固化劑對深層攪拌防滲墻質量的影響

王 豐

( 新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊830049)

1 深層攪拌成墻技術簡介

深層攪拌成墻技術是利用水泥或其他材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在土壤深處將需加固的土體與固化劑強制攪拌，使固化劑與土壤產生一系列物理化學反應，使土壤硬結成具有整體性、穩定性和一定強度的防滲體。深層攪拌施工工藝是利用專用機械向土壤中注入水泥漿( 或石灰、粉煤灰等其它添加劑) ，通過強制攪拌，從而提高基礎的強度和防滲能力是一種新的防滲技術。目前，已廣泛應用在水利工程以及其他的防滲加固工程中。

深層攪拌成墻技術的關鍵是針對工程各種土的性質，選擇合適的固化劑及外摻劑，確定不同的配比參數。深層攪拌防滲加固技術具有設備簡單、操作方便、無振動、無噪聲、無污染、加固費用低等特點。

根據目前的深層攪拌成墻技術的施工工藝，攪拌墻可布置成柱狀、壁狀和塊狀3 種型式，在防滲加固工程中主要采用采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌墻部分重疊搭接即成為璧狀加固型式，形成水泥土防滲墻，這種墻具有較高的抗滲性能，可以成為良好的防滲體。

深層攪拌成墻技術最適宜加固各種成因的飽和軟黏土，常用于淤泥、淤泥泥質土、黏土、亞黏土等地層的防滲加固，成墻深度可達15 ～18 m。具有施工速度快，一般每臺深層攪拌機建造攪拌墻截滲墻的工效達13．2 m2/臺·h。造價低，只有混凝土墻截滲、高噴水泥土墻造價的30%左右。

2 固化劑的選擇

深層攪拌成墻固化劑一般都選用水泥，也可選用其他的添加材料比如:石膏、粉煤灰等。根據我們在已加固的水庫工程實踐中得出:水泥的摻入量是被加固土重的7% ～15%，每加固1 m3土，摻入水泥約110 ～160 kg。添加劑可根據工程需要選用具有早強、緩凝、節省水泥等性能的材料(一般多選擇粉煤灰)，為增強流動性可摻入水泥重量0．2% ～0．25%的木質磺酸鈣，1%的硫酸鈉和2%的石膏，水灰比為0．43 ～0．5。

3 質量控制與檢驗

3.1 質量控制

施工使用的固化劑和添加劑必須先通過室內試驗得出的結果，再根據實際工程情況進行現場檢驗，最后才能確定出所需控制的各項控制指標進行施工。固化劑的配比應嚴格按現場試驗所確定的配比進行拌制。當制備好的漿液送入土壤中，漿液不得產生離析現象，必須連續進漿。在施工中漿液的用量、固化劑與添加劑的用量以及攪拌的時間等應有專人記錄( 通常采用電腦控制) 。

在施工中應修建施工平臺并保證設備的平整度和垂直度，攪拌墻的垂直度偏差≤1．0%，墻位偏差≤50 mm。攪拌過程中不宜加水，只有當遇到較硬土層時，方可加適量的水，但應考慮到水對墻體強度的影響，在不影響墻體質量的情況下適量加水。

3.2 質量檢驗

施工前應檢查水泥及外摻劑的質量、墻位、攪拌機工作性能，各種計量設備( 主要是水泥漿計及其他計量裝置) 。

在施工中應隨時檢查:機頭提升速度，水泥注入量、添加劑的注入量，并隨時觀測攪拌墻的深度及標高確定是否達到設計要求。

當攪拌墻在成墻7 d 后，用輕便觸控器鉆取墻體加固土樣，觀察攪拌均勻程度，同時根據輕便觸探擊數，用對比法判斷墻身強度。檢驗的數量應不少于已完成數的2%。當攪拌墻在成墻28 d 后，應隨機抽取合適部位進行開挖，對墻體進行觀察并取墻體土樣在室內進行強度、滲透系數的試驗，檢驗的數量應≥3 組。具體水泥土攪拌墻質量檢驗標準，見表1。

表1 水泥土攪拌墻質量檢驗標準

3.3 應用實例

該項技術自2002年應用以來，已經在新疆呼圖壁縣大海子水庫、英吉沙縣阿克爾水庫、麥蓋提縣吉仁力瑪水庫、疏附縣紅旗水庫、吉木薩爾縣八家地水庫、圖木舒克市永安壩水庫等20 余座水庫的除險加固防滲工程中得到了應用，并取得了良好的社會效益和經濟效益。

3.3.1 試驗內容

在上述工程中我們根據不同的被加固土質進行了室內、野外試驗，分析在同種土質中水泥、粉煤灰摻量分別對攪拌墻的強度、滲透系數的變化。通過分析得出同種土質在摻入同樣比例的水泥和粉煤灰后攪拌墻的強度和滲透系數之間的變化關系。

在實際工程中，試驗過程可分為兩部分進行:室內試驗和野外試驗:

1) 室內試驗。在室內分別對砂土、黏土、細砂3 種土質的水灰比進行試驗，在試驗結果中可以看出，對黏土而言，水泥土試樣的滲透系數最小，值為2．3×10－8cm/s，90 d 強度最大，值為3．67 MPa;水灰比為2．23∶1∶0;的水泥土試樣的滲透系數為2．5×10－7cm/s，90 d 強度為3．65 MPa;水灰比為4．4∶1∶1。綜合水灰比和滲透系數兩個指標考慮，可以確定黏土的水灰比為2．23∶1∶0。對細砂而言，最優的水泥土試件，其滲透系數為3．9×10－7cm/s，水灰比為3．8∶1∶1。對砂土而言，只做了一組試驗，其滲透系數滿足抗滲要求為7．6×10－7cm/s。

2) 野外試驗。在室內試驗的基礎上選擇合理的配合比，將其與野外試驗相結合，進行現場攪拌墻試驗，取出墻體土樣，進行抗壓強度試驗和抗滲試驗，與其室內試驗指標進行比較，得出符合工程實際的最優配合比并應用到工程中。

3.3.2 相同土質的水泥添加量試驗

在上述工程中我們根據不同的被加固土質進行室內試驗，分析在同種土質中水泥的添加量，當水泥摻量分別為10%、15%、20%時，其中當粉煤灰摻量分別為水泥用量的50%、100%時，水泥土的滲透系數分別發生不同的變化。通過分析得出摻入同樣比例的水泥和粉煤灰，水泥土的強度和滲透系數之間的變化關系。

根據室內試驗結果，制定出工程現場試驗方案，進行不同水灰比的試驗，在攪拌墻內用取樣器取出3 組不同深度的試樣進行試驗。

野外水泥漿配比試驗方案:

水泥配比設計試驗組合:6 組試驗段每組12 根雙排組合墻深8 m。

a 水灰比1∶1 測試項目取樣時間:7、28、90 d

b 水灰比1∶2．5 測試項目取樣時間:7、28、90 d

c 水灰比1∶1．5 測試項目取樣時間:7、28、90 d

28 d 壓水試驗90 d 破壞試驗

d 水灰比1∶1 參入等量粉煤灰

e 水灰比1∶1．5 參入等量粉煤灰

水泥用2．5R 普通硅酸鹽水泥，采用庫內水。

3.4 試驗結果

1) 分別在黏土和細砂中，摻入同樣比例的水泥和粉煤灰，細砂水泥土的強度高于黏土水泥土強度，在試驗中可以看出90 d 強度試驗高于28 d 的46．8%，滲透系數在同一數量級，沒有大的差異。

2) 無論是砂土、細砂或黏土，從同一配合比的水泥土的后期強度中可明顯看出，90 d 的強度將高于28 d 的強度。

3) 在黏土中，相同的水泥摻量10%，加入不同摻量的粉煤灰(5%和10%) ，從試驗結果中得出:28 d 強度基本相同，90 d 強度增長25%，但滲透系數增長一個數量級。

4)在細砂中，相同的水泥摻量10%，不同的粉煤灰摻量為5%、10%，從試驗結果中可以得出:90 d 強度分別為0．97、2．6、4．2 MPa，因此，強度是隨著粉煤灰的摻量的增加而增加。

5) 在黏土中水泥土的強度與水泥摻量成正比，水泥摻量為10%的90 d 最高強度為1．9 MPa，平均90 d 強度1．4 MPa，因此，在黏土土質中，墻體的水泥摻量為10% 時，強度值＞3 MPa 是不可能的。

6) 在黏土中，墻體水泥摻量為15%時，90 d 平均強度為3．78 MPa。

7) 在細砂中，墻體水泥摻量為15%時，90 d 平均強度為2．88 MPa，當摻入適量的粉煤灰時，強度明顯增加。

8) 無論是黏土水泥土還是細砂水泥土，當水泥摻量為20%時，90 d 的抗壓強度能達到＞4 MPa。

4 結 論

從以上試驗分析可以得到以下成果:

1) 當在墻體中水泥摻量為10% 時，強度指標為1 ～1．2 MPa，滲透系數為10－6。

2) 在墻體中，當水泥摻量為15%時，強度指標為3 MPa，滲透系數為10－6。

3) 在墻體中，當水泥摻量為20%時，強度指標為4 MPa，滲透系數為10－6。

4) 為提高墻體的后期強度和防滲效果建議: 摻入5% ～10%的粉煤灰。

［1］董哲仁. 堤壩除險加固實用技術［M］. 中國水利水電出版社，1998.

［2］新疆水利水電科學研究院. 新疆麥蓋提縣吉仁力瑪水庫除險加固工程初步設計［R］. 烏魯木齊:新疆水利水電科學研究院，2008.

［3］新疆水利水電科學研究院. 新疆呼圖壁縣大海子水庫除險加固工程初步設計［R］. 烏魯木齊: 新疆水利水電科學研究院，2004.

［4］新疆水利水電科學研究院. 新疆英吉沙縣阿克爾水庫除險加固工程初步設計［R］. 烏魯木齊: 新疆水利水電科學研究院，2006.