淺析深層水泥土攪拌樁防滲墻施工技術(shù)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

深層水泥攪拌樁防滲墻以水泥漿為固化劑，通過(guò)樁機(jī)在地基深處就地將土體和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和土體、水之間的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使土體硬結(jié)成具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性的并具有一定強(qiáng)度的水泥土防滲墻。

1 工程概況

興隆水利樞紐位于江漢下游湖北省潛江、天門(mén)市境內(nèi)，上距丹江口樞紐378.3km，下距河口273.7km。興隆水利樞紐作為漢江中下游四項(xiàng)治理工程之一，由泄水閘、船閘、電站廠房、魚(yú)道、兩岸灘地過(guò)流段及其上交通橋組成。樞紐正常蓄水位36.2m，相應(yīng)庫(kù)容2.73億m3，規(guī)劃灌溉面積21.84萬(wàn)hm2，規(guī)劃航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，電站裝機(jī)容量40MW。

興隆水利樞紐閘室施工圍堰及導(dǎo)流明渠防滲設(shè)計(jì)采用水泥土攪拌樁防滲墻。防滲墻攪拌樁的直徑為60cm，樁間距45cm，搭接15cm，攪拌樁防滲墻深15m左右。質(zhì)量要求為：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度R28≥2.5MPa；滲透系數(shù)K≤i×10-6cm/s；滲透破壞比降[J]≥50。閘室施工區(qū)上部為人工回填粉細(xì)砂，含少量碎石；中部主要為粉砂和細(xì)砂，含有少量礦物質(zhì)；下部主要為細(xì)砂，含有少量礦物質(zhì)。

2 施工參數(shù)選擇

2.1 室內(nèi)配比試驗(yàn)

2.1.1 水泥性能試驗(yàn)

水泥選32.5礦碴硅酸鹽水泥，在進(jìn)行水泥土性能試驗(yàn)之前對(duì)所選水泥進(jìn)行了性能檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，水泥性能試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥性能檢驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 水泥土性能試驗(yàn)(試配)

在攪拌樁施工現(xiàn)場(chǎng)取試驗(yàn)用土，揀出其中的夾雜物，攪拌、揉搓均勻，第一次試驗(yàn)摻灰量不小于15%的設(shè)計(jì)要求，選定15%、18%、20%三種摻灰量進(jìn)行試驗(yàn)配比，分別按水灰比1.0、0.9、0.8制成水泥漿，然后將水泥漿與試驗(yàn)土拌和均勻，制成27組試樣(水泥土抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)試樣分別為18組、9組[1]?？箟簭?qiáng)度試樣采用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試模成型；滲透系數(shù)試樣采用上口直徑70mm、下口直徑80mm、高為40mm的圓臺(tái)體試模成型)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[2]。

經(jīng)試配，水泥摻量為15%時(shí)其抗壓強(qiáng)度不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，水泥摻量為18%、20%時(shí)抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，水灰比為0.9時(shí)抗?jié)B性最優(yōu)，故選定水灰比為0.9試樁水灰比。

2.2 試樁

為了選擇合理攪拌樁施工工藝參數(shù)，驗(yàn)證室內(nèi)配合比，確保深層攪拌樁防滲墻的防滲效果，在深層攪拌樁施工前根據(jù)防滲要求，結(jié)合類(lèi)似工程施工的經(jīng)驗(yàn)，在防滲墻軸線(xiàn)下游2m處進(jìn)行攪拌樁工藝性試驗(yàn)。

試樁共3根，直徑為60cm，樁間距45cm，搭接15cm，為了校核試配的準(zhǔn)確性，選擇水泥摻量為15%、18%、20%的試樁各一根，水灰比為0.9，采用“四攪四噴”工藝，試樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相符。其試樁各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水泥土試樁檢測(cè)指標(biāo)

從試樁各項(xiàng)指標(biāo)得出水泥摻量為15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度不滿(mǎn)足要求，水泥摻量為18%時(shí)，防滲性能最好，故報(bào)監(jiān)理批復(fù)后水泥土配比選擇為：水泥摻量18%，水灰比為0.9∶1.0。

2.3 參數(shù)確定

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)選擇深層攪拌樁施工參數(shù)如下：

(1)水泥采用P.S.A32.5水泥；

(2)注漿壓力0.5MPa～2MPa，首次噴漿下沉速度為0.6m/min，提升速度為0.7m/min；二次噴漿下沉速度為0.8m/min，提升速度為1.0m/min，每根樁”四噴四攪”成樁時(shí)間15h左右；

(3)水泥摻量為18%，水灰比為0.9∶1.0。

3 攪拌樁施工

根據(jù)工程地質(zhì)情況及工程防滲要求，選用“四攪四噴”的施工工藝，即樁機(jī)在下沉、提升過(guò)程中都進(jìn)行噴漿，來(lái)回兩個(gè)循環(huán)，施工參數(shù)嚴(yán)格按工藝性試驗(yàn)所確定參數(shù)進(jìn)行控制。

3.1 施工工藝流程

①樁位放樣→②鉆機(jī)就位→③檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→④鉆進(jìn)、噴漿(至設(shè)計(jì)深度)→⑤提鉆并噴水泥漿(至工作基準(zhǔn)面以下0.5m)→⑥重復(fù)進(jìn)行④⑤步→⑦成樁結(jié)束→⑧施工下一根樁[3]。

3.2 施工順序

圖1 水泥土攪拌樁施工順序

3.3 施工方法

(1)設(shè)備選型：選用DSMM-5W型三軸攪拌樁機(jī)，主機(jī)功率45kW，液壓系統(tǒng)壓力25MPa。

(2)測(cè)放樁位：用測(cè)量?jī)x器對(duì)防滲墻軸線(xiàn)進(jìn)行施測(cè)，根據(jù)樁位平面布置圖，現(xiàn)場(chǎng)用鋼尺定出樁位，并將竹桿或木桿打入土層作標(biāo)記，鉆機(jī)就位后檢驗(yàn)、調(diào)整前應(yīng)對(duì)樁位進(jìn)行檢查并填寫(xiě)水泥土攪拌樁樁位偏差記錄表。

(3)樁機(jī)就位、檢查、調(diào)整鉆機(jī)：攪拌樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，先進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，調(diào)試合格后方可進(jìn)行樁機(jī)就位，就位時(shí)樁尖位置水平偏差控制在5cm范圍內(nèi)。調(diào)整樁機(jī)使其平臺(tái)水平，導(dǎo)向架及鉆桿豎直，偏斜度不得大于1.5%。

(4)制備水泥漿：鉆機(jī)施鉆前進(jìn)行水泥漿拌制，制備水泥漿時(shí)按先加水后加水泥的順序投料，每次攪拌時(shí)間不少于3min，確保水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆颉０磁浜媳扰浜脻{液后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漿液進(jìn)行檢測(cè)并填寫(xiě)水泥漿液現(xiàn)場(chǎng)檢查記錄表。

(5)鉆進(jìn)下沉：深層打樁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土攪拌下沉，同時(shí)進(jìn)行噴漿作業(yè)。下沉速度控制在0.6m/min左右。

(6)提升噴漿攪拌：深層攪拌機(jī)下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，再邊噴漿、邊旋轉(zhuǎn)、邊提升深層攪拌機(jī)，直到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。此時(shí)應(yīng)注意噴漿速度與提升速度相協(xié)調(diào)，以確保水泥漿沿樁長(zhǎng)均勻分布。攪拌提升速度控制在0.7m/min。

(7)沉鉆復(fù)攪：再次沉鉆進(jìn)行復(fù)攪，復(fù)攪下沉速度控制在0.8m/min。

(8)重復(fù)提升攪拌：邊旋轉(zhuǎn)、邊提升、重復(fù)攪拌至樁頂標(biāo)高(重復(fù)提升速度不得大于1.0m/min)，并將鉆頭提出地面，以便移機(jī)施工新的樁體。至此，完成一根樁的施工。

(9)移位：開(kāi)行深層攪拌樁機(jī)至新的樁位，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行下一根樁的施工。

(10)清洗：當(dāng)一施工段成樁完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行清洗。

在施工中應(yīng)對(duì)施工開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間、來(lái)漿時(shí)間、停漿時(shí)間、總施工時(shí)間、總噴漿時(shí)間、漿液總用量及水泥用量進(jìn)行記錄。一組樁施工完成后，檢查并填寫(xiě)孔徑高程、噴漿提升速度、樁頂標(biāo)高、垂直度等記錄表。

3.4 施工質(zhì)量控制

(1)對(duì)于深層攪拌工法，合理的水灰比及控制鉆進(jìn)、提升及復(fù)攪的速度對(duì)成樁質(zhì)量尤為關(guān)鍵。實(shí)踐證明，在保證孔口少量翻漿和水泥摻入比的前提下，只有合適的水灰比，才能保證水泥土攪拌的均勻性和成樁質(zhì)量；只有控制好鉆進(jìn)和提升速度，同時(shí)又根據(jù)機(jī)型、土體等情況，控制好輸漿量、漿液比重、摻入比等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，才能確保成樁質(zhì)量。

(2)施工中使用的水泥要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后方能使用。水泥漿液要按試驗(yàn)確定的配合比拌制，攪拌好的漿液不得離析。漿液應(yīng)經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入輸漿泵，以免損壞泵體，泵送漿液必須連續(xù)，一旦因故停泵，立即通知操作工，做好記錄，防止斷樁。

(3)為了保證墻體厚度，鉆頭直徑要不小于設(shè)計(jì)樁徑，樁間距應(yīng)不大于理論計(jì)算值。

(4)供電、供水必須連續(xù)。一旦中斷，應(yīng)將鉆頭下沉至停供點(diǎn)以下0.5m，待恢復(fù)供應(yīng)時(shí)再?lài)姅囂嵘?。因故停機(jī)超過(guò)半小時(shí)時(shí)，應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路進(jìn)行妥善清洗。

(5)當(dāng)漿液到達(dá)設(shè)計(jì)樁底后，應(yīng)在樁底噴漿30s，使?jié){液完全到達(dá)樁端。

(6)當(dāng)噴漿口提升到設(shè)計(jì)樁頂時(shí)，應(yīng)停止提升，攪拌30s，以保證樁頭均勻密實(shí)。

(7)攪拌噴漿提升速度和次數(shù)必須符合施工工藝要求，使噴漿量和提升速度相配，保證墻體的均勻性，根據(jù)先導(dǎo)孔提供的資料，對(duì)特殊地段和堤身質(zhì)量較差地段適當(dāng)加大噴漿量和放慢提升速度，詳細(xì)記錄鉆機(jī)每米下沉和提升時(shí)間。深度記錄誤差不大于100mm，時(shí)間記錄誤差不大于5s。

(8)樁與樁的搭接間歇時(shí)間不大于24h，如特殊原因超過(guò)上述時(shí)間，則應(yīng)和前一根樁進(jìn)行對(duì)接，待水泥土墻具有一定強(qiáng)度后，在接頭處采用套鉆注漿或高壓注漿方案進(jìn)行連接處理。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)按照設(shè)計(jì)圖紙文件要求，對(duì)施工作業(yè)全過(guò)程及攪拌樁質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 過(guò)程驗(yàn)收

施工過(guò)程的原始記錄及原材料試驗(yàn)資料經(jīng)監(jiān)理單位認(rèn)可簽字驗(yàn)收，包括樁位、樁頂、樁底標(biāo)高，樁身垂直度，樁身水泥摻入比，攪拌頭上提噴漿速度，漿液水灰比等單樁施工作業(yè)全過(guò)程。

4.2 質(zhì)量檢測(cè)

本項(xiàng)目水泥攪拌樁防滲墻檢測(cè)采用以下方法：

(1)成樁15d后，采用在樁的兩側(cè)開(kāi)挖基槽檢查樁的成型質(zhì)量。沿墻體軸線(xiàn)每80m～100m布設(shè)一個(gè)開(kāi)挖檢查點(diǎn)，每處開(kāi)挖長(zhǎng)度3m～5m，開(kāi)挖深度3m～4m。主要查看樁的成型情況，墻體完整性、墻體間連接質(zhì)量和墻體厚度；樁間距是否均勻，樁體是否圓勻，有無(wú)縮頸和回陷現(xiàn)象；樁攪拌是否均勻，凝體有無(wú)松散。檢查情況見(jiàn)圖2，檢測(cè)結(jié)果全部合格。

圖2 挖槽檢查情況

(2)成樁后3d內(nèi)，采用輕型動(dòng)力觸探(N10)檢查上部樁身的均勻性。檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不少于3根。其檢測(cè)結(jié)果全部合格。

(3)鉆孔取芯檢查：在施工15d后，沿墻體軸線(xiàn)每200m布設(shè)檢查鉆孔，檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長(zhǎng)度，并取試件送試驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)至28d，作水泥土防滲墻的單軸抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、允許比降等室內(nèi)試驗(yàn)。其各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)全部合格。

圖3 鉆孔取芯情況

5 結(jié)語(yǔ)

水泥土攪拌樁防滲墻具有適用范圍廣、造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、施工工效高、成墻效果好及對(duì)周?chē)h(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，在防滲處理中有較強(qiáng)的適用性，處理后承載和防滲性能均可以滿(mǎn)足常規(guī)要求，已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域防滲工程和地基處理施工中。