蓄水池工程水泥土防滲墻試驗及施工綜述

趙 晉

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

1 概述

水泥土防滲墻，是使用深層攪拌機械，將地基深處的土體與注入的水泥漿強制攪拌，形成一定厚度的水泥體，使地基滿足一定強度和截滲性能。利用土顆粒表面以及顆粒間水泥水化反應生成物，來填充土、封閉顆粒間的孔隙，達到防滲的目的。

汾河太原段綜合治理三期工程（水利工程部分）1號蓄水池工程，施工七標水泥土防滲墻，北起祥云橋下游500 m，南到小店橋下游2.0 km。東岸軸線長度約6.988 km，西岸軸線長度約6.335 km，最大孔深24.0 m，合同工程量169 151.00 m2。工程區(qū)地處太原—晉中斷陷盆地北端，地貌單元屬汾河洪沖積平原區(qū)。目前地表處于相對穩(wěn)定期，區(qū)域穩(wěn)定性尚好。

根據(jù)設計要求，防滲墻主要指標：有效墻厚度不小于20 cm；滲透系數(shù)K≤A×10-6cm/s（1＜A＜10）；水泥攪拌樁抗壓強度要求不小于0.5 MPa。

為滿足設計要求，前期進行了室內原材料檢測及配合比設計，以確定水泥摻合量?，F(xiàn)場試驗驗證了所選用的施工設備和施工工藝，針對本工程地質條件的可行性，驗證了施工技術參數(shù)的可靠性。主要施工參數(shù)：水泥摻入比、水泥漿的水灰比；攪噴次數(shù)；下沉速度、提升速度與水泥漿液注漿量的關系。

2 室內試驗

2.1 原材料

水泥：一定比例的水泥和土均勻攪拌后，在土中水的作用下，發(fā)生一系列物理化學反應，新化合物的產生改變了土體原有結構，使之成為較高強度、低滲透性、整體性和水穩(wěn)性好的水泥固化材料，試驗所選用的P.O.42.5水泥理化性能檢測結果符合《普通硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）的標準要求，其檢測結果見表1。

表1 水泥理化性能試驗結果表

土樣：依據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL 237-1999）要求，粒徑小于5 mm的土，用比重瓶法進行土樣比重試驗，經試驗所取土樣比重為2.68。顆粒分析試驗是測定干土中各種粒組所占土總質量的百分數(shù)，以明了顆粒大小分布情況，以供土的分類、判斷土的工程性質及選料之用，采用篩析法（適用于粒徑大于0.075 mm土樣）和密度計法（適用于粒徑小于0.075 mm土樣）聯(lián)合測定該土樣顆粒大小，其顆分曲線見圖1。

經試驗得出該土樣砂粒（2.0 mm≥d＞0.075 mm）占84.7%，粉粒（0.075 mm≥d＞0.005 mm）占13.9%，粘粒（d≤0.005mm）占1.4%，d為粒徑，該土樣砂粒占比大。

2.2 配合比設計

參考山西省前期類似工程，以水泥摻量分別為10%、12%、15%進行水泥土配合比試驗，根據(jù)試驗結果確定水泥摻量。要求其抗壓強度大于0.5 MPa，配合

圖1 土樣顆分曲線

比用料單見表2。

表2 配合比用料單

按照設計配合比成型試件（外觀尺寸150 mm×150 mm×150 mm，每組三塊取平均值），在齡期為7 d和28 d時進行了立方體抗壓強度試驗，利用變水頭法測定滲透系數(shù)，其結果見表3。

表3 強度及滲透系數(shù)結果表

從試驗結果看，三種摻量下強度及滲透系數(shù)均可滿足要求，考慮到本工程地連墻的主要功能是防滲，且地質主要成份為粉砂層，在施工中采用15%水泥摻量。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 施工設備

根據(jù)國內深層攪拌機械能力狀況，并結合本工程地質條件和攪拌樁設計指標，擬選用三頭深層攪拌樁機施工。試驗設備主要技術參數(shù)見表4。

3.2 實施方案及流程

擬采用三軸樁機，二攪二噴的施工工藝，施工流程：施工準備，測量放線，安裝深層攪拌機，搬遷、就位，建造水泥漿制漿站，水泥漿拌制，輸送水泥漿，下沉噴漿（進行一噴一攪，邊噴漿邊切土攪動拌合，按設計確定的提升速度進行提升，同時控制注漿量），二噴二攪，停止送漿，質量檢查，關閉攪拌機，下一個攪拌樁（分序加密法），質量跟蹤檢驗。

表4 SJB－III深層攪拌機械技術參數(shù)表

3.3 樁孔位布置

試驗段按三幅試驗樁聯(lián)體形式布置，試驗樁布置見圖2。

圖2 試驗樁布置方式示意圖（單位：cm）

3.4 施工參數(shù)的選擇

3.4.1 水泥摻入比選擇

經前期試驗得知，水泥摻入比分別為10%、12%和15%，三種配合比均滿足設計的防滲指標，保守采用15%水泥摻量。

3.4.2 水泥漿液的水灰比選擇

水灰比設計為1∶1的漿液，施工質量滿足設計要求。

3.4.3 攪拌次數(shù)的選擇

選用了三軸設備，采用二攪二噴的施工工藝。

3.4.4 下沉、提升速度的參數(shù)選擇

下沉速度和提升速度，根據(jù)設備的出軸轉速與漿液注入量控制。攪拌葉寬度為5.5 cm，提升或下沉搭接厚度按0.5 cm計算，攪拌葉的單轉攪拌厚度為5 cm，理論上每分鐘的提升或下沉速度可以達到215 cm，設備的提升或下沉能力每分鐘為1.5 m，可以滿足均勻攪拌目的。為保證施工質量，本工程采用提升和下沉速度分別為1.0 m和1.2 m。

3.4.5 注入漿量的參數(shù)選擇

計算公式：單位干灰量=土體干密度×成墻面積×水泥摻入比

根據(jù)上式，計算單位延米需要注入地連墻的最小水泥使用量，再按1∶1的水灰比，計算出需要的水泥漿液最小總用量。下沉攪拌時注入量為總注入量的60%控制，提升攪拌按40%控制，分別計算出下沉、提升時每分鐘的漿液最小控制注入量。

經過計算水泥摻入比為15%時的控制參數(shù)為：每延米攪拌樁最小總用漿量為106.9 L；下沉每分鐘用漿量應大于或等于64.1 L；提升每分鐘用漿量應大于或等于42.8 L。

4 施工質量控制

第一，施工場地要求平整，施工所測放的軸線經復核后，妥善保護，樁位布置與設計圖誤差不大于2cm。施工前必須做好施工機具準備工作，進行機械組裝和試運轉，注意起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度。攪拌軸的垂直度主要依靠樁機塔架的垂直度來控制，因此在開鉆和鉆進過程中，可以在塔架一定高度掛鉛錘的辦法量測塔架的垂直度。

第二，對搭接樁體，其搭接時間不超過12 h。否則，搭接長度不小于1.0 m。供漿、供水必須連續(xù)。一旦中斷，將攪拌軸下沉至停供點以下0.5 m，待恢復供漿后再邊攪拌邊提升。當噴漿口提升到達設計樁頂時，停止提升，攪拌5～10 s，以保證樁頭均勻密實。攪拌機噴漿提升的速度必須符合施工工藝的要求，如實記錄攪拌機下沉和提升的時間和長度。深度記錄誤差不得大于50 mm，時間記錄誤差不得大于5 s。在攪拌壓漿作業(yè)過程中，及時準確填寫施工記錄。