水泥攪拌樁防滲墻在水屯營水庫壩體防滲工程中的應用

許杰民 許臻真

（太原市水利技術(shù)推廣服務站 山西太原030024）

1 水屯營水庫工程概況

太原市清徐縣水屯營水庫（又名清泉西湖）位于清徐縣城西部。水庫修建的最初作用是積蓄清徐梁泉自流井的常年出流，兼有白石南河和澤魚河的緩洪作用。1997年秋梁泉自流井斷流，水庫的補給水源改為從汾河二壩西干渠引水。

水屯營水庫是一座地面式水庫，于1964年建成，后于1978年及2004年相繼進行了清淤擴建。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高8m，正常蓄水位均高出周圍地面，蓄水面積102.8萬m2。大壩周長3910 m?？値烊?00萬m3。是一座以供水為主，兼顧灌溉的?。á瘢┬退畮?，工程等級為Ⅳ等，主要建筑物大壩為四級建筑物。設(shè)計灌溉面積233hm2，每年工業(yè)供水量600萬m3。

2 存在問題

水屯營水庫于2010年完成了安全鑒定，水庫大壩存在的主要問題是壩體土總體上質(zhì)量較差，壩體填筑土的干密度較小，土體均勻性差；壩基的粉細砂層存在側(cè)向滲水。

2.1 壩體土質(zhì)量

依據(jù)本次勘察豎井44組土樣的試驗資料，可以看出，壩體土呈可塑～堅硬狀態(tài)，孔隙比為0.601～0.946，屬中等～高壓縮性土。

壩體土的含水率19.8%～32.5%，總體上來看，一般情況下由上至下含水率有逐漸增大的趨勢，接近地下水位時土體接近飽和狀態(tài)，豎井底部孔壁上可見有水滴滲出，井底有滲水或在翌日時井底出現(xiàn)積水。

壩體土的干密度為1.41～1.71g/cm3，變化較大，在垂向上及橫向上均無明顯的變化規(guī)律可尋?？傮w來看，壩體土干密度偏低，密實度較小，干密度變化較大，且呈無規(guī)律性分布，說明壩體土碾壓均勻性存在一定程度的差異性。按壩體干密度設(shè)計值1.60 g/cm3來考慮，其壓實程度偏小，大壩壩體土的工程質(zhì)量較差。

壩體土標準貫入試驗錘擊數(shù)為5～12擊，錘擊數(shù)數(shù)值大小差異較小，在垂直方向和水平方向上變化趨勢略為偏大，說明壩體土的密實度變化較大，壩體土下部密實度較上部密實度要大些。

綜上所述，從地質(zhì)測繪成果及室內(nèi)試驗資料分析，總體上來看，壩體土質(zhì)變化較大，均勻性較差，密實度較低，壩體土填筑質(zhì)量欠佳。

2.2 壩基地質(zhì)特性

水庫地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，水屯營水庫壩基土層以低液限粉土和低液限黏土為主，透水性較小，但在東部壩基水平距離0+000～0+780 m地段，在西部壩基水平距離2+100～2+920 m及北部壩基水平距離2+920～3+900 m地段，總長度為2580 m，占大壩總長度的66.15%。壩基土層中分布有厚度0.4～1.4m的粉細砂層，其滲透性大，壩基滲透系數(shù)為4.9×10-4cm/s～1.5×10-6/cm/s，在壩基下游出溢形成出溢或抬高地下水位，因而水庫在該壩基段會產(chǎn)生較大的滲漏量。經(jīng)計算，壩基最大滲漏量達1050.7m3/d，折合水庫年滲漏量為38.5萬m3。

3 工程措施

水屯營水庫是典型的地面式水庫，壩體周長相對較長，四周多是村莊和耕地，由于水庫大壩滲漏量大，周圍耕地常年積水鹽堿化，村莊房屋潮濕；由于水庫已建多年，防滲墻已經(jīng)達不到防滲效果，為確保水庫大壩安全、減少施工工作量、方便施工，經(jīng)綜合論證，確定采用水泥攪拌樁防滲墻對大壩壩體及壩基進行防滲處理。

防滲墻中心線布置在壩軸線靠上游側(cè)，防滲墻高12m，即從壩頂向下1m開始至壩基以下5m之間（高程763.50 m至751.50 m需要防滲），最小搭接墻厚0.3m，防滲墻設(shè)計要求達到滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，抗壓強度大于0.3MPa。防滲墻平面布置圖詳見圖1。水泥攪拌樁孔徑0.44m，孔間距為3.22m，搭接段長度不能小于0.3m，防滲墻軸線位于壩軸線上游側(cè)0.5m處。

圖1 水泥攪拌樁平面布置圖（尺寸單位：cm）

4 水泥攪拌樁施工

4.1 施工準備

清場備料：由于壩頂為硬化的混凝土路面，因此在施工前，根據(jù)設(shè)計的水泥攪拌樁防滲墻軸線開挖水泥路面，清除壩頂堆積物，作業(yè)面不得小于5m，當壩頂表面過軟時應采取相應措施防止機械失穩(wěn)，以保證攪拌樁的正常施工。同時將臨近施工時備足水泥用量，施工機械就位。

測量放線：根據(jù)大壩上已經(jīng)測定的控制點以及提供的坐標基準點，按照設(shè)計圖紙要求測放墻體施工軸線，并用竹簽標記。樁間距和孔徑嚴格按照設(shè)計要求設(shè)置，確保墻體搭接滿足設(shè)計要求。

安裝調(diào)試：測量放線完成后支撐移動車和主機就位，在適當?shù)奈恢眉茉O(shè)樁架，同時安裝制漿、注漿設(shè)備，確保上述設(shè)備安裝完成后，接通水路、電路，運轉(zhuǎn)調(diào)試。

開挖儲留溝鋪設(shè)墊板：根據(jù)設(shè)計施工圖紙要求開挖儲留溝并在溝內(nèi)鋪設(shè)墊板，儲留溝可以保證鉆機鉆進過程中所需水泥的余漿儲放量和回漿補給量，墊板用來均衡主機對壩體的壓力防止應力集中，主機失穩(wěn)，儲留溝長度應超前主機作業(yè)10 m。

4.2 鉆機就位

本次采用的鉆機是DSMM-5Ⅲ18三頭水泥攪拌樁機。

樁位測放檢驗合格后，鉆機就位。根據(jù)3根攪拌軸軸間的中心距離，在墻體中心的標線上劃定每幅間套接的位置，偏差不能超過5cm。采用水平管法、吊垂線法和鑲嵌水準泡法控制鉆桿的垂直度，確保鉆桿偏斜率不超過0.5%，墻體垂直偏差不能超過0.3%。定時檢修鉆頭葉片磨損情況，確保樁徑滿足設(shè)計要求。鉆頭鉆進速度及最終掘進深度可以通過樁架導柱上劃分標尺來控制，挖掘深度偏差不超過設(shè)計深度的0.2m。

4.3 預攪下沉及制漿

鉆機就位后，首先鉆機下沉，下沉過程應勻速進行，鉆進攪拌速度控制在0.5～1m/min。鉆進過程中隨時檢測攪拌軸的垂直度，以保證攪拌樁的偏傾率不超過0.5%。當鉆頭鉆至樁底設(shè)計高程時，停止下沉。根據(jù)不同土質(zhì)，水泥漿液的配制按照設(shè)計要求和技術(shù)指標的要求配置。本工程中水泥摻入量為12%，水灰比選用1：0.60，并隨配隨用；漿液不能發(fā)生離析，用比重計量測控制漿液的質(zhì)量。放漿前攪拌30 s再用泵把配制好的水泥漿輸送到儲漿罐，可以防止灰漿離析。

4.4 提升噴漿

預攪下沉至設(shè)計樁底高程后，必須在樁底持續(xù)噴攪數(shù)秒后再回轉(zhuǎn)提升鉆桿，再以1～1.5m/min的速度邊提升邊噴漿，提升噴漿量為整根樁注漿量的30%，以保證墻體底部質(zhì)量。當鉆桿提升至設(shè)計樁頂高程時，停止提升，繼續(xù)噴漿數(shù)秒。

4.5 下沉噴漿

為確保墻體強度均勻，采用下沉噴漿，ν下沉≤1m/min，直到樁底。下沉過程中若發(fā)生斷漿，須從斷漿面以上0.5m處開始復噴。噴漿過程中為防止水泥摻入量不均需經(jīng)常攪動積料斗的漿液。斷漿面需作好記錄。

4.6 復攪提升

當下沉噴漿完成后，鉆具均勻提升ν提升≈1m/min，到達設(shè)計樁頂高程時停止提升并持續(xù)攪拌10 s后再將鉆具提出孔口。一孔水泥攪拌樁的施工完成，重復上述過程便可完成水泥攪拌樁防滲墻的施工。

5 工程效果

水屯營水庫除險加固工程于2012年4月1日開工，同年6月30日完工，工程竣工后水庫防滲取得了預期效果：

1）水庫周邊村莊的浸漬問題得到了有效遏制，房屋潮濕問題得到改善；

2）田間浸水消失，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，糧食產(chǎn)量得到提高；

3）減小了水庫滲漏量，供水效益得到提高；

4）提高了大壩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，有效地降低了土石壩壩體浸潤曲線。

總之，平原地面式水庫（及人工湖）采用水泥攪拌樁對土石壩壩體及壩基進行防滲處理，是一種行之有效的措施，水庫的經(jīng)濟效益和社會效益實現(xiàn)了雙贏，為低壩及常年蓄水的土石壩除險加固工程提供了參考經(jīng)驗。

6 建議

水泥攪拌樁在水屯營水庫防滲工程中成功的應用，為土石壩防滲提供了施工方法，為小型地表水庫的水泥攪拌樁防滲墻防滲措施提供了參考依據(jù)。以下是針對水泥攪拌樁防滲墻施工提出的建議：

1）在鉆頭鉆進過程中為防止噴漿嘴堵塞需經(jīng)常檢查噴漿管路是否暢通；

2）噴槳完成后為保證水泥摻入量達到設(shè)計要求、墻體強度滿足設(shè)計要求應及時計算每孔耗灰量，要特別重視墻體下部的耗灰量；

3）控制好鉆桿的垂直度達到設(shè)計要求，保證墻體搭接、墻體連續(xù)性滿足設(shè)計要求；

4）鉆孔過程中孔間距略小于設(shè)計孔間距，鉆具葉片磨損情況應經(jīng)常檢查，防止墻體搭接厚度不滿足設(shè)計要求；

5）墻體水泥摻入量均勻密實是影響墻體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此在攪拌、下沉、提升時，應嚴格控制其速度。