多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

李云洲

(滁州市沙河集水庫管理處， 安徽 滁州　239060)

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

李云洲

(滁州市沙河集水庫管理處， 安徽 滁州239060)

【摘要】結(jié)合青春水庫工程實際，探討多頭小直徑截滲墻在水庫除險加固工程中所采用的設(shè)計及施工工藝，分析成墻原理，并提出了施工過程中應(yīng)注意的問題。工程應(yīng)用效果表明多頭小直徑截滲墻技術(shù)在水庫除險加固方面具有較高的推廣應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】壩體截滲； 多頭小直徑深層攪拌樁； 施工工藝； 質(zhì)量檢測

1引言

受歷史條件和生產(chǎn)力水平的限制，我國20世紀修建的大部分堤防大壩都存在著一定程度的先天不足和后期老化問題，如：填土疏松、抗?jié)B透能力偏低，在河道中下游沖積平原地區(qū)的不同深度都存有較強的透水層，易產(chǎn)生管涌、冒沙等滲透破壞[1]。因此堤防除險加固迫在眉睫，而壩體的截滲工程又是除險加固工作中的重中之重。截滲的目的是隔斷堤壩兩側(cè)的水力聯(lián)系，降低堤壩的滲透系數(shù)，通常通過修建塑性混凝土心墻、黏土心墻、多頭小直徑防滲墻及注漿等手段來實現(xiàn)[2]。大壩防滲技術(shù)是水利工程施工的關(guān)鍵技術(shù)，歷來都是水利工程工作者廣泛關(guān)注的重點，通過多年的研究和探索，人們在大壩截滲技術(shù)上取得了一定的成果[3-6]，但為了切實保證人民生命財產(chǎn)及大壩水庫的安全，該項技術(shù)還有待于進一步的研究。

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)是運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達到截滲的目的。該技術(shù)是在普通深層攪拌樁技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，除保留了普通深層攪拌樁技術(shù)取材方便、施工無噪音、無污染、工程效果好等優(yōu)點外，還在一機多頭和小直徑成墻兩個方面有所突破，可連續(xù)成墻。本文結(jié)合青春水庫除險加固的工程實際，主要介紹了多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)在青春水庫大壩截滲工程中的應(yīng)用。

2多頭小直徑截滲墻的設(shè)計

2.1截滲墻的滲透系數(shù)

從多頭小直徑截滲墻的使用功能來看，截滲是第一目的，所以墻體的抗?jié)B透性能至關(guān)重要。從滲流理論上講，截滲墻的滲透性與其所穿過地層的滲透系數(shù)之間的比例關(guān)系和墻體厚度共同決定了截滲墻的截滲作用。因此，在設(shè)計上應(yīng)綜合考慮截滲墻的成墻厚度[3]。

2.2截滲墻厚度

一般水利工程中使用的都是單排樁深攪多頭小直徑截滲墻，意味著每根樁及每相鄰兩根樁的搭接部分都必須滿足設(shè)計指標要求，所以截滲墻的厚度指標是指墻體的最小厚度。其成墻厚度可按下式計算：

(1)

式中T——最小成墻厚度，m；

ΔH——最大上、下游水頭差；

[J] —— 允許水力坡降；

η——安全系數(shù)。

2.3水泥土抗壓強度

水泥土抗壓強度設(shè)計值的選取除了考慮多頭小直徑截滲墻在設(shè)計水位下的受力狀態(tài)外，還涉及到截滲墻的力學破壞評判標準和安全系數(shù)的選取兩個問題。通常情況下，多頭小直徑截滲墻的抗壓強度取值不宜低于0.5MPa[3]。

3成墻原理及施工工藝

3.1成墻原理

多頭小直徑截滲墻采用普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥作為固化劑，水泥摻量一般為8%～12%(占天然土的質(zhì)量百分比)，利用深層攪拌機械在松軟的地層中，邊鉆進邊噴射水泥漿，通過鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使軟土與水泥漿強制拌和。水泥水化反應(yīng)生成水化物，水化物膠結(jié)并與顆粒發(fā)生粒子交換，因粒化作用以及硬凝反應(yīng)形成一定的抗壓強度，并形成具有整體性和抗水性的樁柱體。將這些樁柱體相割搭接排成一列，形成連續(xù)墻體，用以提高地基防滲或承載能力，達到防滲加固堤防的目的[7]。

3.2施工工藝

施工工藝流程如圖1所示。

圖1　截滲墻施工工藝流程

具體步驟為：

a.制漿。第一攪拌站按照先進水后上灰的順序按現(xiàn)場成墻試驗確定的水泥摻入比、水灰比配制并拌制水泥漿，充分拌和，每制一次水泥漿，用比重計檢測一次漿液比重。將制好后的水泥漿通過泥漿泵輸送到第二攪拌站備用。重點進行水泥摻入比控制。

b.樁機就位、調(diào)平。按標準制作施工模具，定好樁位，使對樁位置誤差不大于20mm。平整施工設(shè)備行走范圍內(nèi)的場地，使設(shè)備行走平穩(wěn)。用主機調(diào)平裝置使主機機身處于水平狀態(tài)，使用吊錘或經(jīng)緯儀檢查導向架的垂直度，偏差不超過0.3%。重點進行對樁位置和垂直度控制。

c.樁機造墻。施工前每個班組測量一次鉆頭直徑，當小于規(guī)定尺寸445mm時(直徑磨耗量小于10mm)，立即更換鉆頭，以保證樁體直徑。第一次成墻施工，樁機鉆頭攪拌下沉，同時開啟噴漿泵送漿。下沉過程中漿液泵送連續(xù)，至設(shè)計深度時停止鉆進；重復攪拌提升，同時噴漿直至設(shè)計墻頂后關(guān)閉送漿泵。嚴格控制噴漿下沉和噴漿提升的速度，根據(jù)不同的施工速度，確定每米相應(yīng)輸漿量。漿液泵送全過程用流量儀記錄輸漿量，專人負責按單位深度米為記錄單位進行記錄，保證均勻供漿。重點進行樁體直徑、施工深度、攪拌均勻性和噴漿均勻性控制。

d.連續(xù)造墻。樁機向前移動一個單元墻長度，重復上述?～?步驟，進行下一序截滲墻施工，連續(xù)造墻，如圖2所示。施工質(zhì)量控制采用“三檢制”，設(shè)置工地試驗室，進行必要的施工過程檢驗。

圖2　多頭小直徑截滲墻連續(xù)造墻工藝

4施工中應(yīng)注意的問題

a.施工制漿過程中，應(yīng)嚴格按設(shè)計材料比例制漿，漿體攪拌時間不小于3min，確保漿體的均勻性，制漿后漿體在儲漿罐中停置時間一般不應(yīng)大于4h，超時后應(yīng)作廢漿處理，隨時檢查漿體的稠度，確保制好的水泥土漿體質(zhì)量符合要求。

b.在水泥漿攪拌過程中應(yīng)盡量少加水或不加水，可采取加壓等措施幫助下沉，但是新近回填的土層孔隙較大，會導致水泥漿擴散太遠，不僅影響樁體的水泥用量和成樁質(zhì)量，還可能使?jié){液擴散到鄰樁，造成鄰樁攪拌困難。因此，在預攪時加適量水助攪，可以對樁周孔隙起堵塞或充填作用，避免水泥漿擴散。多頭小直徑深層攪拌樁的注漿壓力不可太大，宜小于0.3MPa。

c.深層攪拌多頭小直徑防滲墻施工由于不同的地質(zhì)條件(地層水質(zhì)、地下水含量等)對確定工藝參數(shù)影響較大，通過對施工區(qū)進行試樁來確定合理的漿液配比及水泥用量是決定防滲墻止水效果的關(guān)鍵因素。

d.施工中，應(yīng)嚴格控制樁機鉆桿的直徑，每個單元施工中至少測量兩次，保證鉆桿直徑不變進而控制防滲墻的厚度。

e.施工中，樁機鉆桿是否垂直決定成墻后墻體的垂直度，因此在設(shè)備安裝后,應(yīng)采用經(jīng)緯儀校核鉆桿導向滑軌的垂直度，校核調(diào)平裝置。

5工程實例應(yīng)用

青春水庫位于定遠縣境內(nèi)淮河流域池河支流青春河上游，壩址坐落在定遠縣池河鎮(zhèn)劉鋪辦事處西北約7.5km處，控制流域面積39.5km2，總庫容2193萬m3，是一座以灌溉、防洪兼養(yǎng)殖等綜合運用為一體的水利工程。青春水庫樞紐工程等別為Ⅲ等，水庫大壩、溢洪道及東、西灌溉放水涵等主要建筑物為3級，水庫設(shè)計洪水標準為100年一遇，校核標準為1000年一遇，溢洪道消能防沖設(shè)施為30年一遇。目前堤外壩基下魚塘遍布，土層復雜多變，原壩身填筑質(zhì)量差、壩基滲水、砌石護坡標準不足、破壞嚴重。根據(jù)壩身和壩基具體情況經(jīng)過方案比選，采用復堤加寬堤頂及截滲墻加固方案。大壩防滲工程采用多頭小直徑截滲墻，起止樁號為0+176.00～1+300.00。截滲墻設(shè)計指標為：抗壓強度不小于0.3MPa；滲透系數(shù)不大于1×10-6；設(shè)計樁徑不小于440mm；墻體厚度不小于300mm；垂直度偏差不大于0.3%。

工程完工后，對青春水庫壩體防滲工程進行檢測，結(jié)果如下：?外觀檢查表明，樁體表面光滑，垂直度較好，墻體厚度滿足要求；?鉆芯取樣室內(nèi)檢測和現(xiàn)場注水試驗結(jié)果表明，水泥土強度及滲透系數(shù)滿足大壩截滲要求；?連續(xù)性檢測表明，墻體的完整性較好，墻體對周邊壩體的疏松土體有明顯的改善。通過截滲墻施工前后斷面兩測壓管水頭差和滲透系數(shù)的計算對比分析，說明多頭小直徑截滲墻具有明顯的截滲效果，滿足了設(shè)計和實際的需要。

6結(jié)語

多頭小直徑截滲墻技術(shù)所需設(shè)備簡單、操作方便，施工過程中無噪音、無污染。多頭小直徑截滲墻為塑性墻，具有一定的抗震能力。作為一種軟土基礎(chǔ)防滲處理新方法，多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

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[3]董宏奇,李小榆.高壓噴射灌漿在土壩防滲中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ),2004,18(3):9-10.

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[7]周學雷,張來文,等.淺談幾種防洪措施的新技術(shù)[J].黑龍江水利科技,2000,(1):54-55.

中圖分類號：TV543

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774(2015)02-0010-03

Application of Multi-head Small-diameter Deep Mixing Pile Cutoff
Wall in Reservoir Danger Elimination Reinforcement Project

LI Yun-zhou

(ChuzhouShahejiReservoirManagementDepartment,Chuzhou239060,China)

Abstract：Engineering practice of Qingchun Reservoir is combined for discussing the design and construction process of multi-head small-diameter cutoff wall, which are adopted in reservoir danger elimination reinforcement project. Wall formation principles are analyzed, and issues that should be focused in construction process are proposed. Engineering application effects show that multi-head small-diameter cutoff wall technology has higher promotion and application value in the aspect of reservoir danger elimination reinforcement.

Keywords：dam seepage cutoff; multi-head small-diameter deep mixing pile; construction technology; quality testing