三軸攪拌樁設(shè)備在九圩港提水泵站防滲墻中的應(yīng)用

徐光華，楊遠(yuǎn)洲，劉佳蕾，李萬(wàn)超（.江蘇省蘇水工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 揚(yáng)州 5009；.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 5003，3.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 5009）

三軸攪拌樁設(shè)備在九圩港提水泵站防滲墻中的應(yīng)用

徐光華1，楊遠(yuǎn)洲2，劉佳蕾1，李萬(wàn)超1
（1.江蘇省蘇水工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225003，3.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

ZKD65—3B型三軸深層攪拌樁防滲墻技術(shù)具有攪拌葉片多、動(dòng)力大、施工速度快、操作簡(jiǎn)捷、適用于不同地質(zhì)條件的深層攪拌樁防 （截）滲墻施工和提高軟基承載力加固處理的特點(diǎn)。結(jié)合在江蘇省南通市九圩港提水泵站工程基底防滲墻施工中的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。圖5幅，表5個(gè)。

提水泵站；三軸深層攪拌；新型設(shè)備；水泥土防滲墻

1　工程概況

九圩港提水泵站工程位于江蘇省南通市通州區(qū)平潮鎮(zhèn)、九圩港閘西側(cè)，距長(zhǎng)江邊1.3 km，是南通市解放以來(lái)首座新建大型泵站工程 ，工程等級(jí)為II等，泵站規(guī)模為大 （2）型，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪 （潮）水位設(shè)計(jì)，300年一遇洪 （潮）水位校核。泵站設(shè)計(jì)流量150 m3/s，安裝5臺(tái)套豎井式貫流泵機(jī)組，單機(jī)流量30 m3/s，單套電機(jī)功率1 250 kW，水泵葉輪直徑3.25 m；其主要任務(wù)是在九圩港閘自流引江不能滿足區(qū)域用水時(shí) ，利用九圩港提水泵站抽水，以滿足南通市通南地區(qū)、沿海開(kāi)發(fā)區(qū)的用水需要，并向東臺(tái)堤?hào)|灌區(qū)供水；其次兼顧南通城區(qū)環(huán)境和航道用水 ，以增加城區(qū)水源及水體流動(dòng)性，并維持內(nèi)河通航所需水位。

施工設(shè)計(jì)在主泵房基底四周及上游第1～3節(jié)翼墻和下游所有翼墻、擋墻底板下，均布設(shè)了雙排套打的直徑60 cm深層水泥攪拌樁防滲墻。

2　工程地質(zhì)

依據(jù)九圩港提水泵站巖土工程勘察報(bào)告 ，站址鉆探深度范圍內(nèi)所揭示的地層均為第四紀(jì)松散沉積物，按成因類型、土質(zhì)特征揭示得地層可分為10層，建筑物底板位于②、③層上，主體站身坐落在③層土上。①、②、③層砂土室內(nèi)垂直滲透試驗(yàn)平均滲透系數(shù)均為 K=A×10-3cm/s［1］，具有中等透水性 （見(jiàn)圖1、表1）。因此，處理好基坑安全開(kāi)挖與工程建成后的防滲安全是泵站工程建設(shè)中的首要環(huán)節(jié)，也是重中之重。

3　防滲設(shè)計(jì)

為了九圩港提水泵站工程深基坑截滲、降水的安全開(kāi)挖，為了九圩港提水泵站基礎(chǔ)底板下降低前后水力聯(lián)系與滲透系數(shù)，施工圖設(shè)計(jì)分別對(duì)深基坑開(kāi)挖前左右側(cè)采用了液壓抓斗成槽澆35 cm厚的C20塑性混凝土截滲芯墻，左側(cè)芯墻長(zhǎng)300 m （從高程4.0 m～高程-29.0 m），深入到相對(duì)不透水層的④層土內(nèi)；右側(cè)芯墻長(zhǎng)225 m（從高程3.0 m～高程-20.0 m）。深基坑開(kāi)挖前上下游各長(zhǎng)139 m，采用了 “兩攪兩噴”直徑45 cm的多頭小直徑水泥攪拌樁截滲墻體，上游截滲墻體從高程-1.0 m～高程-18.0 m，下游截滲墻體從高程 -2.0 m～高程-18.0 m；泵站底板下及翼墻、擋墻底板下均采用“四攪兩噴”雙排套打直徑60 cm與間隔50 cm的深層水泥攪拌樁防滲墻。水泥攪拌樁的墻體無(wú)側(cè)翼，抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa，滲透系數(shù)不大于 A× 10-6cm/s，水泥滲入量不少于15%。

圖1　九圩港提水泵站站身地質(zhì)剖面

表1　主要土性參數(shù)

本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土層硬軟變化及主體工程進(jìn)度要求，以引用新設(shè)備ZKD 65—3B型三軸攪拌雙排套打同直徑 “兩攪兩噴”雙排套打φ60 cm深層水泥攪拌樁防滲墻施工工藝［2］，置換設(shè)計(jì)的 “四攪兩噴”雙排套打φ60 cm深層水泥攪拌樁防滲墻的應(yīng)用 （見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2　三軸攪拌全液壓步履打樁架

圖3　三軸攪拌鉆頭及多道葉片

4　三軸攪拌樁成墻原理與施工工藝

4.1成墻原理

ZKD65—3B型三軸攪拌套打防滲墻采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥作為固化劑，按設(shè)計(jì)摻量15%（占天然土的濕密度百分比），利用移動(dòng)支撐機(jī)上的三支點(diǎn)，垂直立桿導(dǎo)桿上安裝驅(qū)動(dòng)設(shè)備、鉆桿、鉆頭于一體的三軸頭攪拌樁機(jī)，在松軟或緊密 （N≥40擊）地層中邊轉(zhuǎn)進(jìn)邊噴氣、噴射水泥漿。其中兩頭噴漿、一頭噴氣、間隔排列 （即漿、氣、漿），通過(guò)鉆頭旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制攪拌，使土體與水泥漿初步的混合；送氣管送氣的同時(shí)也對(duì)土體進(jìn)行攪拌，經(jīng)過(guò)氣體的升揚(yáng)置換作用，讓土體與水泥漿更加充分的攪拌。水泥水化反應(yīng)生成水化物，水化物膠結(jié)并與顆粒發(fā)生粒子交換，由?；饔靡约坝材从承纬梢欢ǖ目箟簭?qiáng)度，從而形成具有整體性和抗水性的樁柱體 （見(jiàn)表3）。將這些樁柱體套打搭接排成一列，形成連續(xù)墻體，用以提高地基防滲或承載能力，達(dá)到加固工程的目的［3］。

表3　鉆機(jī)主要性能參數(shù)

4.2施工工藝

（1）施工流程

施工流程如下所示 （見(jiàn)圖4）。

圖4　施工工藝流程

（2）試樁確定實(shí)施參數(shù)。

為了取得三軸深層攪拌樁最佳施工參數(shù) ，工程開(kāi)工前監(jiān)理會(huì)同施工相關(guān)方在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝試樁。試樁樁號(hào)為11、12、13號(hào)幅，每幅試樁從頂高程7.1 m，樁底高程-16.0 m，樁入土總深度23.1 m；其中上部無(wú)效樁段1.6 m，下部有效樁深21.5 m。通過(guò)試打得出三軸深層攪拌樁新設(shè)備施工參數(shù) （見(jiàn)表4）。

表4　試樁參數(shù)成果表

（3）施工順序

根據(jù)試樁參數(shù)與報(bào)批施工方案每排采用跳打，待第1排第1幅墻體水泥土初凝前，回頭施打第2 排 （見(jiàn)圖5）。

圖5　雙排套打三軸攪拌樁施工順序示意

5　防滲墻質(zhì)量檢測(cè)

5.1探坑檢測(cè)

遵照水利工程混凝土施工按先深后淺、先重后輕、先高后矮、先主后次的原則進(jìn)行［4］，首先對(duì)泵站底板下完成攪拌樁墻體的基坑土方逐層挖卸，先挖長(zhǎng)36 m、深2.7 m防滲墻凝期28 d以上墻體挖出。目測(cè)墻體外觀質(zhì)量良好，墻體攪拌均勻，搭接連續(xù)、平順，實(shí)測(cè)墻體平均厚度1.12 m，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2鉆芯檢測(cè)

為驗(yàn)證三軸深層攪拌樁設(shè)備實(shí)施的 “兩攪兩噴”雙排套打水泥攪拌樁防滲墻水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水泥土滲透系數(shù)，經(jīng)委托有相應(yīng)樁體檢測(cè)資質(zhì)的單位到現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣，在站身底板下套打防滲墻抽取2個(gè)鉆孔 （ZK02、ZK03），上下游翼墻基礎(chǔ)下套打防滲墻抽取4個(gè)鉆孔 （ZK01、ZK04、ZK05、ZK06）。實(shí)測(cè)有效樁長(zhǎng)9.3～13.9 m，大于設(shè)計(jì)樁身長(zhǎng)8.0～12.5 m；鉆孔取芯后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注水試驗(yàn)（見(jiàn)表5）。

檢驗(yàn)結(jié)果表明［5］：水泥漿液與土體膠結(jié)較好，水泥攪拌樁樁身完整性、均勻性良好，樁身有效強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；據(jù)現(xiàn)場(chǎng)留取的完整試樣進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其代表值為1.4～2.5 MPa，大于設(shè)計(jì)值1.0 MPa；攪拌樁水泥土的滲透系數(shù)為1.39×10-6～3.31×10-6cm/s，效果明顯。

表5　攪拌樁防滲墻墻體滲透系數(shù)成果

6　新設(shè)備優(yōu)勢(shì)

6.1移動(dòng)和操作簡(jiǎn)捷

ZKD65—3B型三軸深層攪拌樁設(shè)備機(jī)架采用配套的BZ70全液壓步履打樁架，形同挖掘機(jī)，適應(yīng)軟硬地面和行走移位靈活，為1～2人操作；后臺(tái)有配漿、送漿與送氣系統(tǒng) ，形同混凝土拌合樓，按預(yù)先設(shè)定的水泥摻入量15%及水灰比1.5，在控制臺(tái)輸入和設(shè)定好后，1人值班的配置系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)聽(tīng)從前方樁架操作室配送漿送氣到鉆頭攪拌入土。而以往常規(guī)的深層攪拌樁設(shè)備移位是通過(guò)人員開(kāi)動(dòng)閘閥拉動(dòng)鋼絲繩與下墊鋼管 ，動(dòng)作慢，后臺(tái)水泥漿配置靠人工按比例為摻入水泥量15%及水灰比0.5，每班操作至少4～5人，效率低。

6.2鉆得深和適應(yīng)不同地質(zhì)

該三軸深層攪拌設(shè)備每根鉆桿直徑219mm，最大鉆施深度達(dá)30 m，鉆桿最大扭矩達(dá)60.6 kN/m，并配有定心尖式硬土鉆頭和魚(yú)尾式軟土鉆頭2種，能滿足土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) N≥40擊的緊密砂夾層深層水泥攪拌樁施工不阻鉆。常規(guī)的深層攪拌樁設(shè)備較適應(yīng)軟基處理，遇上硬土夾層易阻鉆或斷埋鉆桿現(xiàn)象，鉆施深度超過(guò)18 m以上的不多。

6.3攪拌充分和均勻性好

ZKD65—3B型三軸深層攪拌樁設(shè)備，每根軸有8道以上的葉片，加上中軸充氣上揚(yáng)及大水灰比“沸騰”攪拌，所實(shí)施的 “兩攪兩噴”施工工藝雖較常規(guī)的小水灰比攪拌樁設(shè)備少了一道上下攪拌施工行程，但從九圩港提水泵站底板及翼墻底板下的防滲墻探坑實(shí)體與鉆芯取樣檢測(cè)結(jié)果，均反映質(zhì)量良好。功效方面：新型三軸深層攪拌樁設(shè)備施打的泵站底下756根攪拌樁，每根樁長(zhǎng)12 m，9 d施工完成；用常規(guī)的深層攪拌樁設(shè)備施打的清污機(jī)橋底板和部分下游擋墻底板下316根攪拌樁，每根樁長(zhǎng)10 m，22 d完成。由此看速度是5～6倍的關(guān)系。

7　結(jié) 語(yǔ)

ZKD65—3B型三軸深層攪拌樁防滲墻技術(shù)，所需設(shè)備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、操作方便，施工過(guò)程中無(wú)噪音、無(wú)污染。該三軸深層攪拌樁鉆機(jī)螺旋鉆頭，分為定心尖式硬土鉆頭和魚(yú)尾式軟土鉆頭2種，適應(yīng)不同地質(zhì)情況，可選擇不同螺旋鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)；該設(shè)備具有動(dòng)力大、鉆得深、速度快 （上下一次性成樁）、噴漿噴氣土中升揚(yáng)攪拌充分均勻性好、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

［1］ 江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司.南通市九圩港提水泵站工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.揚(yáng)州：江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 ，2014.

［2］ GB/T 51033—2014，水利泵站施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］ 李云洲.多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2015（2）：10_12.

［4］ SL 27—2014，水閘施工規(guī)范［S］.

［5］ 江蘇興水工程質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)有限公司.南通市九圩港提水泵站工程水泥攪拌樁檢測(cè)報(bào)告［R］.揚(yáng)州：江蘇興水工程質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)有限公司，2015.

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-05-26

徐光華 （1951-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)與監(jiān)理工作。