深層攪拌水泥土防滲墻在共雙茶蓄洪垸圍堤加固工程中的應用

湯正清

（沅江市安沅水利水電建設有限公司 益陽市 413100）

1 工程概況

共雙茶蓄洪垸位于南洞庭湖區(qū)益陽市所轄的沅江市北部，北瀕草尾河，南臨黃土包河，由沅江市共華垸、雙華垸及茶盤洲鎮(zhèn)三垸組成，地勢平坦開闊，地面高程為（28.5～31）m，垸內地表水系發(fā)育，溝渠縱橫交錯，堤內500 m 范圍內溝、魚塘較多，溝塘深一般（1～2）m。本區(qū)處于揚子準地臺二級構造單元江漢斷坳東南部，根據地質勘察，結合歷年的險工險段資料分析，本區(qū)內存在的主要工程地質問題有：地基沉陷變形，滲漏與滲透變形及岸坡穩(wěn)定問題。

本次共雙茶蓄洪垸建設中共對27 km 大堤采用了攪拌樁防滲處理，完成防滲墻44萬m2，投入資金達3 000 多萬元。

2 施工設備

共雙茶蓄洪垸深層攪拌水泥土防滲墻施工設備采用中鐵生產的PH－5G 型雙動力三頭小直徑深層攪拌樁機，最大成墻深度20 m，鉆頭中心距320 mm，鉆頭直徑406 mm，鉆頭間帶有剛性連鎖裝置，施工中一次成墻，此機型是在PH-5、PH-5E 型深攪機的基礎上改進和發(fā)展而初步定型的。 該樁機的特點為施工效率高、單元樁成墻質量可靠、樁間搭接有保障、一次成墻噴入漿體分布均勻、水泥漿利用效率高。 與其配套使用的PJ-5A 型泥漿泵為3 臺可調注塞泵，漿量均勻且可獨立調節(jié)，無級變速調節(jié)噴漿量，可適合樁機下沉、提升速度變化的需要，以保證水泥漿摻入量達到設計要求，該泵輸漿量為（0.58～5.79）m3/h。 PJ4－2 型記錄儀通過流量傳感器及深度傳感器測得相關數據自動記錄噴漿與攪拌深度對應數據，并在顯示器上顯示，便于操作人員隨時掌握樁深、每0.25 m 的噴漿量等數據。 噴漿量、噴漿時間通過打印機打印形成記錄。

3 防滲墻施工

3.1 先導孔施工

按照設計要求，在水泥土防滲墻施工前沿防滲墻軸線每間距50 m 布設一個先導孔，地質條件變化較大的部位適當予以加密。 先導孔施工采用巖芯鉆鉆機。為保證芯樣的連續(xù)和完整，取芯時采用套筒取樣法。造孔取出的芯樣放置在巖芯箱中，并進行照相和地質編錄，繪制地質剖面圖，作為設計單位調整防滲墻施工底線和施工單位確定施工參數的基礎資料。 先導孔封孔采用水泥粘土漿或粘土球機械夯實法。

3.2 防滲墻的施工

深層攪拌水泥土防滲墻采用三軸小直徑深攪樁機施工。其原理是用深攪樁機鉆孔至預定深度，向孔中注入水泥漿液，用螺旋型鉆頭進行攪拌，盡量使土體和水泥漿強制拌合均勻而凝結，形成水泥土柱，互相搭接成墻，起到防滲作用。樁機主要由液壓步履底架、井架和導向架、鉆機轉動系統(tǒng)、鉆具、液壓系統(tǒng)、噴漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。根據設計要求及試驗樁施工情況，采用水灰比為1∶1、兩攪兩噴、一次成墻的方案施工。 具體施工工藝參數如下：

鉆頭直徑：406 mm；鉆桿中心距：320 mm；一次單元成墻長度：960 mm；最小成墻厚度：250 mm；鉆進速度：（0.6～0.8）m/min；提升速度：（0.8～1）m/min；轉速：（47～55）r/min；垂直偏差率≤0.5%；樁位偏差＜±5 cm；水泥摻入比：15%～20%；漿液比重≥1.51 g/cm3；每米漿量≥126 L；每平方米水泥用量≥99.1 kg。

水泥土防滲墻施工工藝步驟如下：

配制水泥漿—→樁機就位—→對中、調平—→噴漿攪拌下沉—→噴漿攪拌提升—→清洗管路—→（下一循環(huán)）。

3.2.1 配制水泥漿

根據規(guī)范規(guī)定進場水泥每200 t 抽檢一次，檢驗結果合格后方可使用，水泥漿液嚴格按照規(guī)定的配合比1∶1 制作，用比重計測量控制漿液的質量，漿液比重控制在（1.49～1.53）g/cm3范圍內。

水泥漿液存放有效時間應符合下列規(guī)定：

（1）當氣溫在100C 以上時，不宜超過3 h。

（2）當氣溫在100C 以下時，不宜超過5 h。

（3）當漿液存放時間超過有效時間時，應按廢漿處理。

（4）漿液存放時應控制漿體溫度在（5～40）℃范圍內。 如超出上述規(guī)定應廢棄。

3.2.2 設備定位

設備定位控制包括三個方面：縱向偏差和橫向偏差以及垂直度。 縱向偏差采用事先打樁法控制，一次定位5 根樁以上，以便于施工人員校核。 橫向偏差可采用虛擬軸線法控制，即事先在機身旁各用鋼筋焊一樣架，此樣架距防滲墻軸線1.5 m，然后在距防滲墻1.5 m 處平行于軸線拉一道線，移機時樣架始終對準此線，即可保證準確定位。 同時，樁機上平行軸心線安裝樁機校核裝置，通過核準輔助線準確核準樁位。樁機移位時保證樁機軸心線與防滲墻軸線重合，可確保樁位準確。為了保證設備定位的垂直度，在樁機塔架上安裝一吊錘，并設有一連通管裝置，并標畫有樁機傾斜刻度線，開機前通過液壓系統(tǒng)調平機身，下沉及提升過程中根據吊錘指示裝置和連通管液面刻度變化來控制樁機垂直度，使之小于5‰。

3.2.3 攪拌和注漿

攪拌機準確定位后，先啟動漿泵至鉆頭出漿，再啟動主機，使其正向轉動，并選鉆頭向下推進擋，直至設計深度。 下沉速度由電器控制裝置的電流檢測表監(jiān)測，工作電流不應大于額定值。 當鉆進至設計深度時，停鉆灌注水泥漿30 s，直至孔口返漿，反向旋轉提升鉆桿，繼續(xù)注漿，保持孔口微微返漿。當攪拌頭提至設計樁頂時，停止提升，攪拌、噴漿數秒，以保證樁頭均勻密實。 隨后，向集漿桶內注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將人工清除粘附在攪拌頭上的軟土。 然后樁機向前平移960 mm，重復以上過程開始下一單元墻施工。

施工過程中根據地層吃漿變化調整輸漿量，總輸漿量不小于設計要求。 根據采用的水灰比及每米所需水泥漿量，計算出每0.25 m 所用水泥漿量作供漿參考，采用電腦記錄儀控制，記錄并及時打印出其升降每0.25 m 的用漿量。 輸漿保持一定的壓力，但不宜過大，輸漿壓力控制在（0.4～0.8）MPa。

3.2.4 樁間搭接

樁間搭接是防滲墻施工質量控制的一個十分重要的環(huán)節(jié)，搭接部位的防滲性能直接影響防滲墻的防滲性能，所以必須高度重視。墻體搭接質量主要通過深攪機移位控制。 每次移位距離根據樁徑和墻厚通過理論計算得出，施工中嚴格控制，確保樁與樁之間的搭接厚度滿足墻厚的要求。 防滲墻施工應連續(xù)進行，相鄰樁施工間隔時間不應超過24 h，如因特殊情況超過24 h，則應對前一單元的最后一根樁空鉆留出榫頭，以待搭接。 機如因特殊情況械無法空鉆時，應依序在已成樁做好標記，下次施工前應在此處兩側進行補樁，施工后再依序后續(xù)樁施工作業(yè)。

3.2.5 斷樁處理

施工過程中若發(fā)生噴漿中斷，應將噴漿管下沉至停漿點以下0.5 m，等恢復供漿時再施噴提升。因停電或機械故障而中斷施工時間過長造成斷樁時，可采取補強灌漿或補樁的方法處理。 補強灌漿每樁布置1～2個灌漿孔，灌漿壓力0.05 MPa，補樁采用一根斷樁補加施工兩根樁，橫向與原樁相切（8～10）cm。

4 質量控制

水泥土防滲墻的設計指標主要有滲透系數、墻體厚度、允許比降和抗壓強度。 對于堤防加固工程中的水泥土防滲墻來說，滲透系數和防滲墻厚度是重要的設計指標，允許比降和抗壓強度主要是用于反映墻體材料性能均勻程度的間接指標。為了使墻體材料的滲透系數滿足設計要求，施工中就要合理確定、嚴格控制好水泥摻入比、水灰比、外加劑、復攪次數和鉆桿提升速度等施工參數；而樁位偏差、鉆孔傾斜度等則是為保證墻體完整性及其最小厚度滿足設計要求的施工控制參數。 施工時應特別注意根據不同的土層正確選擇不同的施工參數，因為灌漿量往往因土質及空隙率的不同而有差異。對粘性土地層，細砂或密實的粉土質地層，粗顆粒的砂土或軟的粉土地層，多孔的地層或砂礫層，具體選用何種施工參數，需進行一定的室內及現場試驗具體確定，施工過程中嚴格控制。

5 質量檢查

（1）開挖檢測：沿堤線每1 000 m 開挖一處，每處長（3～5）m，深（2.5～4）m。要求墻體的外觀質量好，整體性好，無蜂窩、孔洞，最小墻厚和垂直度實測值滿足設計要求。

（2）鉆孔取芯檢測：在施工28 天后，采用鉆機抽芯取樣檢測水泥土的單軸抗壓強度、滲透系數、抗?jié)B比降及芯樣的完整性和均勻性評價。

（3）圍井注水檢測：主要是檢測墻體的滲透系數。

（4）無損檢測：主要是檢測墻體的連續(xù)性及墻體的實際深度。

共雙茶蓄洪垸經過系統(tǒng)檢驗結果表明：應用水泥土攪拌樁防滲墻進行防滲截流處理，施工技術成熟，方案經濟可行，防滲效果良好，達到了防滲截流的目的。

6 存在問題

（1）從電腦噴漿記錄儀反映的每米噴漿量統(tǒng)計數據來看，由于地層的軟硬程度不同，空隙率不同，在所有施工參數都相同的情況下，每米段的注漿量差異仍然很大，有的誤差甚至超過20%。 往往存在著單元墻體的水泥摻入比滿足設計要求，但墻體某段的水泥摻入比卻達不到設計要求，形成了墻體抗?jié)B性能的薄弱部位。在實際工程中，地基多數具有由幾種土質組合而成的多元結構，由單一土質構成的地基條件則很少，理論上對不同的土層應選擇不同的施工參數，而實際施工時，由于單元墻體的成墻時間很短，而且是攪拌下沉或攪拌提升和噴漿是一氣呵成，使用不同施工參數進行施工難以實現。施工參數選擇和施工過程控制如何適應地層的問題有待進一步研究解決。

（2）設備定位的垂直度控制主要靠人為調控，既麻煩精度也不高，如何加強自動化控制程度需要設備制造商加以改進。

（3）目前攪拌樁防滲墻的檢測手段還不成熟，特別是單元墻體間的搭接質量還沒有過硬的檢測方法，搭接處是否存在開叉現象也無法探明。

7 主要結論

（1）深層攪拌樁防滲墻施工工效高、造價低。施工工效平均可達25.6 m2/臺時，是各種防滲技術造墻較快的一種方法；成墻造價是高噴的1/8，是混凝土防滲墻的1/5。

（2）深層攪拌樁防滲墻施工工藝簡單。 不需開槽，無塌孔、護壁、回填、夯實等問題，更重要的是不破壞堤壩。

（3）深層攪拌樁防滲墻成墻效果好。 墻體厚度均勻連續(xù)，接頭少，墻體厚度滿足防滲要求（調整樁機鉆頭直徑，成墻厚度可調為150 m～300 mm），墻體深度可達20 m

（4）深層攪拌樁防滲墻施工工期短、無污染、噪音低，實用可靠，在我國江河堤防垂直防滲工程中得到了廣泛應用并取得良好的效果，值得大力推廣。

1 李思慎.長江重要堤防隱蔽工程建設中的防滲處理[J].長江科學院院報（增刊），2000，12.

2 張家發(fā)、吳昌瑜，等.堤防加固工程中防滲墻防滲效果及應用條件研究[J].長江科學院院報，2001，5.