西河西聯(lián)圩多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工探討

夏長城

(鄱陽縣水利電力勘測設(shè)計(jì)室，江西 上饒 333100)

1 工程概況

西河西聯(lián)圩由西河西圩和青林圩聯(lián)并組成，樁號(hào)0+000-7+320(長7.32km)段為西河西圩，樁號(hào)7+320-7+500(長0.18km)為連接段，樁號(hào)7+500-13+850(長6.35km)段為青林圩。西河西聯(lián)圩保護(hù)面積為2.03×104畝，保護(hù)耕地面積為1.24×104畝，受益人口2.75萬人。本次加固整治為西河西聯(lián)圩全堤段以及聯(lián)并處圩內(nèi)新港河左、右堤。2017年實(shí)測堤長22.213km(均為河堤)，屬江西省鄱陽湖區(qū)保護(hù)面積萬畝以上的單退圩堤。

全線堤段堤身填土主要以粉質(zhì)黏土為主，堤身上部土質(zhì)及填筑質(zhì)量相對(duì)較好，但堤身中下部土質(zhì)雖較好，但填筑質(zhì)量差，呈松散狀；局部堤段外側(cè)采取塊石或混凝土護(hù)坡，但出現(xiàn)部分塊石流失及混凝土老化現(xiàn)象。建議堤身按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加高加寬，結(jié)合堤身土出險(xiǎn)情況，對(duì)出險(xiǎn)堤段進(jìn)行防滲加固處理。

2 施工技術(shù)及參數(shù)確定

2.1 施工技術(shù)

深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)主要應(yīng)用特制多頭小直徑深層攪拌截滲樁機(jī)將水泥漿液噴入待加固土體內(nèi)，并通過葉片將工程原土和水泥漿液強(qiáng)制攪拌、發(fā)生系列物化反映，以形成強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求的連續(xù)墻體。該技術(shù)對(duì)于黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、密實(shí)度較低的砂層等均較為適用，且施工質(zhì)量和施工進(jìn)度受地下水影響較小，且該技術(shù)施工進(jìn)度快，對(duì)環(huán)境影響小，對(duì)于深度不超過18m的地下垂直防滲加固處理可優(yōu)先選用，通過控制和優(yōu)化施工參數(shù)，可確保各幅鉆孔良好搭接并形成連續(xù)、均勻，抗?jié)B性能優(yōu)良的防滲墻體[1]。

2.2 施工參數(shù)確定

結(jié)合工程地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求，選擇代表性強(qiáng)的地質(zhì)地層進(jìn)行成樁試驗(yàn)，通過開挖檢查進(jìn)行成墻情況觀察以及成墻厚度測定，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定材料用量，修正和優(yōu)化水泥土墻施工技術(shù)參數(shù)，以便為水泥土防滲墻施工提供指導(dǎo)。成樁試驗(yàn)所確定的深層攪拌樁水泥土防滲墻施工技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 深層攪拌樁水泥土防滲墻施工技術(shù)參數(shù)

數(shù)次成樁試驗(yàn)所得出的水泥漿液比重和水灰比的關(guān)系曲線如圖1示。

圖1 水泥漿液比重和水灰比的關(guān)系曲線

多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工參數(shù)控制是保證施工質(zhì)量的前提，根據(jù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合工程地質(zhì)條件和水頭差，反復(fù)進(jìn)行施工參數(shù)修正和調(diào)整，最終確定的強(qiáng)度等級(jí)42.5的普通硅酸鹽水泥摻加量為12%，防滲墻墻體厚度應(yīng)為302mm，墻體滲透系數(shù)不超過1.0×10-5cm/s，抗壓強(qiáng)度至少為0.5MPa。

多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工過程中，通過PH-5F三頭深層攪拌樁機(jī)沿軸線垂直攪拌，并按照Ⅰ1→Ⅰ2→Ⅰ3及Ⅱ1→Ⅱ2→Ⅱ3兩序套接成墻，攪拌樁經(jīng)為375mm，具體搭接長度153mm，成墻厚度至少300mm，施工深度最大為24.5m，多頭攪拌水泥土防滲墻結(jié)構(gòu)具體見圖2。

圖2 多頭攪拌水泥土防滲墻結(jié)構(gòu)

3 多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工機(jī)械選用

多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工設(shè)備主要包括鉆機(jī)裝置和灌漿裝置兩部分，鉆機(jī)一般使用多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，其運(yùn)行過程中攪拌頭和葉片相向而轉(zhuǎn)，邊切削土體邊下沉。灌漿方式通常有注漿鉆桿底端噴漿和攪拌軸切削葉片上噴嘴噴漿兩種，葉片攪拌刀在鉆桿的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)進(jìn)入地層，切碎地基土并使其與水泥漿液拌和[2]。常用的灌漿裝置主要有水泥漿引漿筒和儲(chǔ)漿筒、擠壓式灰漿泵等，其噴漿系統(tǒng)一般通過電腦自動(dòng)計(jì)量，各注漿管注漿量及漿液密度也由計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)控制。

西河西聯(lián)圩加固工程使用PH-5F三頭深層攪拌樁機(jī)，并配套使用3EJN-100/6型柱塞可調(diào)式三管噴漿泵，噴漿泵噴漿量無級(jí)變速調(diào)節(jié)，對(duì)于樁機(jī)下沉及提升速度變化的情況十分適用，且噴漿泵排漿量最大可達(dá)100L/min。由流量傳感器和深度傳感器檢測到相關(guān)數(shù)據(jù)后再由PJ4-2型記錄儀自動(dòng)記錄噴漿量和攪拌深度并實(shí)時(shí)顯示和打印。本工程所使用的三頭深層攪拌樁機(jī)工效高、樁間搭接效果可靠。

3.2 先導(dǎo)孔施工

考慮到該聯(lián)圩地層狀況復(fù)雜，在進(jìn)行施工前必須沿防滲墻軸線設(shè)置先導(dǎo)孔，孔深應(yīng)伸入至防滲墻底線以下0.5m。如因地層等原因無法取樣時(shí)，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)灌入取土樣進(jìn)行地層情況鑒別，并由地質(zhì)工程師編錄和繪制地質(zhì)剖面，作為施工參數(shù)確定及施工過程控制的基礎(chǔ)資料。工后采用黏土機(jī)械夯實(shí)法用水泥黏土漿封堵先導(dǎo)孔。

3.3 設(shè)備定位

在設(shè)備定位階段主要進(jìn)行三頭深層攪拌樁機(jī)橫、縱向偏差及垂直度定位控制。其中，橫向偏差定位控制采用虛擬軸線法，預(yù)先在樁機(jī)機(jī)身四周焊接鋼筋樣架，樣架和防滲墻軸線的距離控制在1.5m，并在樣架處與軸線平行拉設(shè)一道線，在攪拌樁機(jī)移動(dòng)過程中始終與該線對(duì)準(zhǔn)，便能確保樁機(jī)橫向定位準(zhǔn)確[3]。縱向偏差定位采用打樁法，一次可進(jìn)行至少5根樁定位。此外，還應(yīng)將樁機(jī)校核裝置平行于樁機(jī)軸心線安裝，通過其輔助線進(jìn)行樁位準(zhǔn)確校核，在樁機(jī)移動(dòng)過程中還必須使樁機(jī)軸心線與防滲墻軸線重合。

3.4 攪拌及注漿

西河西聯(lián)圩堤段加固均采用掘進(jìn)及提升噴漿方式，為保證施工質(zhì)量，必須加強(qiáng)攪拌注漿工序控制。通過壓力表進(jìn)行注漿壓力檢測和記錄，并安排技術(shù)人員通過比重計(jì)檢測水灰比。鉆機(jī)掘進(jìn)速度不得超出0.8-1.0m/min范圍，具體應(yīng)根據(jù)地層情況進(jìn)行調(diào)整。鉆深超出防滲墻設(shè)計(jì)底高程50cm后停鉆1/2-1min，以使水泥漿液充分滲入防滲墻底部。提鉆速度應(yīng)控制在掘進(jìn)速度以內(nèi)，并勻速提鉆，提升高度應(yīng)超出樁頂設(shè)計(jì)高程0.5m。

西河西聯(lián)圩堤段加固施工采用的深層攪拌樁機(jī)為三軸設(shè)計(jì)，每序提升和掘進(jìn)后可完成長度0.9m的攪拌樁防滲墻墻體，軸間按照設(shè)計(jì)長度搭接后，可達(dá)到設(shè)計(jì)墻體厚度。待完成各序施工后應(yīng)徹底沖洗干凈管路中殘存水泥漿液，并清理掉黏附于攪拌頭處的泥土后檢查噴嘴狀態(tài)及葉片直徑，確保注漿系統(tǒng)良好運(yùn)轉(zhuǎn)。此后按額定距離向前平行移動(dòng)樁機(jī)，并按同樣施工流程進(jìn)行下一單元防滲墻施工。

3.5 樁間搭接及斷樁處理

本聯(lián)圩堤段加固深層攪拌水泥土防滲墻抗?jié)B性能直接受樁間搭接部位防滲性能的影響，故主要通過控制深層攪拌樁機(jī)移位以控制墻體搭接質(zhì)量。根據(jù)樁徑及墻體厚度所確定出的距離嚴(yán)格控制每次樁機(jī)移位距離，以保證樁間搭接厚度符合設(shè)計(jì)要求。鄰樁施工時(shí)間間隔應(yīng)控制在24h以內(nèi)，如超出，則上一單元最后樁必須留出榫頭，以備搭接之用。若因機(jī)械故障、停電等原因而出現(xiàn)注漿中斷現(xiàn)象，則必須將注漿管下沉至停漿點(diǎn)以下0.5m處，待供漿恢復(fù)后攪拌復(fù)噴。若注漿中斷時(shí)間過長而造成斷樁，則必須在每樁布置1-2個(gè)注漿孔以進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)灌漿。

4 結(jié) 論

綜上所述，西河西聯(lián)圩堤段加固所采用的多頭深層攪拌水泥土防滲墻施工技術(shù)工藝簡單、投資節(jié)省，但掘進(jìn)深度有限，一般不能超出18m，故其防滲加固深度受到一定限制。在深層攪拌水泥土防滲墻施工過程中，地基土結(jié)構(gòu)通常由若干種土質(zhì)組合而成，理論上而言，不同土層必須選用不同的施工參數(shù)，但實(shí)際施工過程中單元墻體成墻時(shí)間短，且攪拌下沉、提升及噴漿過程往往一氣呵成，采用不同施工參數(shù)較難實(shí)現(xiàn)。所以在施工方案設(shè)計(jì)階段必須結(jié)合工程地層條件和成樁試驗(yàn)選擇合適的施工參數(shù)。西河西聯(lián)圩堤段加固用深層攪拌水泥土防滲墻體外觀質(zhì)量及整體性良好，無孔洞、蜂窩，最小墻體厚度、垂直度檢測值以及工后28d鉆孔取芯檢測結(jié)果顯示的水泥土單軸抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、芯樣均勻性與完整性等指標(biāo)參數(shù)均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。