簡述水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的應(yīng)用

□劉勝利（河南省山河建設(shè)工程管理有限責(zé)任公司）

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簡述水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的應(yīng)用

□劉勝利（河南省山河建設(shè)工程管理有限責(zé)任公司）

摘要：結(jié)合水庫除險加固項目中大壩防滲工程的現(xiàn)場實際施工，從對土石壩防滲工程進(jìn)行防滲方案的選擇、施工布置、質(zhì)量控制，試驗檢測等方面簡述了水泥土攪拌樁在水庫土石壩防滲工程的相關(guān)應(yīng)用，對解決部分水庫土石壩防滲問題提供了一種經(jīng)濟上可行、技術(shù)上合理且操作又簡單的土石壩防滲施工措施。

關(guān)鍵詞：土石壩；水泥土；攪拌樁；防滲工程；試驗檢測

0　前言

水泥土攪拌樁是指以水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械，將水泥漿（粉）和基礎(chǔ)土石進(jìn)行強制攪拌，使軟土凝結(jié)成具有整體性、連續(xù)性和一定強度樁體的處理方法。水泥土攪拌樁分為深層攪拌法和粉噴攪拌法，深層攪拌法以水泥漿作為固化劑，簡稱濕法；粉噴攪拌法，以干水泥粉作為固化劑，簡稱干法。本防滲工程施工采用的是深層攪拌法。

1　工程概況

該水庫建于1957年，屬于小（2）型水庫。主要建筑物有大壩（土石壩）、溢洪道、輸水洞；水庫右側(cè)為一條天然排水溝，水庫下游有4個相互聯(lián)通的魚塘。

1.1水庫水文地質(zhì)條件

資料顯示水庫所處地形為丘陵，場區(qū)地層除壩體為人工填土外，主要為第四系全新沖積成因的低液限黏土、上更新統(tǒng)沖洪積成因的低液限黏土和卵石及砂巖等。由于水庫受附近煤礦向水庫排水影響，常年處于高水位工作狀態(tài)，水庫蓄水除補充地下水和輸水洞及溢洪道的正常下泄外，還有一部分水因庫區(qū)蓄水位高水壓大而從壩體或壩肩滲流到下游。后經(jīng)省級水庫安全鑒定專家組鑒定，本水庫大壩為三類壩，需對土石大壩等建筑物進(jìn)行除險加固。

1.2大壩加固方案對比和選擇

因本水庫大壩建設(shè)年代久，壩體所用填充材料等級低，而且基巖風(fēng)化嚴(yán)重。在水庫上游水位高、壩體滲流水壓大的情況下進(jìn)行防滲加固，慣用的灌漿防滲技術(shù)難以固結(jié)形成理想的防滲墻體系。經(jīng)討論，將以下三種防滲加固處理方案從經(jīng)濟可行方面對比選擇：

1.2.1方案一：高壓化學(xué)灌漿的方案。

一種用于加固結(jié)構(gòu)的高壓化學(xué)灌漿，利用機械的高壓動力，可在3-6 s內(nèi)提升至4500psi（300 kg/cm2）以上工作壓力，將液體的止水劑可有效灌注至0.10 mm的細(xì)微裂縫中，施工效率較傳統(tǒng)技術(shù)快三倍以上，防水止漏效果更為持久有效。但在此水庫基礎(chǔ)和壩體材料條件下難以固結(jié)成理想的防滲體系，很難預(yù)估防滲效果而且造價高。

1.2.2方案二：混凝土護(hù)坡

將大壩上游正常蓄水位以下軟弱土層和淤泥清除并夯實，分層回填15 cm的反濾料，然后全部采用20 cm厚的C25防滲防凍混凝土進(jìn)行全面護(hù)坡。此方案需要放空水庫蓄水到死水位，并且需要在大壩上游高筑施工圍堰，此方案的施工難度大、工程造價最高，不經(jīng)濟又難以實施。

1.2.3方案三：水泥土攪拌樁

施工軸線在壩軸線上游1 m，施工范圍是左壩肩向右80 m，左壩肩及壩基底部都切入基巖，本方案垂直于結(jié)合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進(jìn)行防滲處理。通過深層攪拌機械和高壓旋噴水泥漿，在壩體深部就地將軟粘土和水泥粉強制攪拌，使自然壩基與樁體硬結(jié)成具有整體性的復(fù)合性防滲墻體系，單位造價適中且防滲理論效果較好。

經(jīng)比較以上三種方案中的方案三費用低且易于實施，也是目前其它工程軟基處理采用較多的加固方式。根據(jù)本水庫目前的運行情況，優(yōu)化后的施工圖采用了方案三的大壩防滲方案。

2　水泥土攪拌樁的布置施工

2.1樁的布置

大壩底部持力層為砂質(zhì)粘土層或泥巖層，要求復(fù)合基礎(chǔ)承載力≥150 kPa，本方案垂直于結(jié)合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進(jìn)行防滲處理。防滲范圍：攪拌孔采用單排兩序孔，施工軸線在壩軸線上游1 m，樁徑450 mm，樁心距333.30 mm，處理范圍是從左壩肩0+00向右80 m，最大設(shè)計鉆孔深度下至高程207.00 m，上至壩頂。攪拌樁穿透壩體回填層，樁端進(jìn)入砂質(zhì)或泥巖粘土層≥1.00 m，樁長9～17 m，共計約240根。

2.2水泥摻量

水泥土攪拌樁的固化劑選用普通硅酸鹽水泥，均采用42.5MPa水泥，控制水灰比為0.50～0.55，墻體滲透系數(shù)＜i×10-6cm/s。

2.3水泥土攪拌樁施工

2.3.1施工工序：

鉆孔定位→攪拌下沉→注漿攪拌提升→重復(fù)攪拌下沉→二次提升攪拌。

2.3.2材料要求：

選用42.50 MPa普通硅酸鹽水泥，根據(jù)工程地質(zhì)條件，通過室內(nèi)配比實驗確定經(jīng)濟合理的水泥用量、適宜的水灰比和外加劑，要求樁體滲透系數(shù)≥i×10-6cm/s，水泥參入比控制在10%～12%。

2.3.3施工過程要求

①嚴(yán)格按照實驗配比確定的水灰比制漿和控制提升速度，以保證樁體內(nèi)水泥量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因為不同土層，可以有不同的配比，所以也就有不同的提升速度或不同的輸漿速度。②開鉆前必須清場排障，防止機械失穩(wěn)，同時調(diào)試檢查樁機運轉(zhuǎn)是否正常，輸漿管和注漿管是否暢通。③攪拌樁施工必須做好施工記錄，內(nèi)容包括：樁位、施工日期、開鉆時間、提升速度、水灰比、注漿時間段、成樁結(jié)束時間等。④攪拌樁機器每根樁的最初兩次提升速度應(yīng)控制在2.00～3.00 min/m，宜用流量計控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.40～0.60 MPa。

2.3.4攪拌樁搭接注意事項：

①樁與樁搭接間隔時間≤24 h；②若因特殊原因超過24 h，應(yīng)對最后一根樁先進(jìn)行孔鉆留出榫頭，以待下批樁的搭接。③若間歇時間太長，第二根樁無法搭接，應(yīng)在設(shè)計、建設(shè)和監(jiān)理單位認(rèn)可后，采取局部補樁或注漿措施。④施工標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》。

2.3.5質(zhì)量控制要點

2.3.5.1嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量

按照施工設(shè)計圖紙的要求選用對應(yīng)型號的水泥，同時落實對進(jìn)場后水泥的保護(hù)，如預(yù)防地面返潮的塑料布、預(yù)防被雨雪的雨棚等應(yīng)急設(shè)施。最先采購進(jìn)場的水泥要優(yōu)先利用，倉庫要有足夠水泥倉儲量，以保證供應(yīng)水泥的連續(xù)性。

2.3.5.2嚴(yán)抓現(xiàn)場管理

項目部向監(jiān)理部申報具有針對性的施工現(xiàn)場管理措施和專項施工方案。開工前必須對現(xiàn)場施工人員進(jìn)系列的技術(shù)培訓(xùn)和施工交底，委派2名以上熟悉攪拌樁技術(shù)施工工序和水庫大壩加固技術(shù)的工程技術(shù)員進(jìn)行現(xiàn)場輪流作業(yè)指導(dǎo)。施工設(shè)備進(jìn)場前要嚴(yán)格檢修和排查，鉆頭等易損部件的備用件要配備齊全，確保攪拌樁的施工全過程規(guī)范、可控、連續(xù)、可靠。

2.3.5.3嚴(yán)控樁體強度和均勻性

因水泥土攪拌樁的固結(jié)劑只有水泥，要保證樁體強度必須嚴(yán)格按照設(shè)計配比參入水泥的摻量。施工期間，項目部必須委派2名以上的專業(yè)記錄人員在制漿處和鉆機旁如實記錄水泥參入量及對應(yīng)的施工樁號、噴將度量、攪拌速度、首鉆鉆入和提升速度，復(fù)鉆的鉆入和提升速度等參數(shù)。發(fā)現(xiàn)參數(shù)偏離設(shè)計范圍時，要及時提醒施工機械操作人員和技術(shù)員進(jìn)行更正調(diào)整。為確保成樁的直徑符合設(shè)計要求，必須在一序孔和二序孔交替施工期間不間斷的檢測鉆頭的磨損程度，鉆頭（擺鉆）直徑磨損量＞1 cm時要及時更換，并做好更換記錄。

2.4攪拌樁施工要點

①樁機就位后必須先進(jìn)行穩(wěn)定加固和平衡調(diào)整，保證鉆機鉆桿的垂直度不大于誤差范圍。攪拌樁施工過程中須做好鉆孔記錄，勤檢查水泥的標(biāo)號和外觀質(zhì)量、水泥漿液的水灰比、噴漿速度、鉆孔速度和深度、攪拌時間、提升速度等。②攪拌樁施工機械應(yīng)有自動測量鉆機鉆孔深度的刻度裝置以及水泥漿液噴漿壓力和速度的儀表等。開工前要對鉆孔機械、制漿設(shè)備、噴漿設(shè)備等進(jìn)行檢查校核，施工期間也要不定期的檢修排查。③為保證成樁后的防滲效果，攪拌樁的施工必須連續(xù)，樁機鉆頭的鉆入和提升速度必須均勻。若因特殊情況而中斷噴漿時，須按照設(shè)計要求進(jìn)行重復(fù)鉆孔并噴漿攪拌，鉆機重復(fù)下鉆至中斷噴漿點以下且≥1 m的位置，等到噴漿系統(tǒng)恢復(fù)正常噴漿后再按設(shè)計提升速度提升噴漿并攪拌。④施工環(huán)保及安全方面，現(xiàn)代化施工需確保對周圍環(huán)境的保護(hù)和人材機的安全，因水庫大壩一般不受交通條件限制，大部分可以隔離施工；若距離居民區(qū)較近或有交通需要，可以采用霧森消塵技術(shù)及隔音板圍擋等，以減少對周圍環(huán)境的污染和居民的干擾?，F(xiàn)場的機械操作人員和技術(shù)人員需佩戴安全帽、防電絕緣手套、安全服裝、絕緣防滑鞋等防護(hù)用品，同時謝絕非施工人員隨意進(jìn)出施工場地。

3　試驗檢測

3.1檢測范圍及內(nèi)容

檢測范圍為本水庫除險加固大壩水泥土攪拌樁防滲工程，檢測內(nèi)容為防滲墻墻體的連續(xù)性、均勻性以及墻體滲透系數(shù)。3.2檢測依據(jù)

該水庫除險加固工程施工設(shè)計圖紙及相關(guān)資料：《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)范》水利水電工程物探規(guī)范》《水工水泥土試驗規(guī)程》水利水電工程注水試驗規(guī)程》。

3.3檢測方法

主要采用探地雷達(dá)法、開挖檢查法，注水實驗法等。

3.4檢測結(jié)果分析

通過對本次水泥土攪拌法施工形成的塑性水泥土防滲墻工程進(jìn)行檢測，結(jié)果分析如下：探地雷達(dá)法檢測范圍內(nèi)，圖像穩(wěn)定性好，沒有出現(xiàn)明顯的異常區(qū)域，判斷防滲墻體連續(xù)性較好；注水試驗共進(jìn)行10孔、20段，從計算結(jié)果看范圍值在2.08×10-6～2.60×10-6cm/s之間，均滿足設(shè)計要求；從隨機選取區(qū)域的開挖情況看，防滲墻墻體密實性好，沒有出現(xiàn)加泥和分縫現(xiàn)象。

4　結(jié)　語

此文章結(jié)合實際工程，對水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的防滲方案定選、施工質(zhì)量控制以及試驗檢測等做了簡單陳述，不到之處請多指教。

（責(zé)任編輯：薛靜）

中圖分類號：TV543. 8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）04-0056-02

收稿日期：2016-02-16