多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工簡述

單建軍

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工簡述

單建軍

目前，用于堤防防滲施工的方法主要有：垂直鋪塑灌漿、多頭小直徑深層攪拌樁、高壓噴漿灌漿、充填灌漿等。多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻以施工難度小、費(fèi)用低、效果好，在堤防防滲設(shè)計(jì)中多被采用。其主要是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，把水泥漿（固化劑）噴入地層中，使土體與水泥漿強(qiáng)制攪拌，利用水泥漿和土體之間產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使水泥土硬結(jié)成連續(xù)防滲墻體，形成具有整體性、均勻性、強(qiáng)度性及抗?jié)B性的優(yōu)質(zhì)水泥土防滲墻體。

本文以南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑防滲墻施工為例，對(duì)多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工進(jìn)行簡述。

一、工程概況

湖腰段是湖西大堤的一部分，南起大屯閘（樁號(hào)為55+000），北止楊屯河以南1.65km（樁號(hào)為61+250），全長6.25km。樁號(hào)55+000～55+365和樁號(hào)60+382～61+250段分別為大屯煤電公司下屬徐莊和姚橋兩礦的采煤沉陷段，由于地下采煤，引起地表塌陷沉降。大屯煤電公司從1984年開始對(duì)湖西大堤湖腰段塌陷段堤防陸續(xù)進(jìn)行復(fù)堤加固。南四湖湖腰段（樁號(hào)55+365～60+382），長4.957km，該段堤防單薄，現(xiàn)狀堤頂高程在38.5m左右，頂寬4～5m，邊坡嚴(yán)重不足，防洪標(biāo)準(zhǔn)低。由于大堤填料層位不同，填筑期、間隔期不同，致使試段透水性有垂直分段現(xiàn)象，尤其在兩填筑期之間隔期，受地表水淋洗等作用，形成一個(gè)強(qiáng)滲漏帶。

湖西大堤湖腰段堤身地層自上而下依次為：

1-1層雜填土（Q4ml）：色雜，主要由煤矸石、煤渣、碎磚和粘土組成。

1-2層素填土（Q4ml）：黃棕～棕黃色，局部灰黃色，稍濕，可塑，主要由粘土組成，夾砂壤土薄層，局部為中～重粉質(zhì)壤土。

2-1層粘土、粉質(zhì)粘土（Q4al）：黃棕～灰黃色，稍濕～飽和，可塑，局部軟塑，局部為中粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)壤土。

2-2層輕粉質(zhì)壤土、砂壤土（Q4al）：灰～灰黃色，稍濕～飽和，軟塑。

3-1層淤泥（Q4l+h）：淺灰～灰色，飽和，流塑，局部淤泥質(zhì)粘土，含貝殼和小螺，局部富含有機(jī)質(zhì)。

3-2層粘土（Q4l+h）：淺灰～深灰色，飽和，軟塑，局部可塑，含貝殼碎片和小螺。

4-1層粘土、粉質(zhì)粘土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，可塑，局部硬塑，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核。

4-2層輕粉質(zhì)壤土（Q3al+pl）：灰黃色，飽和，可塑，局部砂壤土，含鈣質(zhì)結(jié)核。

4-3層細(xì)砂、中砂（Q3al+pl）：灰～灰黃色，飽和，稍密，含礫石，局部為粗砂和粉砂。

5-1層中粉質(zhì)壤土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，可塑，局部硬塑和軟塑，含鈣質(zhì)結(jié)核，局部為輕粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)壤土。

5-2層細(xì)砂（Q3al+pl）：灰黃色，飽和，中密，含礫石，局部為粗砂。

6層粘土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，硬塑，局部可塑，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核。

二、工程設(shè)計(jì)

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑攪拌樁防滲墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

①防滲墻滲透系數(shù)K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）；

②防滲墻無側(cè)壓抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa；

③防滲墻滲透破壞比降大于200；

④防滲墻最小成墻厚度不小于16cm；

⑤水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量10%～12%。

三、機(jī)組選型

目前，用于防滲墻施工的機(jī)組主要有兩種形式：一種是一序成墻，另一種是二序成墻。一序成墻機(jī)組鉆桿中心距為325mm，二序成墻機(jī)組鉆桿中心距為450mm。機(jī)組選型步驟：

①根據(jù)防滲墻最小成墻厚度的要求，結(jié)合兩種成墻方式的鉆桿中心距分別確定最小鉆頭直徑；

②根據(jù)確定的鉆頭直徑，計(jì)算兩種成墻方式下防滲墻單位阻水面積的水泥消耗量；

③比較水泥消耗量選擇合適機(jī)組。

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑防滲墻施工項(xiàng)目通過計(jì)算，鉆桿中心距450mm二序成墻機(jī)組每平米水泥消耗量約52kg，鉆桿中心距325mm一序成墻機(jī)組每平米水泥消耗量約61kg，故該項(xiàng)目主要采用鉆桿為450mm的二序成墻機(jī)組。

值得說明的是，針對(duì)三頭樁機(jī)而言，一序成墻樁機(jī)組成墻工作效率大于二序成墻機(jī)組，對(duì)于工期緊的項(xiàng)目，可以結(jié)合工期要求選擇機(jī)組。

四、工藝試驗(yàn)

在項(xiàng)目正式施工前，應(yīng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)確定水泥摻入比，泥漿比重、鉆進(jìn)（提升）速度等技術(shù)參數(shù)。

該項(xiàng)目選取臨近堤段，樁號(hào)60+382～60+412作為試驗(yàn)段。試驗(yàn)段分四段，分別按12%、10%的水泥摻入比，水灰比分別按1.5∶1、1.4∶1，下鉆速度0.4～0.6m/min，提升速度0.4～0.6m/min，進(jìn)行試驗(yàn)，機(jī)組選用450mm二序成墻機(jī)組，每種參數(shù)打12序樁，6個(gè)單元墻。成墻后開挖檢測和取樣送檢，樁體連續(xù)性、均勻性、搭接厚度、垂直度、滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。為了確保工程質(zhì)量，該項(xiàng)目水泥摻入比按12%施工。

五、防滲技術(shù)的施工成墻工藝

主要施工順序：樁機(jī)定位、調(diào)平→下鉆攪拌至設(shè)計(jì)深度→提升攪拌至孔口→樁機(jī)縱移定位、調(diào)平，多次重復(fù)上述過程形成連續(xù)防滲墻體。

1.第一步：樁機(jī)定位、調(diào)平

根據(jù)施工樁位平面圖，使多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)就位，并把樁機(jī)調(diào)整水平，采用三根標(biāo)桿上刻度標(biāo)記與各處的聯(lián)通器管中油液面重疊方式來控制水平，以保證施工中不傾斜、不偏位，做到垂直度、樁位對(duì)中偏差均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.第二步：樁機(jī)下鉆及提升

通過主機(jī)的雙驅(qū)動(dòng)力裝置，帶動(dòng)主機(jī)上的多個(gè)并列的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并以一定的推進(jìn)力使鉆桿的鉆頭向土層鉆進(jìn)，同時(shí)鉆頭噴漿，達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，鉆桿堤升復(fù)攪，直到設(shè)計(jì)防滲墻頂標(biāo)高時(shí)，停止噴漿。

在上述過程中，通過一、二級(jí)攪拌系統(tǒng)，用可調(diào)泵速的三缸單作用活塞泥漿泵，將水泥漿分別單獨(dú)向三根高壓輸漿管均勻輸送到各根鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體中，在鉆進(jìn)及提升的同時(shí)，使水泥漿和原土充分拌和。

3.第三步：樁機(jī)縱移定位、調(diào)平

重復(fù)第二、三步，就能完成單元墻體，如此連續(xù)重復(fù)完成單元墻體，就能形成連續(xù)防滲墻體。

六、質(zhì)量控制

1.鉆進(jìn)質(zhì)量控制

①樁位控制：為確保搭接長度、墻體厚度及整體性，施工時(shí)放一條醒目平行設(shè)計(jì)防滲墻體軸線的輔助線，為保證樁位的準(zhǔn)確度，根據(jù)樁孔距、搭接要求，制作樁位放樣定位尺，可在輔助線上定出每序成墻孔號(hào)位置，使樁位偏差滿足設(shè)計(jì)要求。

②墻體垂直度控制：在施工前，用經(jīng)緯儀調(diào)整樁機(jī)塔架或鉆桿垂直于地面，因樁機(jī)底座平臺(tái)上有三根標(biāo)桿均固定聯(lián)通器管，待管中注入油后，就在管中油液面處的標(biāo)桿上做出醒目刻度標(biāo)記，使油液面與刻度標(biāo)記重疊，最后將聯(lián)通器管口封閉。因此在施工時(shí)，只要保持樁機(jī)底座平臺(tái)上的三根標(biāo)桿上刻度標(biāo)記與各處的聯(lián)通器管中油液面重疊，所成的防滲墻體垂直度就能滿足設(shè)計(jì)要求。

③樁徑控制：主要是控制鉆頭直徑，一般選擇鉆頭直徑都稍微大于設(shè)計(jì)樁徑要求，因此在施工過程中，要經(jīng)常檢查鉆頭尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)所選鉆頭最小尺寸，特別是在砂性土層中；若鉆頭磨損利害，尺寸不符合，則應(yīng)更換合格的鉆頭。

④樁長控制：根據(jù)設(shè)計(jì)要求的樁長，選定較為適宜的機(jī)型，以確保樁長及施工質(zhì)量。

2.漿液及灌漿質(zhì)量控制

①嚴(yán)格按照水灰比要求配制水泥漿液，對(duì)配制好的水泥漿液及時(shí)檢測，合格后才能使用。

②攪拌好的水泥漿液放置時(shí)間不得超過2h，離析的水泥漿液禁止使用。

③在一、二級(jí)攪拌系統(tǒng)中，都應(yīng)裝上過濾篩網(wǎng)，可防止結(jié)塊水泥、水泥漿塊及雜物堵塞漿管，保證輸漿系統(tǒng)暢通，盡量避免施工中因輸漿系統(tǒng)發(fā)生障礙而出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

④在施工中如發(fā)現(xiàn)溢漿嚴(yán)重或不溢漿現(xiàn)象，施工人員要向現(xiàn)場技術(shù)員及施工員匯報(bào)，適當(dāng)調(diào)整水灰比或增、減注漿量，保證成墻質(zhì)量。

3.材料質(zhì)量控制

①水泥質(zhì)量：施工所用的水泥，必須有出廠合格證及化驗(yàn)單，且按國家有關(guān)規(guī)范、規(guī)定進(jìn)行檢測，合格后方可使用。

②施工現(xiàn)場水泥必須嚴(yán)格保管好，以免淋雨受潮，控制儲(chǔ)備，加速周轉(zhuǎn)，監(jiān)督使用，降低消耗。

4.特殊處理

①施工過程中因事故停漿，應(yīng)及時(shí)記錄停漿單元成墻深度及時(shí)間；若在24h內(nèi)恢復(fù)施工，再次噴漿時(shí)應(yīng)將樁機(jī)攪拌下鉆到停漿面以下0.5m；若超過24h，要考慮該樁和前一根樁進(jìn)行搭接，對(duì)該樁進(jìn)行噴水空鉆留出榫頭，待恢復(fù)施工時(shí)該樁水泥滲入量稍增加些。

②施工過程中如遇意外故障，鉆桿在地下無法提起時(shí)，可用抽水泵接入送漿系統(tǒng)中，用清水沖洗鉆桿及管道，待恢復(fù)時(shí)須重鉆此單元墻號(hào)，水泥漿注入量也稍增加些。

③施工過程中，必須隨時(shí)檢查單元成墻施工原始記錄及了解施工情況，因鉆頭直徑磨損較大使搭接長度不夠，故障處理不當(dāng)使單元成墻不合格或發(fā)現(xiàn)單元墻體不連續(xù)等，可考慮在防滲墻體前、后進(jìn)行補(bǔ)樁，此時(shí)，注漿壓力加大，注量增多。

七、質(zhì)量檢測

1.開挖檢測

在防滲墻體的強(qiáng)度達(dá)到一定值后，對(duì)防滲墻體進(jìn)行開挖，深度可在3～5m，可檢查墻體外觀搭接質(zhì)量、整體性、均勻性以及采用吊垂檢查墻體垂直度等。

2.防滲墻體取樣檢測

從開挖外露的墻體中鑿取試塊或采用巖芯鉆孔取樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，直接測定防滲墻體的強(qiáng)度及抗?jié)B性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，還可觀察防滲墻體攪拌均勻程度。

3.地質(zhì)雷達(dá)檢測

采用地質(zhì)雷達(dá)檢測樁的均勻性與連續(xù)性。

八、結(jié)語

①多頭小直徑防滲墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮不同鉆桿中心距機(jī)組選用同一直徑的鉆頭最小成墻厚度是不同的。

②多頭小直徑深層攪拌樁防滲技術(shù)是一門新的防滲技術(shù)，具有工效高、成本低、施工安全等特點(diǎn)。

③采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻技術(shù)施工時(shí)，考慮摻入合適的外摻劑，既可節(jié)省水泥用量，降低工程造價(jià)，還可提高水泥土的強(qiáng)度

（作者單位：淮河工程有限公司221009）