深層攪拌地下連續(xù)墻和高壓噴漿相結(jié)合在小海子水庫中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

梁軍強(qiáng)，郭 濤

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅張掖734000）

小海子水庫為旁注式平原洼地水庫，位于甘肅省高臺(tái)縣南華鎮(zhèn)小海子村，距高臺(tái)縣15 km。水庫始建于1958 年，由上、中、下庫3 部分組成，總庫容1 048 萬m3。水庫建筑物包括大壩、進(jìn)水閘、輸水洞。

目前大壩壩基仍存在接觸沖刷滲流破壞的隱患，根據(jù)已完成的除險(xiǎn)加固方案，運(yùn)用深層攪拌地下連續(xù)墻做壩體壩基防滲處理。但施工過程中部分壩段三軸攪拌樁機(jī)下沉至壩基砂層時(shí)，攪拌葉片斷裂，攪拌軸發(fā)生裂紋情況，攪拌深度達(dá)不到設(shè)計(jì)墻深，無法滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文探討了深層攪拌地下連續(xù)墻和高壓噴漿相結(jié)合在小海子水庫中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

1 補(bǔ)充地質(zhì)勘探情況

根據(jù)地基鉆進(jìn)困難，未能達(dá)到設(shè)計(jì)防滲墻底線的現(xiàn)實(shí)情況，補(bǔ)充地質(zhì)鉆孔勘探，共布置勘探孔3個(gè)，具體布置在下庫北壩樁號(hào)3+000、3+600、4+200處，勘探深度均為18 m，累計(jì)取壩基原狀土樣6 組，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)27 段次。

據(jù) ZK1、ZK2、ZK3 揭示，壩頂以下 7.5～10.0 m為壩基黏土層，經(jīng)取樣試驗(yàn)分析，壩基黏土礫石含量0.1%，砂粒含量16.8%，粉粒含量8.4%，黏粒含量74.7%，塑性指數(shù)19.1；孔隙率40.2%，孔隙比0.674，壓縮系數(shù)0.255 MPa-1，壓縮模量7.146 MPa，是中等壓縮性土。壩基10 m 以下為黏土與粉細(xì)砂層接觸層，層內(nèi)沖洪積細(xì)砂和中砂交互沉積，具有韻律沉積特點(diǎn)，細(xì)砂以淺黃色為主，中砂以灰色為主。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)15～36 擊。在砂層深部多次交替出現(xiàn)砂層與黏土膠結(jié)層，鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)較緩慢且出現(xiàn)明顯抖動(dòng)現(xiàn)象，膠結(jié)層多具孔隙狀和蜂窩狀，黏土呈不均勻的條帶狀與砂層交替出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)致密，手捏不易碎，具一定的塑形，經(jīng)提取巖芯分析，該段有較完整的淤泥和砂膠結(jié)狀。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)表明：隨著深度的增加，貫入錘擊數(shù)越大，表明地層結(jié)構(gòu)越往深部越密實(shí)，6 組標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)分別為 26、30、32、35、46、75，在17 m 以下的深度范圍內(nèi)，該段地層結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常密實(shí)。

經(jīng)補(bǔ)充3 個(gè)地質(zhì)勘探鉆孔表明：壩基砂層內(nèi)在不同深度內(nèi)砂層和淤泥質(zhì)黏土具有不同程度的膠結(jié)，且厚度不一，分布連續(xù)，膠結(jié)不均勻，故表現(xiàn)出不均一的硬度和致密度，在橫向和豎直向均表現(xiàn)出膠結(jié)程度的各向異性。

2 深層攪拌地下連續(xù)墻和高壓噴漿相結(jié)合設(shè)計(jì)與施工

2.1 深層攪拌地下連續(xù)墻和高壓噴漿相結(jié)合設(shè)計(jì)

高壓噴射墻采用三管噴射注漿法施工，位置在防滲墻軸線上游0.3 m 處，單排布孔，孔距1～1.5 m，高壓噴射灌漿的厚度≥20 cm[1]。防滲墻鉆孔垂直，其傾斜宜小于0.3%，高壓噴射灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差應(yīng)小于5 cm，高壓噴射灌漿的形式為擺角40°擺噴（見圖1）。結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)，初步確定細(xì)砂層的提升速度為8 cm/min，黏土層的提升速度為12 cm/min，灌漿的水壓為36～38 MPa，流量為80 L/min，空氣壓力為0.6～0.8 MPa，風(fēng)量為0.8～1.2 m3/min，漿液壓力為 0.8～1.2 MPa，流量為 60～70 L/min。水泥漿比重控制在1.5～1.6 g/cm3，返漿比重控制在1.2 g/cm3。灌漿水泥為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為P.MSR 42.5，水泥須保持新鮮、無結(jié)塊，其細(xì)度為0.080 mm 方孔篩余量小于5%，用制漿機(jī)配制水泥漿，水灰比1.0～1.5，攪拌時(shí)間不少于2 min[2,3]。

為保證高噴墻與攪拌樁連續(xù)防滲墻直接緊密搭接，利用擺噴墻鉆孔處在擺噴墻與攪拌樁防滲墻搭接的0.5～1.5 m 范圍內(nèi)二次旋噴（見圖2）。旋噴樁半徑0.5 m，旋噴樁中心距1.2 m，旋噴注漿參數(shù)與擺噴一致。

2.2 施工工藝流程

主要工藝流程：造孔→高壓噴射車準(zhǔn)備→試噴→下噴管→提升→回注漿液→沖洗→移動(dòng)噴射車。

2.2.1 高壓噴射車準(zhǔn)備 高壓噴射車準(zhǔn)備時(shí)須全面檢查設(shè)備系統(tǒng)是否正常。

2.2.2 試噴 先檢查管路是否通暢、連接是否正常，無誤后進(jìn)入下一步。

2.2.3 下噴管 先注水、注氣，壓力達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過試噴來檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。為防噴嘴堵塞，噴嘴要包扎膠布。

2.2.4 提升 下噴管到達(dá)位置后，依次送水、送氣、送漿，當(dāng)各自壓力至設(shè)計(jì)值，孔口返漿密度≥1.20 g/m3后提升。泥漿密度控制在1.50 g/m3以上。高噴過程中每隔30 分鐘進(jìn)行1 次進(jìn)漿和回漿密度檢測(cè)，當(dāng)不符標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止作業(yè)，立即調(diào)整水灰比，盡快重新作業(yè)。

2.2.5 回注漿液 灌漿結(jié)束以后，及時(shí)回注水泥漿，回注時(shí)間不少于30 min，直到孔口處漿液表面不再下降為止。

2.3 特殊情況處理

注漿回流量小于注漿量20%時(shí)不處理，注漿回流量大于20%或不回流時(shí)，盡快找出原因，解決出現(xiàn)的問題。當(dāng)?shù)貙涌紫遁^大，泥漿不返時(shí)，可在漿液中加入適量的快速凝結(jié)劑，使?jié){液在一定時(shí)間內(nèi)凝固；也可增大進(jìn)漿量。回流量過大時(shí)噴射的范圍與注漿量不符，注漿量遠(yuǎn)超固結(jié)漿量。解決的方法：加大壓力或減少注漿量；減小噴嘴孔徑；加速提升或旋轉(zhuǎn)。遇到串漿狀況，現(xiàn)場(chǎng)施工人員立即填堵串漿孔或者冒漿的孔點(diǎn)。

2.4 高壓噴射灌漿質(zhì)量控制

一是鉆機(jī)用水平尺調(diào)平；二是鉆桿采用粗徑鉆桿盡量滿眼鉆進(jìn)；三是鉆桿用鉛垂調(diào)直；四是防滲墻采旋噴套接；五是采用P·MSR 42.5 中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥；六是認(rèn)真記錄鉆孔鉆探班報(bào)表，為高噴灌漿提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；七是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，進(jìn)一步明確各種參數(shù)；八是施工中采取跳打法，先進(jìn)行I 序孔試驗(yàn)，再進(jìn)行II 序孔試驗(yàn)，相鄰樁孔間隔施工時(shí)間24 h；九是樁底應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行不提升高壓旋噴；十是嚴(yán)格控制進(jìn)漿、回漿密度，進(jìn)漿密度控制在1.50 g/m3以上，回漿密度≥1.20 g/m3；十一是水泥漿在氣溫10℃以下時(shí)貯存時(shí)間要少于8 h，10℃以上時(shí)要少于5 h。超過規(guī)定時(shí)間應(yīng)廢棄；十二是高壓噴射灌漿結(jié)束后，繼續(xù)回灌，直至漿面不下沉為止。

3 結(jié)論

當(dāng)使用三軸攪拌樁機(jī)施工遇到壩基沖洪積細(xì)砂和中砂交互沉積層時(shí)，由于板結(jié)較為密實(shí)堅(jiān)硬，而攪拌樁機(jī)主電機(jī)功率較小，分配至三根軸上下沉動(dòng)力較弱，且通過鏈條傳動(dòng)，效率極差。通過本次研究，上部用深層攪拌法，下部用高壓噴漿法，兩者相互搭配，可以順利完成施工作業(yè)。在施工中遇到黏土、粉細(xì)砂層板結(jié)等較硬地層時(shí)，可采用鉆機(jī)鉆進(jìn)至預(yù)定深度，再用高壓噴漿設(shè)備噴漿而切削攪拌土層，兩墻結(jié)合處搭接長度大于0.5 m，最終形成深層攪拌防滲墻和高壓噴漿防滲墻兩者相結(jié)合的連續(xù)防滲系統(tǒng)[4]。該方案既可滿足設(shè)計(jì)防滲深度要求，又可解決施工難以鉆進(jìn)的難題。