深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)在洞庭湖區(qū)蓄洪垸堤建設(shè)中的分析應(yīng)用

宋　翼

（常德市水利水電勘測設(shè)計(jì)院　常德市　415000）

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深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)在洞庭湖區(qū)蓄洪垸堤建設(shè)中的分析應(yīng)用

宋翼

（常德市水利水電勘測設(shè)計(jì)院常德市415000）

【摘要】文章結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)論述了堤防加固深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)及施工過程中的問題處理措施，對施工工藝進(jìn)行了具體分析評價(jià)和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】堤防加固深層攪拌水泥土防滲墻質(zhì)量控制

1　工程概況

湖南某垸是洞庭湖區(qū)蓄洪垸之一，該垸保護(hù)面積93.79km2，相應(yīng)蓄洪面積78.48km2，其中耕地面積0.41萬hm2（6.14萬畝）。行政區(qū)劃涉及2個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）28個(gè)村（居委會(huì)），保護(hù)總?cè)丝?.05萬人，其中農(nóng)業(yè)人口4.17萬人，非農(nóng)業(yè)人口0.88萬人，固定資產(chǎn)15億元，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值5.08億元，糧食2.35萬t。

根據(jù)洞庭湖區(qū)防洪總體布局，在重現(xiàn)1954年洪水的情況下，該垸需分蓄洪水，蓄洪設(shè)計(jì)水位36.16m，相應(yīng)蓄洪面積78.48km2，蓄洪有效容積4.51億m3。

該垸某防洪大堤全長60.887km，其中一線大堤長42.487km、另段河堤長18.40km。一線大堤分東、西兩線，其中西線長31.632km；東線長10.855km。

該垸分洪口位于西線16+710～16+900，長190m，設(shè)計(jì)進(jìn)洪流量1 738m3/s，分泄藕池河系的超額洪水。

2　堤防工程地質(zhì)主要問題

（1）堤身散浸及滲漏問題。該垸防洪堤是經(jīng)多年加高培厚、多次修補(bǔ)而建，部分堤段填土疏密不均，且存在較多新老接合面，局部混砂壤土、粉細(xì)砂及少量建筑生活垃圾等，結(jié)構(gòu)較松散，干密度小，抗?jié)B性能不均一。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)（1.8×10-5～1.5×10-3）cm/s，呈弱～中等透水性，在汛期高水位時(shí)，填土體透水性差異較大，堤身松散段易產(chǎn)生散浸或滲水現(xiàn)象。

（2）堤身滑坡。由于堤身填土局部夯實(shí)不夠，滲透性局部較強(qiáng)，再加上部分堤身內(nèi)、外坡較陡，汛期高洪水位作用或退水時(shí)動(dòng)水壓力作用下導(dǎo)致堤身脫坡，多處已出現(xiàn)堤身內(nèi)、外坡滑坡，滑坡錯(cuò)距（0.3～0.4）m。

（3）堤基滲漏與滲透穩(wěn)定問題。堤基以多層結(jié)構(gòu)類為主，其中的砂性土是主要滲漏通道，堤基中含泥粉細(xì)砂層成層或以透鏡體形式分布于堤基中下部，其結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)K=（2.40×10-3～8.37×10-3）cm/s，高水位時(shí)，堤內(nèi)外形成水位差，地下水滲透壓增大，粉細(xì)砂層成為滲透通道，輕者出現(xiàn)堤基滲漏，重則行成管涌，最終可能導(dǎo)致大堤變形、開裂，直至潰口。

（4）堤基沉陷變形及抗滑穩(wěn)定問題。沉陷變形主要發(fā)生在多層結(jié)構(gòu)淤泥質(zhì)軟土亞類（Ⅲ2）、雙層結(jié)構(gòu)類淤泥質(zhì)軟土亞類（Ⅱ2）及少量粘性土亞類（Ⅲ1）、（Ⅱ1）上部粘性土蓋層較薄部位，堤基表部分布有較厚的（Q4a1+1）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈流塑～軟塑狀，含水量高，孔隙比大，具中高壓縮性，允許承載力及抗剪強(qiáng)度低，根據(jù)試驗(yàn)室成果統(tǒng)計(jì)，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土孔隙比大值平均值為1.081，干密度1.32 g/cm3，天然含水量29.5%～42.1%，液性指數(shù)1.06，壓縮系數(shù)0.567，標(biāo)貫N63.5=2～4擊，允許承載力75 kPa。防洪堤經(jīng)多年加高培厚，淤泥質(zhì)軟土地基在上部荷載作用下產(chǎn)生不均勻沉陷變形，導(dǎo)致上部堤身沉陷、開裂現(xiàn)象，部分當(dāng)沖堤段沿淤泥質(zhì)軟土產(chǎn)生小范圍堤身、堤基坍滑破壞。

經(jīng)調(diào)查，有36.132km堤防的堤基存在滲漏、管涌等險(xiǎn)情。此外，大堤尚有約15.43km堤基粉細(xì)沙夾層埋藏淺，上部粘性土覆蓋層較薄，經(jīng)計(jì)算，其滲流穩(wěn)定不滿足要求，需進(jìn)行防滲處理，故需進(jìn)行堤基防滲處理的堤防總長為51.562km。

3　堤基滲控方案

堤基防滲應(yīng)以防滲和排滲結(jié)合、前堵后排為原則，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，常用的堤基防滲工程措施有垂直防滲墻和背水側(cè)壓浸平臺(tái)等。

根據(jù)該垸防洪堤堤基滲漏、管涌情況，以及堤防現(xiàn)狀滲流復(fù)核計(jì)算成果，選取東線0+600、西線7+ 800、某河段8+000為計(jì)算斷面，堤段長度各取200m，進(jìn)行堤基防滲方案比較，方案一為水泥土防滲墻垂直防滲，方案二為背水側(cè)壓浸平臺(tái)水平防滲。

經(jīng)比較，水泥土防滲墻方案投資較小，且不需要占地和拆遷，實(shí)施難度小，且根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和地質(zhì)剖面圖，該垸堤基透水層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉細(xì)砂，其下部存在相對不透水的粉質(zhì)粘土或粘土層，可采用封閉式防滲墻方案，防滲效果好，故堤基滲控處理方案采用水泥土防滲墻防滲。

4　堤基滲控處理設(shè)計(jì)

（1）防滲墻軸線布置。堤身堤基聯(lián)合截滲的防滲墻和堤身防滲墻軸線均布置在距堤頂外肩2m的堤頂上，并盡可能減少對堤頂路面的開挖?？着c孔之間的中心距離為265mm，鉆孔直徑為400mm，兩孔搭接寬度135mm，水泥土防滲墻平面圖及典型斷面圖如圖1、圖2所示。

圖1　水泥土防滲墻平面圖

圖2　水泥土防滲墻典型斷面（西線29+459）

（2）防滲墻工藝及深度。各類防滲墻均以堤基下的相對不透水層作為垂直防滲的依托，防滲墻深入到防滲依托層內(nèi)1m。防滲墻采用多孔小直徑水泥土攪拌樁搭接成墻，樁間距1.5m。

水泥土防滲墻設(shè)計(jì)滲透系數(shù)根據(jù)論文“長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)探討”（李青云等）中選取K=2.0×10-6cm/s，實(shí)際施工中根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行確定。

（3）墻體材料選擇。根據(jù)各堤段的地層特點(diǎn)及隔水層埋深情況，考慮到成墻難度和防滲效果。各堤段均采用的水泥土防滲墻。水泥土防滲墻控制指標(biāo)如下：單軸抗壓強(qiáng)度R28≥0.8mPa，滲透系數(shù)K≤i× 10-6cm/s（i=2），允許滲透比降＞50。

（4）墻體厚度計(jì)算。由于作用水頭都不超過20m，按照水泥土允許滲透比降為50計(jì)算，防滲墻的厚度應(yīng)不小于300mm。

5　水泥土防滲墻施工技術(shù)

結(jié)合工程實(shí)際情況，水泥土防滲墻成墻厚度0.3m。本工程水泥土防滲墻采用兩攪兩噴成墻方案。為保證樁與樁之間最小搭接厚度滿足墻厚30 cm的要求，應(yīng)嚴(yán)格控制移機(jī)距離和攪拌機(jī)的定位。水泥采用復(fù)合水泥，摻和量暫按10%～15%（具體摻和量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定）。

5.1主要施工機(jī)械設(shè)備

主要施工機(jī)械設(shè)備：SJ4-500攪拌樁機(jī)8臺(tái)，SJC漿量監(jiān)測記錄儀8臺(tái)，制漿機(jī)8臺(tái)，儲(chǔ)漿罐8個(gè)，KY25-26-3潛水泵8臺(tái)，送漿泵16臺(tái)套。

5.2水泥土防滲墻施工工藝

樁位放樣—→樁機(jī)安裝、調(diào)平、定位—→水泥漿液制備—→攪拌噴漿下沉至設(shè)計(jì)深度—→攪拌噴漿提升至地面—→單元成墻、移位。詳細(xì)施工流程見圖3。

圖3　水泥土防滲墻施工流程圖

5.3主要施工方法

（1）平整、清理場地。根據(jù)防滲墻施工技術(shù)規(guī)范的要求，沿防滲墻施工軸線方向平整出寬（5～7）m的帶狀場地，清除樁位處地上、地下一切障礙（主要是大塊石、樹根和生活垃圾等），場地低洼時(shí)應(yīng)回填粘土，不得回填雜土。

（2）開挖導(dǎo)漿槽。沿成墻軸線開挖出寬約0.5m、深約0.5m的導(dǎo)漿槽，將余土運(yùn)到堤后臨時(shí)堆土區(qū)。

（3）樁機(jī)就位及其附屬設(shè)備安裝。結(jié)合施工現(xiàn)場情況，進(jìn)行樁機(jī)吊卸、組裝、調(diào)試。

（4）測量放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)資料和施工規(guī)范定的要求，定出防滲墻軸線；每隔50m設(shè)立一個(gè)軸線控制樁，測量其高程，標(biāo)定樁號(hào)，并做好記錄及維護(hù)工作。因每幅施工成墻長度135 cm，每幅定位以鉆桿中心進(jìn)行控制，放樣時(shí)每135 cm測放一個(gè)樁位控制點(diǎn)。該控制點(diǎn)是沿防滲墻軸線用鋼尺量距進(jìn)行測放。

（5）漿液配制。第一攪拌系統(tǒng)按照已確定的水灰比配制并攪拌水泥漿。具體到每一攪拌桶用量時(shí)，按照攪拌桶容積和確定的水灰比進(jìn)行水泥量計(jì)算。制漿時(shí)每桶均先放水到計(jì)算用量，然后加入所需水泥量進(jìn)行攪拌，每桶正反方向攪拌不少于2min。水泥漿液隨配隨用，為防止水泥漿液離析，攪拌機(jī)和料斗中水泥漿液要不斷攪動(dòng)。用泥漿泵把拌制好的水泥漿輸送到第二攪拌儲(chǔ)漿罐。

（6）攪拌噴漿。開動(dòng)攪拌主機(jī)，使鉆頭底部與設(shè)計(jì)防滲墻頂在同一個(gè)高程時(shí)。先開始慢速攪拌進(jìn)尺，同時(shí)送漿泵送漿，鉆進(jìn)一定深度后改為快速鉆進(jìn)，攪拌下沉。深層攪拌記錄儀記錄下鉆深度，直至設(shè)計(jì)深度。然后提升鉆頭，同時(shí)噴漿攪拌直至設(shè)計(jì)防滲墻頂，深層攪拌記錄儀記錄送漿量。噴漿時(shí)要保持漿壓穩(wěn)定、供漿連續(xù)，確保整個(gè)樁體噴漿均勻連續(xù)。關(guān)閉送漿泵，主機(jī)整體沿預(yù)定的方向移動(dòng)225mm，重復(fù)Ⅰ樁施工程序完成Ⅱ序樁。Ⅱ樁施工程序完成進(jìn)入下一單元樁施工，主機(jī)整體沿預(yù)定的方向移動(dòng)1 125mm。樁機(jī)橫向平移就位調(diào)平，重復(fù)上述過程，進(jìn)行下一幅單元墻施工。如此連續(xù)作業(yè)，直至工程完成。

6　防滲墻施工質(zhì)量管理

6.1水泥檢測

選用“南方”復(fù)合硅酸鹽P.C42.5水泥，委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位對原材料進(jìn)行檢測。合格后，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)用于防滲墻工程施工。

6.2防滲墻施工過程中的質(zhì)量檢查

施工規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙對水泥土攪拌樁防滲墻的施工要求如下：

（1）按施工圖紙和試驗(yàn)確定的水泥摻入比，提升、下降攪拌速度，水泥漿液比重等參數(shù)進(jìn)行施工，確保施工質(zhì)量。

（2）噴漿機(jī)應(yīng)設(shè)有精確的漿液計(jì)量裝置，嚴(yán)禁沒有漿液計(jì)量裝置的噴漿機(jī)投入使用。

（3）攪拌機(jī)操作與供漿系統(tǒng)要做到密切配合，并規(guī)定明確的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，以保證施工有序進(jìn)行。控制好下沉和提升速度，以保證樁體范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢?。施工記錄由專人?fù)責(zé)，必須及時(shí)、正確、完整，如實(shí)反映施工過程。

（4）施工時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查攪拌樁的樁徑，成墻厚度及攪拌均勻程度，對使用的鉆頭應(yīng)定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不得大于2 cm。

（5）必須保證主機(jī)機(jī)身施工時(shí)處于水平狀態(tài)，保證導(dǎo)向架的垂直度，樁體垂直偏差不得超過0.4%。

（6）樁位偏差不得大于30mm，樁間搭接長度、成墻厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

（7）噴漿下沉和噴漿提升的速度必須符合施工工藝要求，應(yīng)有專人記錄每樁下沉或提升時(shí)間，深度記錄誤差不得大于50mm，時(shí)間誤差不得大于5 s。水泥漿在攪拌噴漿過程中不得離析，停置時(shí)間不得過長，隨噴隨攪，泵送必須連續(xù)。漿液嚴(yán)格按批準(zhǔn)的水灰比拌制，超過2 h不用的漿液必須廢棄。

（8）在噴漿成樁過程中遇有故障而停止噴漿時(shí)，第二次噴漿接樁時(shí)，必須將攪拌頭反向搭接0.50m后，再攪拌、噴漿成樁，以防斷樁和缺漿。

（9）每幅間墻體的連接是水泥土防滲墻施工最關(guān)鍵的一道工序，在施工中嚴(yán)格控制樁位和垂直度，并做出標(biāo)識(shí)，以保證幅間套接質(zhì)量和墻體整體連續(xù)性。

（10）防滲墻施工質(zhì)量允許偏差應(yīng)滿足附表的規(guī)定。

附表　防滲墻施工允許偏差

6.3成墻質(zhì)量檢查

根據(jù)深層攪拌法技術(shù)規(guī)范（DL/T 5425-2009）規(guī)定并結(jié)合本工程的實(shí)際情況，制定防滲墻成墻檢測方案如下：

（1）開挖檢查。根據(jù)施工進(jìn)度，經(jīng)監(jiān)理見證，沿造墻軸線約每500m開挖一處，每處長（3～5）m，深（2.5～4.0）m。檢測墻體的外觀質(zhì)量、樁間搭接、墻厚、樁位偏差及樁體垂直度。合格標(biāo)準(zhǔn)：墻體的外觀均勻致密無孔洞；樁間搭接、墻體厚度滿足設(shè)計(jì)要求；整體性好。

水泥土防滲墻成墻厚度0.3m。本工程水泥土防滲墻采用兩攪兩噴成墻方案，施工工藝流程為：樁位放樣—→樁機(jī)安裝、調(diào)平、定位—→水泥漿液制備—→正攪注漿下沉—→反攪注漿提升—→單元成墻、移位。為保證樁與樁之間最小搭接厚度滿足墻厚30 cm的要求，應(yīng)嚴(yán)格控制移機(jī)距離和攪拌機(jī)的定位。水泥采用復(fù)合水泥，摻和量暫按10%～15%（具體摻和量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定）。

（2）鉆孔檢查。施工結(jié)束，經(jīng)監(jiān)理見證，委托具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的單位，沿造墻軸線每隔約300m利用鉆機(jī)在樁體上鉆一孔取其芯樣，描述該芯樣的完整性、均勻性、樁長，利用芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等室內(nèi)試驗(yàn)。在施工28天后，采用鉆機(jī)取芯描述芯樣的均勻情況和芯樣的完整性。取樣檢驗(yàn)水泥土的單軸抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)。堤線每300m抽檢一孔，不足300m也應(yīng)加抽一孔，每孔取樣兩組，取樣的部位為鉆孔的中部和底部。鉆孔必須用水泥砂漿封填密實(shí)。

（3）注水試驗(yàn)。利用鉆孔進(jìn)行現(xiàn)場注水試驗(yàn)，檢測防滲墻的滲透系數(shù)。結(jié)束后，用水泥砂漿將鉆孔回填密實(shí)。監(jiān)理工程師認(rèn)為有必要時(shí)，可選用一種承包人所使用的不利于成墻質(zhì)量的攪拌樁成墻做圍井試驗(yàn)，圍井試驗(yàn)主要作開挖檢查和作圍井注水試驗(yàn)，圍井試驗(yàn)按監(jiān)理人員指示進(jìn)行，檢測滲透系數(shù)。合格標(biāo)準(zhǔn)：滲透系數(shù)滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

7　結(jié)　語

水泥土防滲墻施工技術(shù)具有工藝簡單、造價(jià)相對較低、施工速度快、成墻效果好等特點(diǎn)，該技術(shù)施工過程中對堤防無任何破壞，并且對堤防疏松土體有明顯改善，防滲效果明顯。

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作者簡介：宋翼（1977-），男，研究生，高級(jí)工程師，主要從事水利水電勘測設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)擔(dān)任常德市水利水電勘測設(shè)計(jì)院院長，手機(jī)：13875130303。

收稿日期：（2016-03-28）