淺談深層攪拌樁在堤基防滲中的應(yīng)用

許果林

摘 要：岳陽(yáng)縣六合垸2+500～2+900堤段管涌滲漏處理工程堤基存在4.0～5.0m的卵礫石中粗砂層，防滲采用深層攪拌樁連續(xù)墻。這在新墻河堤基防滲中屬首次試驗(yàn)，故通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定水泥摻入比為16.5%，防滲墻樁徑不小于50cm，樁距35cm，樁體傾斜誤差小于0.5%，樁徑誤差小于3cm，施工中采用機(jī)械是PH-5A攪拌樁機(jī)。施工中，著重對(duì)樁徑、樁距、樁體垂直度、樁長(zhǎng)進(jìn)行控制，此外，通過(guò)對(duì)防滲墻檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞： 深層攪拌樁 卵礫石砂層 堤基防滲 防滲墻

深層攪拌樁在施工工藝上分噴漿及噴粉，主要用于加固軟土地基，以提高地基承載力，80年代中后期該施工方法已用于基坑開挖的支護(hù)和防滲結(jié)構(gòu)（檔土墻），該方法具有造價(jià)低、工效高、無(wú)污染等特點(diǎn)，岳陽(yáng)縣六合垸2+5～2+900堤段新墻河堤基存在4.0～5.0m厚的砂石粗砂層，堤內(nèi)每當(dāng)洪水期則產(chǎn)生管涌，由此需做防滲處理，通過(guò)深層攪拌樁施工后，取得了良好的防滲效果，并治理了堤內(nèi)的管涌。本文主要介紹深層攪拌樁施工工藝應(yīng)用于卵礫石粗砂層防滲的設(shè)計(jì)施工及效果，以便于本工藝在卵礫石砂層防滲中應(yīng)用及推廣。

一、工程概況及地質(zhì)概況

1.1工程概況

岳陽(yáng)縣六合垸2+500～2+900堤段位于岳陽(yáng)縣城郊的新墻河畔，近幾年來(lái)一直受到長(zhǎng)江及洞庭湖洪水的嚴(yán)重困擾。幾度發(fā)生管涌險(xiǎn)情愈來(lái)愈烈，威脅新墻廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)險(xiǎn)情情況，采取深層攪拌樁進(jìn)行處理，堤段處理長(zhǎng)度為400m。

1.2地質(zhì)概況

工程區(qū)位于新墻河一級(jí)階地，廣泛地為第四紀(jì)河流沖積相堆積物所覆蓋，區(qū)內(nèi)總的地勢(shì)為平坦，堤頂高程為37m，地面高程為33.5m左右，施工區(qū)內(nèi)產(chǎn)生管涌原因主要是由于堤基下部的中粗砂，礫質(zhì)粗砂、粗砂礫石。區(qū)內(nèi)地層分述如下：

第一層為粉質(zhì)粘土（Q4 m1），褐色，黃褐色，可塑狀，粉粒含量偏高，本層底高層為29.5～30.3m，厚為3.2～4.0m。

第二層為中粗砂層（Q4 m1），黃褐至淺黃色，松散至稍密實(shí)，多呈飽和狀態(tài)，含小礫石，礫石直徑徑1-2cm，底板高程為26.7～27.5m厚約為3m左右。

第三層為卵礫石粗砂層（Q4 m1），黃褐色，松散至稍密，呈飽和狀態(tài)，礫石含量20%～40%，礫徑多在2～4cm，其余為粗砂、礫石，底板層為24.9～25.8m，厚約為2m左右。

第四層為沙礫巖（K～E），紫紅色，直徑0.1～0.3cm的細(xì)砂及2～6cm礫石組成，質(zhì)地堅(jiān)硬，該層為場(chǎng)地基底，厚度不詳。

1.3水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水，地下水高程為（施工期間）29.5m，主要受河水位控制，含水層平均厚度約為4.5～5.0m，其中第二、三層為場(chǎng)地主要含水層，水量豐富，第三層滲透性最強(qiáng)，滲透系數(shù)為7.27×10cm/s，第二層次之為5.20×10cm/s，底部砂礫巖為相對(duì)隔水層。

二、設(shè)計(jì)及施工

2.1水泥摻入比

根據(jù)設(shè)計(jì)防滲要求，水泥土防滲標(biāo)準(zhǔn)為K≤10-6cm/s，;因攪拌樁用于防滲，首先進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)采取砂樣（密度為2kg/cm3），在飽和狀態(tài)摻入不同量水泥在室內(nèi)成型，成型時(shí)選用15、18兩個(gè)摻入比，砂樣選用第二層的中粗砂，水泥為425號(hào)普通硅酸鹽水泥，成型后室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28d齡期進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果如表1所示：

表1? 水泥土試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

水泥摻入比 滲透系數(shù)k/cm·s-1 抗壓強(qiáng)度R/MPa 彈性模量

Es/MPa 滲透破壞比降icr

15

18 7.6×10-7

2.6×10-7 4.50

6.64 1025

1258 >300

>300

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及測(cè)試結(jié)果并考慮施工時(shí)噴漿和攪拌時(shí)的不均勻性因素，水泥摻入比選為16.5%，以滿足水泥土的防滲標(biāo)準(zhǔn)。

2.2防滲墻設(shè)計(jì)

根據(jù)二次試驗(yàn)情況確定防滲墻設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）樁徑Ф≥50cm，樁距35m，樁與樁搭接為15cm，搭接部分墻厚應(yīng)≥30cm，防滲墻伸至基巖面;（2）樁體傾斜誤差≦0.5樁位誤差≦3cm;（3）加加固劑為425號(hào)普通硅酸鹽水泥;（4）施工工藝采用噴漿法，水灰比為1：1.0

2.3施工工藝

深層攪拌樁截滲墻施工采用PH-5A攪拌樁機(jī)，具體工藝流程為：定位→將水泥過(guò)篩入攪拌池，按設(shè)計(jì)水灰比配制漿液→下沉噴漿攪拌至基巖面，原地旋轉(zhuǎn)數(shù)秒→上提噴漿攪拌（1.5m）→下沉攪拌至基巖面→上提噴漿攪拌至地地面。水泥摻入量按摻入比16.5%計(jì)為65kg/m，水灰比為1：1.0，平均噴漿量控制在85-901/m之間，為降低損耗，保證施工質(zhì)量，需控制攪拌下沉及提升速度。

2.4施工概況

施工時(shí)防滲墻頂高程為33-33.5m，樁長(zhǎng)為8.0-9.3m，施工于2004年2月10日開始，2004年3月10日結(jié)束，2臺(tái)樁機(jī)共完成防滲墻3400m2，深層攪拌樁1143根，總進(jìn)尺9714m，平均噴入水泥63.8kg/m。

三、施工質(zhì)量控制

深層攪拌樁用于水利工程防滲，防滲工程屬于隱蔽工程施工質(zhì)量控制難度大，因此施工中必須嚴(yán)把材料關(guān)，提高施工人員質(zhì)量意識(shí)，著重在以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制監(jiān)督。

3.1樁徑控制

為保證墻體完整性，確保成樁直徑>0.50m施工中規(guī)定鉆頭直徑不得≤50cm，由于堤基地層為含粒中粗砂，磨損鉆頭嚴(yán)重，質(zhì)檢人員需要經(jīng)常抽檢鉆頭直徑，保證成樁直徑。

3.2樁距控制

攪拌樁截滲墻由樁與樁搭接形成，設(shè)計(jì)樁距為35cm，但由于孔口返漿嚴(yán)重，往往履蓋樁位標(biāo)志，造成定位困難。樁位誤差大，這不但影響施工質(zhì)量，也影響施工成本，為此采取如下措施控制樁距：（1）在壩軸線上灑白灰，每7m為一段，每4根一組，在段、組、樁位處布設(shè)不同標(biāo)志，分組控制，同時(shí)在樁機(jī)旁設(shè)平行軸線線繩，使樁機(jī)緊貼該線移動(dòng)，在工作平臺(tái)上固定刻度（同樁距）在底層固定標(biāo)尺，利用上下層相對(duì)移動(dòng)確定柱位、樁距;（2）在樁機(jī)旁平行中心壩線灑白灰確定大壩具體樁號(hào)，使樁機(jī)操作手明確圖紙上的樁位與實(shí)際位置的誤差并及時(shí)修正。

3.3樁體垂直度控制

樁體垂直誤差直接影響底部樁與樁的搭接質(zhì)量，一般樁頂部樁位用設(shè)計(jì)樁距來(lái)控制，而底部?jī)H能通過(guò)樁體垂直度來(lái)控制，同時(shí)保證墻體不產(chǎn)生滲透破壞，底部厚度不能小于臨界值，所以施工中必須嚴(yán)格控制樁機(jī)垂直度，施工前用水平尺、水準(zhǔn)儀及重錘校核樁體垂直度，確保垂直誤差控制在0.5%范圍內(nèi)，以保證墻底搭接部分厚度。

3.4樁長(zhǎng)控制

為了提高防滲效果，樁底必須與基巖接觸，從施工參數(shù)到樁機(jī)各種反應(yīng)綜合判斷鉆頭是否與基巖接觸，確保墻體與基巖接觸。

四、滲透檢測(cè)

4.1開挖檢查

為檢查樁身質(zhì)量及樁間搭接情況，進(jìn)行開挖：（1）基坑開挖深度5.4m，發(fā)現(xiàn)墻體膠結(jié)良好，外觀似水泥砂漿;（2）樁與樁之間連結(jié)緊密，樁位誤差在允許范圍內(nèi)，墻體完整，輪廓清晰，表面光滑，無(wú)漏水或滴水現(xiàn)象，墻體防滲效果良好。

4.2鉆孔取樣檢驗(yàn)

本工程隨機(jī)選取攪拌樁體，進(jìn)行鉆孔取樣，并進(jìn)行壓水試驗(yàn)根據(jù)鉆探取樣統(tǒng)計(jì)資料可知：表層巖芯成柱狀，巖芯采取率為50%-60%;4.0m以下很堅(jiān)硬，一般巖芯成柱狀，長(zhǎng)度30-60cm，巖芯采取率為70%6-80%，選擇樁體在不同地層試樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果如表2所列。

表2? ?墻體室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

土質(zhì) 滲透系數(shù)/cm·s-3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

/MPa 強(qiáng)度模量

/MPa 滲透破壞比降

#9孔 2.6×10-6 2.0 1250 275

#5孔 7.3×10-6 3.8 1368 290

#7孔 3.1×10-6 6.8 2160 320

4.3防滲墻體壓水試驗(yàn)

本次防滲墻樁體壓水試驗(yàn)共做8組，注水試驗(yàn)2組，每組試驗(yàn)分樁體及樁與基巖接觸帶兩段，第一段鉆孔不打穿柱底（一般留0.5～1.0m），進(jìn)行壓水試驗(yàn)（止不住水改為注水試驗(yàn)），確定樁體滲透系數(shù)及吸水率;第二段打穿樁底進(jìn)行壓水，確定樁體與基巖接觸帶的綜合滲透系數(shù)，計(jì)算樁體與基巖接觸帶（結(jié)合部）滲透系數(shù)時(shí)，第二段壓入水量應(yīng)扣除樁體的吸水量（由第一段相應(yīng)壓力時(shí)的吸水率與第二段樁體長(zhǎng)度確定），根據(jù)剩余水量按剩余試段長(zhǎng)度，計(jì)算結(jié)合部滲透系數(shù)。

因樁體齡期短，抗拉強(qiáng)度低，試驗(yàn)壓力僅取0.09MP及0.10mPa，壓水試驗(yàn)操作嚴(yán)格按《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行，壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)結(jié)果如表3所列。

表3墻體檢測(cè)試驗(yàn)成果

種類 樁體平均進(jìn)灰量/kg·m-1 齡期/d 滲透系數(shù)/cm·s-1

樁體 結(jié)合部 綜合

壓水試驗(yàn) 65.2 35～50 3.87×10-6 4.11×10-3 1.86×10-1

注水試驗(yàn) 64.6 35～50 9.1×10-7 3.53×10-6 3.15×10-4

五、防滲效果評(píng)價(jià)

經(jīng)鉆探檢測(cè)，樁體巖芯采取率為509%0-60%，下部（主要分布在40m以下中粗砂層部分）可達(dá)70%-80%，巖芯致密堅(jiān)硬，一般長(zhǎng)為30～60cm，從部分開挖情況觀察，樁體外形完整，有強(qiáng)度較硬。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，墻體滲透系數(shù)為381×10-6cm/s，結(jié)合部滲透系數(shù)為4.11×10-5cm/s，綜合滲透系數(shù)為1.86×10-5cm/s，注水試驗(yàn)結(jié)果一般比壓水試驗(yàn)低5～10倍，而壓力水試驗(yàn)壓力與實(shí)際工程運(yùn)行水頭壓力相近，所以壓水試驗(yàn)結(jié)果比較真實(shí)可靠，接近實(shí)際。

現(xiàn)場(chǎng)開挖驗(yàn)證說(shuō)明深層攪拌樁連接緊密，外形完整，樁體輪廓清晰，無(wú)滴水、漏水現(xiàn)象，防滲效果良好，經(jīng)鉆探取樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試，墻體滲透系數(shù)為10-6～10-7cm/s，無(wú)側(cè)展抗壓強(qiáng)度大于2.0MPa，彈性模量大于100MPa，滲透破壞比降大于270，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié) 語(yǔ)

目前，堤基防滲手段主要有堤外粘土鋪蓋、堤基垂直防滲、堤內(nèi)壓重、堤內(nèi)排水減壓井等等，通過(guò)本工程的施工，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面比較，水泥攪拌樁是既經(jīng)濟(jì)又有技術(shù)保障的防滲手段之一，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 王和富.小議水利工程防滲加固中應(yīng)用多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)[J].科技資訊，2016（04）：95--97

[2] 劉榮東.多頭深層攪拌防滲墻技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用[J].山西建筑，2016（08）：150--151

[3] 趙德龍.多頭小直徑水泥土攪拌樁防滲墻在八條路水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[J].陜西水利，2017（3）：101—102