深層攪拌防滲墻施工技術(shù)在中小河流治理工程中的應(yīng)用

陳勝印

（江西省水利投資集團(tuán)有限公司 江西南昌330077）

1 工程概況

禾水是贛江中游左岸一級(jí)支流，主河道全長256 km，流域面積9 103 km2，自西向東橫穿永新縣全境，經(jīng)吉安市吉州區(qū)匯入贛江。禾水河永新縣城段河床淤積，河道狹窄，縣城現(xiàn)有防洪工程設(shè)施不完善，汛期經(jīng)常遭受洪水肆害。本次設(shè)計(jì)對(duì)禾水永新縣城區(qū)段河道進(jìn)行治理，完建禾水北岸防洪工程，完善興建的防洪堤全長4.15 km，使縣城北岸形成完整的防洪體系。

本次土堤加固長2 713.1 m，土堤內(nèi)外邊坡均為1:2.5，迎水面采用草皮護(hù)坡，背水坡采用草皮護(hù)坡,迎水面河岸護(hù)岸工程采用10 cm厚C15砼預(yù)制塊護(hù)坡。堤身堤基防滲采用深層攪拌防滲墻技術(shù)，土堤堤身高6.5～9.0 m，從堤頂往下地質(zhì)情況依次為雜填土（0.5～1.5 m），黃、棕黃色黏土，層厚（2.8～3.4 m），粉質(zhì)黏土（2.5～3.0 m）、砂質(zhì)壤土夾粉細(xì)砂（1.5～2.3 m），結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)不均一，局部段堤基分布有淤泥質(zhì)土黏土,淤泥質(zhì)粉砂（3.0～4.0 m）,地質(zhì)條件復(fù)雜。

為了達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的，本次深層攪拌防滲墻設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：

①墻體抗壓強(qiáng)度R90≥0.8 MPa；

②墻體滲透系數(shù) K≤I×10-6cm/s(1≤I≤9)；

③最小成墻厚度不小于18 cm；

④墻體垂直度不大于3‰；

⑤墻體滲透破壞比降大于200；

⑥水泥摻入比：8%～12%。

2 施工原理和施工程序

2.1 施工原理

深層攪拌防滲墻是以水泥作為固化劑，通過深層攪拌樁機(jī)主動(dòng)鉆桿、鉆頭輸入水泥漿液，同時(shí)鉆頭葉片將地基軟土與水泥漿強(qiáng)制拌和，水泥與軟土產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土與水泥固化，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強(qiáng)度的水泥土，并通過樁間套接形成地下連續(xù)防滲水泥土墻，起到堤身堤基防滲作用。

不同的土質(zhì)施工時(shí)吸漿量和防滲效果不一樣，應(yīng)采用不同的工藝參數(shù)和漿液配比。人工填土和粉質(zhì)黏土孔隙率比較大，水泥漿充分滲透，施工效果明顯；黏土層滲透系數(shù)小，吸漿量少，水泥土均勻性較差，由于黏土層較密實(shí)，防滲性也能滿足設(shè)計(jì)要求；淤泥質(zhì)黏土一般含水量較高，多為富水底層，吸漿量較少，水泥土強(qiáng)度不理想。對(duì)淤泥質(zhì)黏土層施工應(yīng)減小水灰比，延長攪拌時(shí)間，減慢鉆桿提升速度，使整個(gè)防滲墻充分均勻。

2.2 施工程序

深攪墻施工時(shí)首先將深層攪拌樁機(jī)在防滲墻軸線上就位調(diào)平，啟動(dòng)主機(jī)，驅(qū)動(dòng)鉆桿，推進(jìn)鉆頭，攪拌下沉至設(shè)計(jì)深度，然后攪拌提升至孔口，在下沉和提升的同時(shí)，水泥漿經(jīng)水泥漿泵高壓輸送管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)由鉆頭噴入土體，和土體充分拌和形成水泥土，視土質(zhì)及拌和情況進(jìn)行必要的復(fù)攪。樁機(jī)沿軸線縱移再次就位調(diào)平、多次重復(fù)上述過程，將攪拌樁套接成一道防滲墻。施工中三頭樁機(jī)下沉提升一次成樁三根，稱為一序，移位15 cm再次下沉提升一次成樁三根，稱為二序，然后樁機(jī)沿軸線向前移動(dòng)進(jìn)行下一序墻體施工。施工分三序成墻，每三序?yàn)橐粋€(gè)單元墻，每單元墻長1.35 m。其施工工藝流程見圖1。

圖1 深層攪拌防滲墻施工工藝流程圖

3 施工方法

3.1 設(shè)備選型

根據(jù)本工程特點(diǎn)，結(jié)合本標(biāo)段地層情況和防滲加固深度要求，擬選用BJS系列三頭小直徑深層攪拌鉆機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 深層攪拌樁鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)一覽表

3.2 施工工藝參數(shù)確定及漿液配比試驗(yàn)

合理確定攪拌軸轉(zhuǎn)速、提升及下沉速度、注漿量、水灰比、復(fù)攪速度等工藝參數(shù)，對(duì)成墻質(zhì)量影響較大，需通過試驗(yàn)確定。在場(chǎng)地軸線外選擇有代表性的地段進(jìn)行成墻試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)墻體進(jìn)行開挖、取芯檢查及抗壓、抗?jié)B等試驗(yàn)，檢查樁間搭接是否牢固可靠，攪拌是否均勻，墻面是否平整等。試驗(yàn)得出的工藝技術(shù)參數(shù)和漿液配合比報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施。

深層攪拌施工漿液的配比，直接關(guān)系到固結(jié)土層的強(qiáng)度和工程防滲效果，漿液配比試驗(yàn)要遵循以下原則：

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1）較好的流動(dòng)性，便于增大漿液擴(kuò)散范圍，保持注漿暢通，避免堵管；

2）良好的穩(wěn)定性，以免過早地產(chǎn)生沉淀，影響漿液的灌注；

3）一定的強(qiáng)度和黏結(jié)力，在凝結(jié)初始期，漿液不易被地下水沖蝕。

根據(jù)堤基地質(zhì)情況，本工程設(shè)計(jì)水灰比取0.8～2.0，通過試驗(yàn)確定合理的最優(yōu)水灰比。

3.3 施工程序

深層攪拌施工按以下順序進(jìn)行：①樁機(jī)就位、調(diào)平。②第I序孔施工，樁機(jī)鉆桿下鉆并注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后樁機(jī)反轉(zhuǎn)提升并注漿，達(dá)到孔口停止提升與注漿完成I序孔。③樁機(jī)主機(jī)沿防滲墻軸線前移0.15 m，II序孔施工，重復(fù)I序孔施工過程，完成II序孔施工。④樁機(jī)主機(jī)繼續(xù)前移0.15 m，III序孔施工，重復(fù)II序孔施工過程，完成III序孔。施工結(jié)束即完成了軸線長1.35 m單元墻。⑤樁機(jī)整體前移1.05 m即轉(zhuǎn)入下一個(gè)單元墻施工。施工程序示意如圖2所示。

圖2 深層攪拌防滲墻施工程序示意圖

4 施工質(zhì)量控制

4.1 制漿送漿控制

采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥經(jīng)檢驗(yàn)合格后方能使用。水泥漿液按試驗(yàn)確定的最優(yōu)水灰比拌制，攪拌好的漿液不得離析。配制好的水泥漿及時(shí)輸送到儲(chǔ)漿罐，記錄漿面高度計(jì)算水泥漿量。漿液應(yīng)經(jīng)篩過濾后進(jìn)入輸漿泵，泵送漿液必須連續(xù)無間斷。

4.2 樁機(jī)就位調(diào)平

樁機(jī)沿防滲墻軸線方向就位，對(duì)應(yīng)誤差控制在±10 mm。機(jī)座的水平度使用水平尺檢測(cè)調(diào)平，樁機(jī)機(jī)架的垂直度采用樁機(jī)機(jī)架正面和側(cè)面的雙向錘球校正（垂線長度不小于10 m），垂直度偏差應(yīng)保證不大于3‰，三頭樁機(jī)還要觀察三個(gè)連通液壓管的液面是否在同一水平面上。

4.3 攪拌注漿控制

鉆進(jìn)、提升及復(fù)攪的速度均要均衡并控制在0.8～1.0 m/min之間，攪拌下沉的同時(shí)開啟漿泵送漿至設(shè)計(jì)深度，并在樁底噴漿30 s，使?jié){液完全到達(dá)樁端。攪拌提升的同時(shí)輸入漿液至設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，應(yīng)停止提升并攪拌30 s，以保證樁頭均勻密實(shí)，以孔口少量翻漿作為供漿控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 樁間搭接控制

墻體搭接質(zhì)量主要通過深攪機(jī)移位控制，由單樁套接成墻，故需連續(xù)施工，每次移位距離根據(jù)樁徑和墻厚通過理論計(jì)算得出，確保樁與樁之間的搭接厚度滿足墻厚的要求。樁與樁的搭接間歇時(shí)間不大于24 h，否則應(yīng)和前一根樁進(jìn)行對(duì)接，待水泥土墻具有一定強(qiáng)度后，在接頭處采用套鉆注漿方案進(jìn)行連接處理。

4.5 連續(xù)供漿控制

一是配備備用小型發(fā)電機(jī)組（20 kW），防止發(fā)電機(jī)故障而產(chǎn)生較長時(shí)間的停電，導(dǎo)致漿泵輸漿管堵塞；二是要求拌制好的水泥漿一定要經(jīng)過篩后方可使用，防止因水泥漿使用不當(dāng)而造成堵管。停機(jī)超過0.5 h時(shí)，應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路進(jìn)行妥善清洗。

5 施工過程中特殊情況的處理

5.1 鉆進(jìn)困難

針對(duì)較密實(shí)地層，鉆進(jìn)困難時(shí)的應(yīng)對(duì)措施：一是將漿液調(diào)稀一級(jí)，穿過該層后再恢復(fù)原水灰比。二是改進(jìn)鉆頭的形式，可在十字鉆頭葉片上補(bǔ)焊鋸齒釘，以增加對(duì)地層的切削能力；或者將十字鉆頭換成螺旋鉆頭。

5.2 障礙物處理

如遇無法拆除的過堤障礙物，如橋梁、涵閘、高壓線、重要通訊線等，或堤身內(nèi)有塊石、管道等，深攪樁機(jī)無法施工時(shí)，可在施工安全區(qū)范圍內(nèi)，采用高壓旋噴工法施工。

5.3 供漿中斷處理

施工過程中若發(fā)生中斷，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)樁采用三頭樁機(jī)施工，兩次成墻施工工藝，一根斷樁補(bǔ)加施工兩根樁，橫向與原樁相切8～10 cm。也可以先用鉆機(jī)鉆孔，再用單管高噴接樁50 cm，然后再用深層攪拌機(jī)從原中斷位置攪拌。

6 質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)按照設(shè)計(jì)圖紙文件及監(jiān)理單位要求，對(duì)施工作業(yè)全過程及攪拌樁質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。單樁施工作業(yè)過程中需對(duì)樁位、樁頂、樁底標(biāo)高，樁身垂直度，樁身水泥摻入比，攪拌頭上提噴漿速度，漿液水灰比等進(jìn)行記錄。

攪拌樁防滲墻的質(zhì)量檢測(cè)形式主要有開挖檢測(cè)和鉆孔取芯檢測(cè)。施工過程的原始記錄及原材料試驗(yàn)資料經(jīng)監(jiān)理單位認(rèn)可鑒字驗(yàn)收。

6.1 墻體開挖檢查

沿防滲墻軸線每500 m開挖一處3～5 m長，深2.5～4 m的檢查段。主要檢查墻體外觀質(zhì)量，看是否有蜂窩、孔洞；樁與樁之間的搭接、墻厚是否滿足設(shè)計(jì)要求及防滲墻體的完整性、攪拌均勻性等。

6.2 取芯室內(nèi)試驗(yàn)

開挖檢查的同時(shí)，在每個(gè)開挖探井取1組試樣進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)，測(cè)試墻體的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)、允許滲透比降。取芯部位施工完畢并驗(yàn)收后，采用水泥砂漿封填密實(shí)。

6.3 質(zhì)量檢驗(yàn)成果分析

本次深層攪拌防滲墻設(shè)計(jì)面積32 556 m2，實(shí)際施工面積33 243 m2,上述得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中最小墻體厚度為19 cm，最大垂直度偏差為2.7‰，最小R90強(qiáng)度為0.83 MPa，最大滲透系數(shù)為9.2×10-6cm/s，都能滿足設(shè)計(jì)要求。尤其值得一提的是經(jīng)過2009年、2010年洪水檢驗(yàn)，原來土堤汛期大面積滲水消失了，泡泉和管涌全面阻斷，深層攪拌防滲墻施工前后效果明顯，堤身（堤基）防滲達(dá)到要求。

7 結(jié)束語

深層攪拌防滲墻用在堤防的堤身（堤基）防滲處理上還是一門新型施工工藝，具有造價(jià)低、施工速度快、施工干擾少、施工效果好等特點(diǎn)，在堤防防滲處理中被廣泛采用。深層攪拌防滲墻多為隱蔽工程，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工效果不一。為了解每施工段地質(zhì)情況，施工前必須先打?qū)Э?，探明地質(zhì)情況，并對(duì)不同的施工條件、不同的地質(zhì)狀況采取相應(yīng)施工措施。施工中要精心施工，善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為以后更好組織類似工程施工服務(wù)。