淺析深層攪拌防滲墻在堤防防滲加固工程中應(yīng)用

摘要：本文介紹了深層攪拌法防滲墻的成墻機(jī)理、型式和適應(yīng)范圍，討論了施工參數(shù)的控制，結(jié)合工程實(shí)例闡述了深層攪拌防滲墻在堤防防滲加固中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：深層攪拌法;防滲墻;堤防;防滲;加固;應(yīng)用

滲透破壞是引起堤防險(xiǎn)情事故的主要形式，因而防滲加固是保證堤防安全的重要措施。堤防滲流控制的基本方法可以歸結(jié)為防滲、排滲、減壓和壓臺(tái)（蓋重），其中防滲是應(yīng)用廣泛、效果顯著的一種滲流控制方法。防滲包括垂直防滲和水平防滲兩種基本形式，其中又以垂直防滲效果更突出。垂直防滲方法很多，目前比較成熟又應(yīng)用廣泛的方法包括置換法防滲、高壓噴射灌漿防滲、深層攪拌法防滲、劈裂灌漿防滲、垂直鋪膜防滲等，其中深層攪拌法以其適用性廣、成墻效果好、施工效率高、施工成本低而在堤防防滲加固中得到廣泛應(yīng)用[1]。因此，本文針對(duì)深層攪拌法的特點(diǎn)及其在堤防防滲加固中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

1"深層攪拌法成墻機(jī)理、主要型式與適用范圍

1.1"深層攪拌法成墻機(jī)理

深層攪拌法是在深層攪拌樁原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用深層攪拌機(jī)械對(duì)堤基或包括堤身在內(nèi)的土層與噴入的水泥漿或水泥粉進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使水泥和土之間發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，形成整體、低滲透和具有一定強(qiáng)度的水泥土樁。當(dāng)水泥土樁相互搭接成墻就可以發(fā)揮防滲加固之效果。

1.2"深層攪拌法的主要類型

根據(jù)固化劑采用水泥漿和水泥粉的差別，深層攪拌法分為CDM法（水泥漿法）和DJM法（水泥粉法）兩大類，但是在堤防防滲加固中主要采用CDM法。按照深層攪拌機(jī)攪拌頭數(shù)的區(qū)別，深層攪拌法分為單頭和多頭兩種型式，多頭包括雙頭、三頭、四頭、五頭、六頭等，單頭攪拌墻體側(cè)表面積大，樁體承載能力較高，但攪拌工效不如多頭攪拌型式。

1.3"深層攪拌法的適用范圍

深層攪拌法主要適用于20m以內(nèi)的防滲墻，可用于加固黏土、粉質(zhì)黏土、砂土、含礫徑50cm以內(nèi)的砂礫層、淤泥等多種土層。用于粉質(zhì)黏土、人工填土效果較好，因?yàn)檫@兩種土孔隙率較高，水泥漿可以充分滲透。用于黏土?xí)r水泥土樁均勻性較差，但因?yàn)轲ね帘旧頋B透系數(shù)小，所以防滲性能也可滿足設(shè)計(jì)要求。用于淤泥、淤泥質(zhì)土則效果不太理想，因?yàn)橛倌嗪扛?，吸漿量少，水泥土強(qiáng)度差，為此應(yīng)采用低水灰比或者DJM法，同時(shí)延長攪拌時(shí)間和慢提鉆桿[2]。

2"深層攪拌法施工參數(shù)控制

2.1"水泥摻入比

通常，水泥用量越多，水泥土強(qiáng)度越高。當(dāng)水泥摻入比達(dá)到15%以上時(shí)，水泥土強(qiáng)度將會(huì)超過1MPa。一般工程水泥摻入比采用12%～20%。水泥土配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定。試驗(yàn)項(xiàng)目包括水泥土抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等，然后將不同摻入比試驗(yàn)結(jié)果繪制圖表，從中選擇最佳摻入比作為施工依據(jù)。

2.2"注漿參數(shù)

通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)確定注漿參數(shù)。主要注漿參數(shù)如下：（1）水灰比對(duì)水泥土的均勻性、抗?jié)B性和力學(xué)性能都有直接影響。如果水灰比太小，水泥漿和原土無法充分拌合，成墻、防滲效果不好;但水灰比過大時(shí)，水泥土中水泥含量不足，防滲墻強(qiáng)度不足[3]。一般情況下水灰比在0.7～1.2之間。生產(chǎn)上主要通過檢測(cè)水泥漿液的比重進(jìn)行控制。（2）注漿量決定了水泥漿液能否充分填充土層空隙。一般以施工攪拌時(shí)孔口微翻泥漿作為注漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)。每一臺(tái)攪拌設(shè)備都應(yīng)配備1個(gè)自動(dòng)記錄流量計(jì)，以便隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。（3）注漿壓力依土層深度和致密程度而定。一般處理深度越大，需要的注漿壓力越大。一般注漿壓力取0.3～1.0MPa。

2.3"攪拌鉆進(jìn)速度

攪拌鉆進(jìn)速度影響水泥漿與加固土體拌合均勻程度，應(yīng)通過生產(chǎn)試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)攪拌鉆進(jìn)速度宜由慢到快進(jìn)行控制，以便確定合適的速度范圍。

2.4"反轉(zhuǎn)提升速度

反轉(zhuǎn)提升速度與水泥攪拌樁的質(zhì)量密切相關(guān)，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制，計(jì)算公式為，其中、分別為水泥漿、加固土體的重度（kN/m3）;為注漿泵流量（m3/min）;為攪拌樁截面積（m2）;、分別為水泥摻入比和水泥漿水灰比。通過計(jì)算得到反轉(zhuǎn)提升速度再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)校核確定。

3"深層攪拌法防滲墻在堤防防滲加固工程中的應(yīng)用實(shí)例

3.1"工程概況

某江河支流主河道長256km，流域面積約9100km2。本期工程加固防洪堤2713m。堤身為土堤，高度6.5～9.0m，根據(jù)施工條件決定堤基堤身采用深層攪拌法成墻技術(shù)進(jìn)行防滲加固處理。從堤頂至堤基的地質(zhì)情況如下：①雜填土0.5～1.5m;②棕黃黏土2.8～3.4m;③粉質(zhì)黏土2.5～3.0m;④砂質(zhì)壤土，間夾粉細(xì)砂1.5～2.3m。局部堤基分布淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉砂，厚度達(dá)3.0～4m。設(shè)計(jì)目標(biāo)為：防滲墻水泥土90d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.8MPa;墻體滲透系數(shù)K≤（1×10-6～9×10-6）cm/s;水泥摻入比8%～12%;成墻厚度不小于18cm;墻體滲透破壞比降不小于200;墻體垂直度偏差不大于3‰。

3.2"施工設(shè)備

三頭深層攪拌樁機(jī)，主要設(shè)備參數(shù)：最大加固深度15m，成樁直徑0.20～0.35m;鉆機(jī)轉(zhuǎn)速20～95r/min;提升速度0.2～1.55m/min;鉆桿直徑125mm;設(shè)備總功率（55+11）kW;最大輸出扭矩78kN·m;步幅，縱向1.35m，橫向1.5m。

3.3"工藝參數(shù)確定

選擇有代表性地段場(chǎng)地進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定水灰比、注漿量、攪拌鉆進(jìn)速度、提升及下沉速度、復(fù)攪速度等施工工藝參數(shù)。試驗(yàn)后對(duì)墻體進(jìn)行開挖、取芯，檢查成墻質(zhì)量并試驗(yàn)樁墻的抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等性能。

3.4"施工流程

施工工藝流程為：樁機(jī)就位→調(diào)平→一序攪拌下沉→一序攪拌提升→樁機(jī)移動(dòng)0.15m→二序復(fù)攪下沉→二序復(fù)攪提升→樁機(jī)移動(dòng)0.15m→三序攪拌提升→三序攪拌下沉→進(jìn)入下一單元墻體施工。樁機(jī)每一次下沉提升成樁3根，并稱為一序。一序移位0.15m，三序成墻，形成軸線長度1.35m的單元墻，同時(shí)樁機(jī)整體移動(dòng)1.05m，接著轉(zhuǎn)入下一單元墻體施工。

水泥漿液制備流程為：水泥、水→高速攪拌→儲(chǔ)漿桶→篩濾→注漿泵注漿。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，水灰比選用0.8～2.0。

3.5"質(zhì)量控制

施工過程中，主要控制制漿質(zhì)量、樁機(jī)位置與垂直度、攪拌注漿控制和樁間搭接控制等。水泥漿要求流動(dòng)性好、穩(wěn)定而不離析。樁機(jī)就位誤差控制在±10mm，機(jī)架垂直度不超過3‰。鉆進(jìn)、提升及復(fù)攪速度控制在0.8～1.0m/min。樁機(jī)下沉至樁底和提升至樁頂保持噴漿30s，以確保樁端、樁頭質(zhì)量。為了保證樁間搭接質(zhì)量，要求連續(xù)施工;當(dāng)搭接間隔超過24h時(shí)，在接頭處進(jìn)行套鉆注漿連接。

3.6"成果檢驗(yàn)

本工程成墻33243m2，墻厚、垂直度、強(qiáng)度、滲透系數(shù)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且經(jīng)過2年洪水檢驗(yàn)，也未發(fā)現(xiàn)任何險(xiǎn)情。

4"結(jié)語

深層攪拌法經(jīng)濟(jì)、高效，因而目前已大規(guī)模用于建造堤防、土壩防滲墻，但是深層攪拌防滲墻畢竟屬于隱蔽工程，在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候一定要做好勘探工作，探明地質(zhì)情況，并根據(jù)施工條件、地質(zhì)狀況采取針對(duì)性的措施，才能有效發(fā)揮出深層攪拌法防滲墻技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙智平，揭炳國.若干常見垂直防滲技術(shù)的比較分析[J].黑龍江水利科技，2011，39（2）：188-189.

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[3]金孝權(quán)，金友波.多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].江蘇水利，2014（2）：18-19，21.