水利工程中堤防防滲施工技術(shù)

蔡楚輝

(中交四航局第七工程有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

本堤岸工程碼頭段擋墻軟基處理采用Φ400、Φ500 mm B型和Φ600 mm B型預(yù)制混凝土管樁，Φ400 mm管樁單根長約23 m，共1 274根，Φ500 mm單根長約25 m，共有278根，Φ600 mm單根長約30 m，共有1 426根。PHC樁由專業(yè)廠家生產(chǎn)，經(jīng)水陸運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。每根樁擬分兩段施工。

2 防滲墻成墻機(jī)理

水泥攪拌樁的運(yùn)作原理為：在使用鉆頭(一般為螺旋型)將鉆孔施工滿足所設(shè)計(jì)深度后，使用鉆桿底端噴嘴來在周圍向噴射出水泥漿液，以實(shí)現(xiàn)對土體沖切與摻攪。為了保證水泥漿液與被摻攪破壞后土體能夠在混合時(shí)保證均勻性，則需要提升或下沉噴嘴，從而按照設(shè)計(jì)方向、深度、厚度與周圍土體膠結(jié)緊密凝結(jié)圓柱體，并相互搭接成墻，以達(dá)到防滲效果[1]。

水閘閘橋、泵站及閘室結(jié)構(gòu)后方8 m范圍、消力池基礎(chǔ)等為單根格柵型，布置樁徑500 mm的水泥攪拌樁，固化劑選用強(qiáng)度等級(jí)大于42.5 MPa的普通水泥，樁底入砂層1 m。水泥摻入量通過試樁確定為22%，水灰比為0.5。

強(qiáng)度要求：①樁體90 d齡期單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度上部(5 m以內(nèi))qu90 d≥1 200 kPa；②樁體90 d齡期單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度中部(5～12 m)qu90 d≥1 000 kPa。

3 水泥攪拌樁施工工藝流程

3.1 場地整平、清理、測量放線

先平整清理原地面，清理樁位處地表以及地下的廢棄物、石頭、土塊、瓶子、樹葉等障礙物，然后對場地進(jìn)行平整，遇到地表較低洼且存在淤泥或軟弱土質(zhì)時(shí)需挖除換填，將場內(nèi)排水做到位，以避免場內(nèi)積水。此外，根據(jù)預(yù)先計(jì)算好的坐標(biāo)測量放出攪拌樁位置并醒目標(biāo)志。

3.2 鉆機(jī)就位、調(diào)平

按照設(shè)計(jì)在既定孔位上安置樁機(jī)，確保鉆桿頭對準(zhǔn)孔位中心，樁位對中偏差控制在5 cm以內(nèi)；鉆機(jī)就位后對其進(jìn)行水平矯正，使鉆桿軸線與鉆孔中心位置保持垂直，且在整個(gè)施工過程中保證鉆桿傾斜度<1%。鉆機(jī)就位且完成安裝、調(diào)試后，實(shí)施低壓射水試驗(yàn)，檢驗(yàn)噴嘴的通暢度和壓力，并檢查自動(dòng)計(jì)量裝置等設(shè)備正常。

3.3 鉆 進(jìn)

開始鉆進(jìn)時(shí)采用低檔位慢速鉆進(jìn)，以保證樁位準(zhǔn)確性，鉆至護(hù)筒以下時(shí)才以正常速度鉆進(jìn)。在控制鉆進(jìn)速度方面，必須要在保證適合泥漿排量的同時(shí)維持好孔內(nèi)水頭狀態(tài)；此外，對于不同土層來說，必須根據(jù)實(shí)際施工要求來使用不同鉆速、鉆壓、泥漿比重及泥漿量[2]。

開動(dòng)鉆機(jī)、空壓機(jī)等，鉆桿鉆進(jìn)50 cm后空壓機(jī)開始隨鉆隨送風(fēng)，鉆桿(鉆頭)正循環(huán)回轉(zhuǎn)下沉到設(shè)計(jì)深度，鉆進(jìn)速度控制在1.0 m/min，為保持鉆桿中間送風(fēng)通道的暢通，從預(yù)攪下沉至提升噴漿完成整個(gè)過程中，空壓機(jī)連續(xù)輸送壓縮空氣。

3.4 攪拌、提升

在對兩孔同時(shí)作業(yè)時(shí)，采用雙軸攪拌打樁機(jī)對防滲墻施工，在兩孔之間施工時(shí)，必須跳開兩孔。在設(shè)計(jì)攪拌樁時(shí)，通常都需遵守的原則為“四攪四噴”，主要包含以下內(nèi)容：①定位；②噴漿預(yù)攪，滿足設(shè)計(jì)所規(guī)定深度方可停止；③當(dāng)鉆頭下鉆到預(yù)計(jì)深度，即可提升鉆頭，與此同時(shí)將已處于準(zhǔn)備完畢狀態(tài)噴漿提升至樁頂位置；④重復(fù)攪拌下沉樁這一施工不走，并要確保噴漿被送到了設(shè)計(jì)深度；⑤重復(fù)攪拌并噴漿到孔口；⑥在停止噴漿作業(yè)后，必須保證攪拌機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)且已被記錄完成全程施工記錄。

鉆桿鉆至設(shè)計(jì)深度后反向旋轉(zhuǎn)，開啟泵漿機(jī)噴漿攪拌，這時(shí)噴漿、攪拌、提升三位一體，轉(zhuǎn)桿提升速度控制在0.8 m/min，噴漿壓力控制在0.2～0.4 MPa。水泥攪拌樁水泥摻入量為75 kg/m，施工過程中必須保證自動(dòng)計(jì)量裝置正常運(yùn)行，并根據(jù)噴漿量及成樁直徑情況調(diào)整噴漿壓力。當(dāng)鉆機(jī)提升到樁頂以下0.5 m時(shí)，噴漿機(jī)停止噴漿。

3.5 鉆進(jìn)攪拌、提升攪拌

為保證樁體噴漿的均勻性、穩(wěn)定性和噴漿質(zhì)量以及提高樁體強(qiáng)度，避免攪拌不均造成斷樁或夾泥，噴漿完成后需鉆桿復(fù)攪。以上述空鉆相同，開動(dòng)空壓機(jī)送風(fēng)，正旋轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)樁底，反旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)提升至樁頂，轉(zhuǎn)桿的提升速度可控制在1 m/min左右。

3.6 成樁移機(jī)到下一樁位

上述步驟施工完成，一條樁體側(cè)施工完成，移動(dòng)樁機(jī)到下一樁位，依次對后續(xù)樁施工。樁體施工完成后按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求開展樁身質(zhì)量檢驗(yàn)工作。

4 碼頭段堤防工程

碼頭段堤防工程需施工混凝土管樁88 258 m，攪拌樁185 880 m，擋墻土方開挖35 000 m3，擋墻混凝土7 634 m3，中粗砂回填22 050 m3。

1)一次Φ400 mm混凝土管樁施工。一次Φ400 mm混凝土管樁共964根(共33 258 m)，要求60 d完成施工?；炷凉軜恫捎寐膸酱驑稒C(jī)施工，計(jì)劃配置4臺(tái)打樁機(jī)，每臺(tái)打樁機(jī)每天可施工5根管樁。按有效工作時(shí)間48 d計(jì)算，則每天需完成混凝土管樁施打964/48=20根，則4臺(tái)打樁機(jī)滿足施工要求。

2)二次攪拌樁施工。二次攪拌樁共185 880 m，工期為77 d。計(jì)劃配置10臺(tái)攪拌樁機(jī)，每臺(tái)樁機(jī)每天可施工攪拌樁300 m。按有效工作時(shí)間77×0.8=62 d計(jì)算，則每天需完成攪拌樁施工185 880/62=2 998 m，則10臺(tái)打樁機(jī)滿足施工要求。

3)Φ500 mm和Φ600 mm管樁施工。擋墻基礎(chǔ)開挖后鋪設(shè)砂墊層，然后施打混凝土管樁。管樁分為Φ500 mm和Φ600 mm兩種規(guī)格，共1 456根(共42 968 m)，工期為55 d。計(jì)劃配置7臺(tái)履帶式打樁機(jī)，則每天可施工混凝土管樁7×5=35根，按有效工作時(shí)間55×0.8=44 d計(jì)算，則35×44=1 540>1 456根，滿足施工需要。

4)橋頭二次加固攪拌樁。橋頭加固攪拌樁共136 875 m，計(jì)劃配置10臺(tái)攪拌樁機(jī)，每天可完成攪拌樁300×10=3 000 m。按有效工作時(shí)間57×0.8=46 d計(jì)算，則完成全部攪拌樁施工需136 875/46=2 975 m<3 000 m，10臺(tái)攪拌樁施工滿足施工要求。

5 確保水泥攪拌樁施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)可采取措施

1)施工前對土體實(shí)施土工實(shí)驗(yàn)，以了解施工區(qū)域土體的各項(xiàng)性質(zhì)。

2)工藝性試樁在成樁后，區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁行走載重汽車，以免影響樁體強(qiáng)度增長，在7 d后可利用輕型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)成樁直徑和均勻性等，成樁14 d后，方可人工開挖樁頂以上覆蓋的砂土，開挖時(shí)應(yīng)保護(hù)樁頭質(zhì)量，樁頂以上50 cm砂土層嚴(yán)禁采用機(jī)械開挖。

3)樁機(jī)設(shè)備必須配備用于觀察攪拌機(jī)的下沉和提升速度、成樁深度、復(fù)攪深度、停灰面高程、不同深度每延米樁體噴漿量的自動(dòng)記錄裝置，并保證施工期間設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4)為更好地保證樁體的垂直度滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，在與主機(jī)相互垂直的平面上分別懸掛兩個(gè)重0.5 kg的吊線錘，并將吊線加以控制，使其與鉆桿上、下、左、右四個(gè)方向距離都能通過相同方式來實(shí)現(xiàn)控制樁體的目的。

5)試樁施工前在附近區(qū)域開挖降水井，保證工作面與地下水位之間距離>1 m。

6)安排專人記錄攪拌機(jī)每次提升和下沉的時(shí)間，深度誤差和時(shí)間誤差分別控制在5 cm和5 s之內(nèi)。對于施工中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)采取措施，在備注欄中注明；施工過程中水泥供應(yīng)的連續(xù)性，記錄好每次的水泥用量和干粉水泥的輸入時(shí)間[3]。

7)檢查每根成型的攪拌樁、攪拌樁質(zhì)量時(shí)，其重點(diǎn)內(nèi)容是避免水泥用量、水泥漿拌制罐數(shù)、壓漿過程出現(xiàn)斷漿狀況，同時(shí)要關(guān)注該部分內(nèi)容的噴漿攪拌提升時(shí)間與復(fù)攪次數(shù)，所以應(yīng)做好詳細(xì)的施工記錄。

8)在第一次提鉆噴漿時(shí)，要在樁底部位置停留10～30 s，以確保水泥攪拌樁、攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量。

6 質(zhì)量檢測

6.1 挖樁檢查法

在目前的軟基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定中要求使用挖樁檢查法。挖樁檢查主要查看樁的成型狀況，鑒定樁體的圓勻形狀、是否存在回陷和縮頸現(xiàn)象等方面，觀察攪拌均勻度、凝體松散度，檢查樁頂平齊度、間距均勻度。

6.2 輕便觸探儀觸探法

在使用該方法來對粉噴樁進(jìn)行檢查時(shí)候，需注意的施工要點(diǎn)包括。

1)對樁的探測深度要控制在4 m以內(nèi)。

2)觸探儀的觸探點(diǎn)避開中心位置，通常觸探點(diǎn)定在中心位置2/5樁徑的地方，該方式的目的主要在于避免接觸一些攪拌盲區(qū)(如中心水泥含量偏少、水泥強(qiáng)度低等)。

3)對于整體施工流程來說，觸探儀穿心桿一定要持續(xù)保證是處于垂直狀態(tài)。齡期增長會(huì)讓樁身強(qiáng)度慢慢提高，所以靜力觸探法較適合在成樁后的短時(shí)間內(nèi)使用。該方法具有快速、簡單的特點(diǎn)，但是，無論從理論還是實(shí)踐上都要繼續(xù)深入研究探討，且在得出結(jié)論的同時(shí)積極推動(dòng)測試設(shè)備的改進(jìn)和完善。因此暫時(shí)未將此方法列為水泥攪拌樁的方法。

6.3 鉆孔取芯法

就目前常用的質(zhì)量檢測方法而言，鉆孔取芯法較常用。這是因?yàn)?，該方法所測定出結(jié)果能夠比較確切地反映出水泥樁質(zhì)量。在使用鉆孔取芯法時(shí)，需檢測鉆機(jī)受各方面影響程度。如果是在正式檢測前就要確定鉆機(jī)選擇時(shí)，鑒于本工程中水泥樁強(qiáng)度都比較低，因此要采用選用鉆壓較小且立軸最大的鉆機(jī)。值得注意的是，要在檢測過程中盡可能地避免壓碎樁體取不出芯樣這一情況。

7 結(jié)束語

水泥土攪拌樁的鉆探深度和水泥摻入量要結(jié)合現(xiàn)場的施工條件、實(shí)際要求等多種因素確定，水泥土攪拌樁防滲墻是由水泥土攪拌樁多樁搭建而形成連續(xù)密實(shí)體的墻體。近幾年，水泥土攪拌樁防滲墻技術(shù)開始被大規(guī)模應(yīng)用在水利工程中，經(jīng)檢查、檢測，水泥土攪拌樁防滲墻墻體較為均勻，墻體連接較好，樁位偏差在規(guī)范和設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。此外，無側(cè)限的抗壓強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求，且滲透系數(shù)小于設(shè)計(jì)值，防滲效果十分明顯，既可作為承載樁使用，又具防滲效果，能夠發(fā)揮兩方面的作用。

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