土壩水泥粉噴樁防滲墻的效果和檢測

尹剛

勝利油田管理局供水公司，山東 東營257000

土壩水泥粉噴樁防滲墻的效果和檢測

尹剛

勝利油田管理局供水公司，山東 東營257000

勝利油田孤北水庫應(yīng)用深層攪拌技術(shù)于圍壩南壩段建造水泥粉噴樁防滲墻，以解決水庫嚴(yán)重的滲透破壞安全隱患，但由于施工中存在較嚴(yán)重缺陷，加固后下游仍繼續(xù)出現(xiàn)滲透破壞。通過對南壩段粉噴樁防滲墻的現(xiàn)場鉆孔取芯，檢查成樁和接縫狀態(tài)，結(jié)果表明樁深越深，成樁質(zhì)量越差；室內(nèi)滲透和現(xiàn)場注水試驗(yàn)表明，粉噴樁在淺層具有一定的防滲效果，利用其作為截滲設(shè)施，關(guān)鍵在于施工質(zhì)量控制。

1 前言

用深層攪拌加固軟土地基，我國1980年即開始應(yīng)用于工程實(shí)踐。用深層攪拌在地基內(nèi)將原土和固化劑強(qiáng)制攪拌，形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的凝結(jié)水泥土，從而實(shí)現(xiàn)對軟土的加固。當(dāng)固化劑采用水泥粉體而非漿液，則稱為粉噴樁。

1999年10月勝利油田將粉噴樁用于孤北水庫南壩建造防滲墻。竣工后未作質(zhì)量檢驗(yàn)，而壩下滲透破壞現(xiàn)象未能消除，因此于2002年5月對粉噴樁的質(zhì)量進(jìn)行探查，同時為滲漏治理的對策研究提供基礎(chǔ)資料。

2 工程概況

孤北水庫是一座引黃供水的平原水庫，設(shè)計(jì)蓄水位5.0m，原地面高程0.4～1.2m，設(shè)計(jì)總庫容5000×104m3，水庫圍壩總長15.58km。

圖1 南壩0+000～0+600斷面

水庫圍壩為均質(zhì)土壩，就地在庫區(qū)內(nèi)取土。圍壩下部為水力沖填，即用高壓水沖挖形成泥漿，輸送至壩體范圍沉積形成壩體；上部碾壓填筑。水力沖填前未清基，建基面及沖填土料中均含蘆葦?shù)戎参锛案担癄€后已在土體中留有孔洞，且土體中含較多腐殖質(zhì)。

圍壩設(shè)計(jì)壩頂高程6.7m，頂寬7.0m，上下游壩坡分別為1:3和1:2.5。壩體內(nèi)在壩軸線下游2.5m設(shè)排水砂墻，墻寬1.0m，頂高程4.0m，墻底有橫向碎石導(dǎo)滲溝通向下游。壩體典型剖面見圖1。

壩基上部為黃河最新沉積地層，由粉土和粉質(zhì)黏土構(gòu)成。

水泥粉噴樁防滲墻軸線位于壩軸線上游2.5m處，墻頂高程6.5m，墻底高程-11.0m，樁長17.5m，樁徑Φ500mm。

3 滲漏情況調(diào)查

孤北水庫1994年12月竣工投入運(yùn)行。1996年11月庫水位4.7m，在南壩樁號0+000～0+400段、東壩南段14+500～15+656段壩下集滲溝多處出現(xiàn)滲透破壞，溝底分布大小不一泡泉。1998年5月滲透破壞繼續(xù)發(fā)展，在0+200～0+500段出現(xiàn)14個較大泡泉群，小者直徑0.2m，一般約0.4m，最大達(dá)1.65m。經(jīng)研究，1998年10月決定對南壩0+200～0+500、長300m段實(shí)施水泥粉噴樁截滲處理，施工期庫水位4.13～4.20m。

1999年4月庫水位4.17m，檢查發(fā)現(xiàn)粉噴樁防滲墻的實(shí)施未能達(dá)到目的，滲透破壞更趨嚴(yán)重，在該段泡泉群數(shù)量增至30個，范圍明顯擴(kuò)大，并且大量冒出渾水。1999年10月在0+200～0+650段壩下集滲溝堆填反濾壓浸。2001年12月庫水位3.62m，檢查發(fā)現(xiàn)在集滲溝下游20～30m繼續(xù)出現(xiàn)滲透破壞，泡泉群數(shù)量達(dá)到40個，出露高程在0.58～1.03m。

4 探查方法和布置

探查工作除對粉噴樁防滲墻進(jìn)行外，對壩體壩基土體也進(jìn)行了驗(yàn)證性鉆探。

(1) 粉噴樁探查

以鉆探檢查成樁狀態(tài)，并在鉆孔中分段進(jìn)行注水試驗(yàn)，以得到現(xiàn)場試驗(yàn)的滲透系數(shù)值。在樁號0+250～0+450間每50m設(shè)一鉆孔，共5孔，孔深18.5m。0+400、0+450處鉆孔設(shè)在樁接縫處，其余設(shè)于樁中心處，鉆孔直徑110mm。鉆孔取芯判斷其成樁狀態(tài)，并對有代表性的芯樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和室內(nèi)滲透試驗(yàn)。

(2) 壩體壩基土體鉆探

在樁號0+150、0+300、0+450設(shè)三個鉆探剖面，0+150剖面代表未設(shè)粉噴樁的情況。每剖面在壩軸線處、軸線下游8.0m和20.0m各設(shè)一鉆孔，孔深分別為18.5m、15.0m和13.5m，均為取樣孔，另在0+000～0+600段壩軸線上增設(shè)了6個鑒別鉆孔。鉆孔取樣主要進(jìn)行室內(nèi)滲透試驗(yàn)。另外，在壩軸線上的6個鉆孔中進(jìn)行了22組現(xiàn)場注水試驗(yàn)。

5 探查成果

(1) 粉噴樁的成樁狀態(tài)

根據(jù)鉆孔取芯可以明顯判別全樁自上而下可分5段：0～2m為灰黑色水泥結(jié)石，成樁良好，但攪拌不均勻；2～4m為水泥結(jié)石，夾薄層含水泥結(jié)石顆粒的土，基本成樁；4～8m為水泥土，成樁差，巖芯采取率低；8～11m基本為原土，水泥顆粒稀少，可聞到水泥氣味；11m以下似經(jīng)擾動原土，無水泥結(jié)石顆粒，無水泥氣味。

(2) 粉噴樁接縫狀態(tài)

0～6m段接縫明顯，以下不可辨。0～4m段接縫有明顯縫隙，縫寬1～5mm。

(3) 粉噴樁芯樣試驗(yàn)成果

粉噴樁芯樣室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了14組無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、7組滲透試驗(yàn)，其成果按成樁情況分三段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其均值列于表1。

(4) 粉噴樁鉆孔注水試驗(yàn)成果

在5個鉆孔內(nèi)共進(jìn)行了16段、段長3.0m的現(xiàn)場注水試驗(yàn)，仍按成樁情況分三段進(jìn)行成果統(tǒng)計(jì)，所得均值列于表1。

(5) 壩體壩基土體鉆探試驗(yàn)成果

本次鉆探壩體壩基土層可分為4層，①層分為2個亞層。水平滲透系數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)共進(jìn)行了32組。在軸線上的6個鉆孔進(jìn)行了22段注水試驗(yàn)，試驗(yàn)段長在透水性相對較強(qiáng)的土層中為1.0m，相對較弱的為2.0m。分層統(tǒng)計(jì)的成果列于表2。

6 探查成果分析

表1 粉噴樁試驗(yàn)成果表

表2 壩體壩基土體滲透試驗(yàn)成果表

(1) 從孤北水庫南壩0+200～0+500段水泥粉噴樁的鉆探檢查可見，其成樁和接縫狀態(tài)均存在缺陷。比較粉噴樁和壩體壩基土的相應(yīng)滲透系數(shù)試驗(yàn)數(shù)值說明，樁體滲透性比原土的要小2.4～4.5倍，粉噴樁具有一定的防滲效果。

(2) 由深層攪拌形成的水泥土防滲墻一般要求墻體滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s。從表1室內(nèi)試驗(yàn)成果看，粉噴樁墻體滲透系數(shù)基本可以達(dá)到這一要求，但現(xiàn)場鉆孔注水試驗(yàn)成果遠(yuǎn)大于此限值，不能滿足要求。

(3) 粉噴樁注水試驗(yàn)的滲透系數(shù)水泥土段比不成樁段要大，室內(nèi)試驗(yàn)則相反。這是由于在水泥土段注水試驗(yàn)段包含了建基面，而該處存在腐殖層和土體中孔洞，因而試驗(yàn)成果是合理的。

(4) 粉噴樁鉆取的芯樣可見有攪拌不均勻現(xiàn)象，成樁狀態(tài)差別明顯，施工質(zhì)量差，致使截滲達(dá)不到要求。由表1水泥土段室內(nèi)試驗(yàn)成果可見滲透系數(shù)k值可以達(dá)到≤1×10-5cm/s的要求，因此采取粉噴樁截滲措施也不是不可以，關(guān)鍵在于施工質(zhì)量控制。

(5) 孤北水庫南壩由于自身和粉噴樁防滲墻均存在較嚴(yán)重缺陷，因而滲流控制不良，致使下游繼續(xù)出現(xiàn)滲透破壞，為保證圍壩安全運(yùn)行仍應(yīng)補(bǔ)行截滲處理。

7 結(jié)論

勝利油田孤北水庫南壩0+200～0+500段水泥粉噴樁防滲墻經(jīng)鉆探檢測，其成樁和接縫狀態(tài)存在嚴(yán)重缺陷，截滲效果差，致使下游繼續(xù)出現(xiàn)滲透破壞，為保證圍壩安全運(yùn)行，應(yīng)予采取滲流控制措施。由水泥土取芯樣室內(nèi)滲透試驗(yàn)成果可見，其值基本上可以滿足≤1×10-5cm/s的要求，利用水泥粉噴樁作為截滲設(shè)施，關(guān)鍵在于施工質(zhì)量控制。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.025

尹剛(1970～),男,山東萊陽市人,高級工程師,給排水工程專業(yè),工作單位勝利石油管理局供水公司。

滲透破壞；粉噴樁防滲墻；施工質(zhì)量控制