銑削攪拌水泥土防滲墻在新近系泥巖、砂巖地層中的應(yīng)用

沈紀(jì)安，秦學(xué)林，夏衛(wèi)華，翟富春，雷進(jìn)東，李新廣

（1.新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉831100；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒841000）

1 前言

希尼爾水庫位于新疆巴州孔雀河流域的尉犁縣境內(nèi)，水庫設(shè)計(jì)總庫容0.98×108m3，大壩為復(fù)合土工膜防滲砂礫石壩，壩線全長7650 m，最大壩高20.0 m，壩頂寬6 m，壩頂高程916.5 m；壩基地層巖性為新近系砂巖、泥巖，互層狀。水庫除險(xiǎn)加固壩基防滲采用銑削攪拌水泥土防滲墻，是該技術(shù)在西北地區(qū)的首次使用，也是該技術(shù)在新近系軟巖地層的首次應(yīng)用。

銑削攪拌水泥土防滲墻即雙輪銑水泥土攪拌墻（SMC）是將雙輪銑削成槽工藝和傳統(tǒng)的深層水泥土攪拌工藝的技術(shù)特點(diǎn)相結(jié)合的一種新型地下深層攪拌技術(shù)。當(dāng)施工機(jī)械向下銑削攪拌土體時(shí)，兩個(gè)銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)，銑削地層，同時(shí)動力系統(tǒng)施加驅(qū)動力，向下銑削地層；在此過程中，注漿系統(tǒng)也通過注漿孔注入漿液，當(dāng)機(jī)頭向下銑削攪拌至設(shè)計(jì)深度后，兩個(gè)銑輪做相對相反方向旋轉(zhuǎn)，動力系統(tǒng)提供驅(qū)動力，提升銑輪；注漿系統(tǒng)在此過程中也注入固化液，與土在原地?cái)嚢杌旌希纬伤嗤恋叵逻B續(xù)墻。

2 壩基工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘探資料壩基地層為新近系地層，巖性為河湖相沉積的泥巖與砂巖類，并夾砂礫巖，呈互層狀分布，巖層呈水平狀產(chǎn)出，強(qiáng)風(fēng)化層5 m～8.0 m，其中砂巖膠結(jié)差，遇水軟化呈散砂狀，強(qiáng)度較低，屬極軟巖。泥巖天然密度1.9 g/cm3～2.1 g/cm3，干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度3.01 MPa～4.35 MPa，飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度0.23 MPa～0.39 MPa，承載力為200 kPa～250 kPa；砂巖天然密度1.8 g/cm3～2.1 g/cm3，干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度1.0 MPa～4.5 MPa，承載力為120 kPa～160 kPa。

根據(jù)鉆探壓水試驗(yàn)：壩基2.0 m～11.0 m新近系砂巖透水率為14.5 Lu～61.16 Lu，11.0 m以下為新近系砂巖、泥巖互層，透水率為0.05 Lu～4.93 Lu。巖層透水率與地層巖性呈現(xiàn)一定規(guī)律性，透水率上部大下部小，隨風(fēng)化程度變化，強(qiáng)風(fēng)化層透水率大，泥巖透水率比砂巖小。

3 對比試驗(yàn)

銑削攪拌水泥土防滲墻在內(nèi)地沿海地區(qū)淤泥質(zhì)土層及粉土等細(xì)顆粒軟土有豐富的施工資料及經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)比較成熟；但對于新疆地區(qū)的新近系軟巖地層中尚無相關(guān)施工資料及國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為確保工程質(zhì)量及獲取施工控制參數(shù)，在施工前在壩體樁號（2+436～2+466）段前壩坡腳上游50 m處水庫庫盤內(nèi)分別進(jìn)行雙排帷幕灌漿及液壓銑削攪拌水泥土防滲墻對比試驗(yàn)，以確定銑削攪拌水泥土防滲墻在施工時(shí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)及效果。

（1）帷幕灌漿試驗(yàn)

壩基防滲試驗(yàn)段位于樁號2+436～2+466段前壩坡腳上游50 m處水庫庫盤內(nèi)，帷幕灌漿試驗(yàn)段長30 m。灌漿孔深14.4 m，主帷幕灌漿孔數(shù)24孔，副帷幕灌漿孔數(shù)25孔。主帷幕孔距1.5 m，副帷幕孔距1.5 m，主、副帷幕孔間距1.5 m。

灌漿過程中普遍存在“吃水不吃漿”現(xiàn)象，即壓水試驗(yàn)巖層透水率很大，但灌漿量很小。主帷幕單位注灰量為43.11 kg～385.43 kg。在單元灌漿孔完成14天后通過鉆孔取芯結(jié)合相應(yīng)壓水試驗(yàn)對帷幕灌漿質(zhì)量及效果進(jìn)行檢查。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)及取樣巖芯分析：試驗(yàn)段巖層透水率灌漿前后變化不大，巖芯內(nèi)水泥漿液量分布較少，部分巖芯無水泥漿液擴(kuò)散痕跡，灌漿影響范圍較小，在該地層中帷幕灌漿效果較差。

（2）液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗(yàn)

銑削深攪水泥土防滲墻試驗(yàn)段位于位于帷幕灌漿試驗(yàn)段北側(cè)；試驗(yàn)段軸線長15.0 m，墻體厚度70 cm；單幅墻長度為2.8 m，幅間咬合搭接15 cm；采用跳槽式雙漿液施工；要求防滲墻28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，滲透破壞比降不小于60。銑削深攪水泥土防滲墻試驗(yàn)共進(jìn)行5幅試驗(yàn)1#幅段水泥摻入量為13%，2#、3#幅段水泥摻入量為15%，4#、5#幅段水泥摻入量為18%。

在試驗(yàn)結(jié)束14天～25天后對5幅墻體進(jìn)行鉆探取芯及注水試驗(yàn)，試驗(yàn)孔深13 m（墻深15 m）；同時(shí)對在現(xiàn)場制作的水泥土試件進(jìn)行7天、14天的抗壓強(qiáng)度檢測及滲透試驗(yàn)。主要試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 墻體芯樣、水泥土試件滲透系數(shù)及抗壓強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

水泥參量為13%的墻體滲透系數(shù)為3.64×10-6cm/s～3.62×10-6cm/s，抗壓強(qiáng)度為1.9 MPa～2.1 MPa；水泥參量為15%的墻體滲透系數(shù)為1.16×10-6cm/s～7.9×10-7cm/s，抗壓強(qiáng)度為1.56 MPa～5.4 MPa；水泥參量為18%的墻體滲透系數(shù)為1.1×10-6cm/s～8.2×10-7cm/s，抗壓強(qiáng)度為1.64 MPa～2.4 MPa。根據(jù)檢測試驗(yàn)數(shù)據(jù)：在水泥摻量遞增的情況下，墻體滲透系數(shù)遞減規(guī)律明顯，在水泥參量為15%的情況下墻體滲透系數(shù)均小于1×10-6cm/s；抗壓強(qiáng)度指標(biāo)均大于28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

圖1 液壓銑削攪拌水泥土防滲墻試驗(yàn)段開挖檢查

4 銑削攪拌水泥土防滲墻在新近系泥巖、砂巖地層施工的適應(yīng)性

綜合分析銑削攪拌水泥土防滲墻試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：①銑削攪拌水泥土防滲墻銑削設(shè)備最大銑削強(qiáng)度為20 MPa，新近系泥巖、砂巖抗壓強(qiáng)度為1.0 MPa～4.5 MPa，其銑削能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地層強(qiáng)度。液銑削深攪水泥土防滲墻及施工工藝適合新近系地層的壩基防滲處理，其抗?jié)B性、強(qiáng)度及墻體連續(xù)性均能滿足設(shè)計(jì)要求，且施工質(zhì)量可控性強(qiáng)，施工效率較高，經(jīng)濟(jì)性較好。②經(jīng)對水泥摻量13%、15%、18%防滲墻滲透系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，滲透系數(shù)在1×10-6cm/s～1×10-7cm/s抗?jié)B性較好，抗壓強(qiáng)度隨水泥摻量增加而提高。③從各試驗(yàn)墻體巖芯分析，墻體上部巖芯完整率、水泥土均勻性均較好，但下部巖芯完整性、水泥土均勻性稍差，墻體夾有泥巖巖塊。

由于新近系泥巖、砂巖地層的特殊性，其施工工藝與其他地層施工相比略有不同，發(fā)現(xiàn)銑削攪拌設(shè)備對泥巖的銑削破碎及攪拌均勻性較差問題。因此注漿施工時(shí)，采用銑削下沉為風(fēng)、水聯(lián)動下沉，注漿提升時(shí)對中部以下墻體進(jìn)行復(fù)攪提升注漿提升速度控在0.3 m/min～0.5 m/min，可解決攪拌均勻性性較差問題，同時(shí)對銑削機(jī)頭適當(dāng)改造，增加擋泥齒可增加對泥巖地層的破碎性。

5 結(jié)語

銑削攪拌水泥土防滲墻在后期壩基防滲施工中，根據(jù)檢測資料均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過該技術(shù)在希尼爾水庫壩基防滲中的成功應(yīng)用，可得到以下結(jié)論：

（1）銑削攪拌水泥土防滲墻可以在新近系泥巖、砂巖地層中正常施工；

（2）銑削攪拌水泥土防滲墻可以在壩基地層巖性為新近系泥巖、砂巖的地層中進(jìn)行水庫壩基防滲處理，其防滲性能滿足設(shè)計(jì)要求；

（3）在壩基地層巖性為新近系泥巖、砂巖的地層中進(jìn)行壩基防滲，銑削攪拌水泥土防滲墻技術(shù)與帷幕灌漿技術(shù)相比，其抗?jié)B性、墻體連續(xù)性更好，且施工質(zhì)量可控性更強(qiáng)，施工效率高，經(jīng)濟(jì)性較好。