)數(shù)據(jù)，并在顯示器上顯示，便于操作人員隨時(shí)掌握樁深、每0.25 m 的噴漿量等數(shù)據(jù)。 噴漿量、噴漿時(shí)間通過打印機(jī)打印形成記錄。

3 防滲墻施工

3.1 先導(dǎo)孔施工

按照設(shè)計(jì)要求，在水泥土防滲墻施工前沿防滲墻軸線每間距50 m 布設(shè)一個(gè)先導(dǎo)孔，地質(zhì)條件變化較大的部位適當(dāng)予以加密。 先導(dǎo)孔施工采用巖芯鉆鉆機(jī)。為保證芯樣的連續(xù)和完整，取芯時(shí)采用套筒取樣法。造孔取出的芯樣放置在巖芯箱中，并進(jìn)行照相和地質(zhì)編錄，繪制地質(zhì)剖面圖，作為設(shè)計(jì)單位調(diào)整防滲墻施工底線和施工單位確定施工參數(shù)的基礎(chǔ)資料。 先導(dǎo)孔封孔采用水泥粘土漿或粘土球機(jī)械夯實(shí)法。

3.2 防滲墻的施工

深層攪拌水泥土防滲墻采用三軸小直徑深攪樁機(jī)施工。其原理是用深攪樁機(jī)鉆孔至預(yù)定深度，向孔中注入水泥漿液，用螺旋型鉆頭進(jìn)行攪拌，盡量使土體和水泥漿強(qiáng)制拌合均勻而凝結(jié)，形成水泥土柱，互相搭接成墻，起到防滲作用。樁機(jī)主要由液壓步履底架、井架和導(dǎo)向架、鉆機(jī)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、鉆具、液壓系統(tǒng)、噴漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及試驗(yàn)樁施工情況，采用水灰比為1∶1、兩攪兩噴、一次成墻的方案施工。 具體施工工藝參數(shù)如下：

鉆頭直徑：406 mm；鉆桿中心距：320 mm；一次單元成墻長度：960 mm；最小成墻厚度：250 mm；鉆進(jìn)速度：（0.6～0.8）m/min；提升速度：（0.8～1）m/min；轉(zhuǎn)速：（47～55）r/min；垂直偏差率≤0.5%；樁位偏差＜±5 cm；水泥摻入比：15%～20%；漿液比重≥1.51 g/cm3；每米漿量≥126 L；每平方米水泥用量≥99.1 kg。

水泥土防滲墻施工工藝步驟如下：

配制水泥漿—→樁機(jī)就位—→對中、調(diào)平—→噴漿攪拌下沉—→噴漿攪拌提升—→清洗管路—→（下一循環(huán)）。

3.2.1 配制水泥漿

根據(jù)規(guī)范規(guī)定進(jìn)場水泥每200 t 抽檢一次，檢驗(yàn)結(jié)果合格后方可使用，水泥漿液嚴(yán)格按照規(guī)定的配合比1∶1 制作，用比重計(jì)測量控制漿液的質(zhì)量，漿液比重控制在（1.49～1.53）g/cm3范圍內(nèi)。

水泥漿液存放有效時(shí)間應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）當(dāng)氣溫在100C 以上時(shí)，不宜超過3 h。

（2）當(dāng)氣溫在100C 以下時(shí)，不宜超過5 h。

（3）當(dāng)漿液存放時(shí)間超過有效時(shí)間時(shí)，應(yīng)按廢漿處理。

（4）漿液存放時(shí)應(yīng)控制漿體溫度在（5～40）℃范圍內(nèi)。 如超出上述規(guī)定應(yīng)廢棄。

3.2.2 設(shè)備定位

設(shè)備定位控制包括三個(gè)方面：縱向偏差和橫向偏差以及垂直度。 縱向偏差采用事先打樁法控制，一次定位5 根樁以上，以便于施工人員校核。 橫向偏差可采用虛擬軸線法控制，即事先在機(jī)身旁各用鋼筋焊一樣架，此樣架距防滲墻軸線1.5 m，然后在距防滲墻1.5 m 處平行于軸線拉一道線，移機(jī)時(shí)樣架始終對準(zhǔn)此線，即可保證準(zhǔn)確定位。 同時(shí)，樁機(jī)上平行軸心線安裝樁機(jī)校核裝置，通過核準(zhǔn)輔助線準(zhǔn)確核準(zhǔn)樁位。樁機(jī)移位時(shí)保證樁機(jī)軸心線與防滲墻軸線重合，可確保樁位準(zhǔn)確。為了保證設(shè)備定位的垂直度，在樁機(jī)塔架上安裝一吊錘，并設(shè)有一連通管裝置，并標(biāo)畫有樁機(jī)傾斜刻度線，開機(jī)前通過液壓系統(tǒng)調(diào)平機(jī)身，下沉及提升過程中根據(jù)吊錘指示裝置和連通管液面刻度變化來控制樁機(jī)垂直度，使之小于5‰。

3.2.3 攪拌和注漿

攪拌機(jī)準(zhǔn)確定位后，先啟動漿泵至鉆頭出漿，再啟動主機(jī)，使其正向轉(zhuǎn)動，并選鉆頭向下推進(jìn)擋，直至設(shè)計(jì)深度。 下沉速度由電器控制裝置的電流檢測表監(jiān)測，工作電流不應(yīng)大于額定值。 當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度時(shí)，停鉆灌注水泥漿30 s，直至孔口返漿，反向旋轉(zhuǎn)提升鉆桿，繼續(xù)注漿，保持孔口微微返漿。當(dāng)攪拌頭提至設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，停止提升，攪拌、噴漿數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實(shí)。 隨后，向集漿桶內(nèi)注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將人工清除粘附在攪拌頭上的軟土。 然后樁機(jī)向前平移960 mm，重復(fù)以上過程開始下一單元墻施工。

施工過程中根據(jù)地層吃漿變化調(diào)整輸漿量，總輸漿量不小于設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)采用的水灰比及每米所需水泥漿量，計(jì)算出每0.25 m 所用水泥漿量作供漿參考，采用電腦記錄儀控制，記錄并及時(shí)打印出其升降每0.25 m 的用漿量。 輸漿保持一定的壓力，但不宜過大，輸漿壓力控制在（0.4～0.8）MPa。

3.2.4 樁間搭接

樁間搭接是防滲墻施工質(zhì)量控制的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，搭接部位的防滲性能直接影響防滲墻的防滲性能，所以必須高度重視。墻體搭接質(zhì)量主要通過深攪機(jī)移位控制。 每次移位距離根據(jù)樁徑和墻厚通過理論計(jì)算得出，施工中嚴(yán)格控制，確保樁與樁之間的搭接厚度滿足墻厚的要求。 防滲墻施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，相鄰樁施工間隔時(shí)間不應(yīng)超過24 h，如因特殊情況超過24 h，則應(yīng)對前一單元的最后一根樁空鉆留出榫頭，以待搭接。 機(jī)如因特殊情況械無法空鉆時(shí)，應(yīng)依序在已成樁做好標(biāo)記，下次施工前應(yīng)在此處兩側(cè)進(jìn)行補(bǔ)樁，施工后再依序后續(xù)樁施工作業(yè)。

3.2.5 斷樁處理

施工過程中若發(fā)生噴漿中斷，應(yīng)將噴漿管下沉至停漿點(diǎn)以下0.5 m，等恢復(fù)供漿時(shí)再施噴提升。因停電或機(jī)械故障而中斷施工時(shí)間過長造成斷樁時(shí)，可采取補(bǔ)強(qiáng)灌漿或補(bǔ)樁的方法處理。 補(bǔ)強(qiáng)灌漿每樁布置1～2個(gè)灌漿孔，灌漿壓力0.05 MPa，補(bǔ)樁采用一根斷樁補(bǔ)加施工兩根樁，橫向與原樁相切（8～10）cm。

4 質(zhì)量控制

水泥土防滲墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)主要有滲透系數(shù)、墻體厚度、允許比降和抗壓強(qiáng)度。 對于堤防加固工程中的水泥土防滲墻來說，滲透系數(shù)和防滲墻厚度是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，允許比降和抗壓強(qiáng)度主要是用于反映墻體材料性能均勻程度的間接指標(biāo)。為了使墻體材料的滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，施工中就要合理確定、嚴(yán)格控制好水泥摻入比、水灰比、外加劑、復(fù)攪次數(shù)和鉆桿提升速度等施工參數(shù)；而樁位偏差、鉆孔傾斜度等則是為保證墻體完整性及其最小厚度滿足設(shè)計(jì)要求的施工控制參數(shù)。 施工時(shí)應(yīng)特別注意根據(jù)不同的土層正確選擇不同的施工參數(shù)，因?yàn)楣酀{量往往因土質(zhì)及空隙率的不同而有差異。對粘性土地層，細(xì)砂或密實(shí)的粉土質(zhì)地層，粗顆粒的砂土或軟的粉土地層，多孔的地層或砂礫層，具體選用何種施工參數(shù)，需進(jìn)行一定的室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)具體確定，施工過程中嚴(yán)格控制。

5 質(zhì)量檢查

（1）開挖檢測：沿堤線每1 000 m 開挖一處，每處長（3～5）m，深（2.5～4）m。要求墻體的外觀質(zhì)量好，整體性好，無蜂窩、孔洞，最小墻厚和垂直度實(shí)測值滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鉆孔取芯檢測：在施工28 天后，采用鉆機(jī)抽芯取樣檢測水泥土的單軸抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、抗?jié)B比降及芯樣的完整性和均勻性評價(jià)。

（3）圍井注水檢測：主要是檢測墻體的滲透系數(shù)。

（4）無損檢測：主要是檢測墻體的連續(xù)性及墻體的實(shí)際深度。

共雙茶蓄洪垸經(jīng)過系統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果表明：應(yīng)用水泥土攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲截流處理，施工技術(shù)成熟，方案經(jīng)濟(jì)可行，防滲效果良好，達(dá)到了防滲截流的目的。

6 存在問題

（1）從電腦噴漿記錄儀反映的每米噴漿量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，由于地層的軟硬程度不同，空隙率不同，在所有施工參數(shù)都相同的情況下，每米段的注漿量差異仍然很大，有的誤差甚至超過20%。 往往存在著單元墻體的水泥摻入比滿足設(shè)計(jì)要求，但墻體某段的水泥摻入比卻達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，形成了墻體抗?jié)B性能的薄弱部位。在實(shí)際工程中，地基多數(shù)具有由幾種土質(zhì)組合而成的多元結(jié)構(gòu)，由單一土質(zhì)構(gòu)成的地基條件則很少，理論上對不同的土層應(yīng)選擇不同的施工參數(shù)，而實(shí)際施工時(shí)，由于單元墻體的成墻時(shí)間很短，而且是攪拌下沉或攪拌提升和噴漿是一氣呵成，使用不同施工參數(shù)進(jìn)行施工難以實(shí)現(xiàn)。施工參數(shù)選擇和施工過程控制如何適應(yīng)地層的問題有待進(jìn)一步研究解決。

（2）設(shè)備定位的垂直度控制主要靠人為調(diào)控，既麻煩精度也不高，如何加強(qiáng)自動化控制程度需要設(shè)備制造商加以改進(jìn)。

（3）目前攪拌樁防滲墻的檢測手段還不成熟，特別是單元墻體間的搭接質(zhì)量還沒有過硬的檢測方法，搭接處是否存在開叉現(xiàn)象也無法探明。

7 主要結(jié)論

（1）深層攪拌樁防滲墻施工工效高、造價(jià)低。施工工效平均可達(dá)25.6 m2/臺時(shí)，是各種防滲技術(shù)造墻較快的一種方法；成墻造價(jià)是高噴的1/8，是混凝土防滲墻的1/5。

（2）深層攪拌樁防滲墻施工工藝簡單。 不需開槽，無塌孔、護(hù)壁、回填、夯實(shí)等問題，更重要的是不破壞堤壩。

（3）深層攪拌樁防滲墻成墻效果好。 墻體厚度均勻連續(xù)，接頭少，墻體厚度滿足防滲要求（調(diào)整樁機(jī)鉆頭直徑，成墻厚度可調(diào)為150 m～300 mm），墻體深度可達(dá)20 m

（4）深層攪拌樁防滲墻施工工期短、無污染、噪音低，實(shí)用可靠，在我國江河堤防垂直防滲工程中得到了廣泛應(yīng)用并取得良好的效果，值得大力推廣。

1 李思慎.長江重要堤防隱蔽工程建設(shè)中的防滲處理[J].長江科學(xué)院院報(bào)（增刊），2000，12.

2 張家發(fā)、吳昌瑜，等.堤防加固工程中防滲墻防滲效果及應(yīng)用條件研究[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2001，5.