水泥攪拌樁防滲墻在南水北調工程中的應用

□鄭 團 □盧 煜

（1 河南省水利投資集團；2 河南省河川工程監理有限公司）

0 引言

水泥攪拌樁防滲墻是近年來用于水利工程的一種成熟的防滲加固措施。由于水泥攪拌樁防滲墻材料及施工方法的特點，使其不但能對渠堤起到加固作用，增加渠堤的整體強度和邊坡穩定性，且水泥土本身更接近于填土的塑性，可隨渠堤一起沉降變形，能夠保持渠堤整體良好的穩定性。現結合南水北調魯山南1段水泥土攪拌樁防滲墻的施工情況，對該施工方法做簡要介紹。

1 工程概述

南水北調魯山南1 段明渠長13.10km，填方渠段長9836m，最大填高12m。為進一步提高高填方渠段的安全性，綜合考慮現場情況，選用了施工振動小、造價低的水泥土攪拌樁防滲墻作為截滲處理措施，對高填方渠段進行加固處理。魯山南1 段防滲墻總長5142m，防滲墻面積41212m2，水泥攪拌樁長157218m。

2 防滲墻施工

2.1 工藝原理

水泥攪拌樁防滲墻利用水泥攪拌樁成樁的整體性、水穩性及不透水性等特點，通過構筑連續完整的樁墻達到防滲效果。現場當鉆機鉆孔至所需深度后，利用高壓脈沖泵，通過安裝在鉆桿底端的噴嘴向四周噴射水泥漿液沖切土體攪拌，使土體結構與水泥漿液混合，形成按設計方向、深度、厚度與周圍土體交接緊密的凝結圓柱體，從而構成防滲的連續墻。

2.2 主要技術要求

（1）水泥攪拌樁防滲墻沿堤頂中心線處單樁布置，單樁的搭接長度即墻厚≥0.25m，采用425 號普通硅酸鹽水泥。頂部距離路面50cm，墻體深入原始地面以下2m。

（2）水泥土攪拌樁樁體無側限抗壓強度≥0.5MPa，樁體滲透系數≤10-6cm/s，破壞比降≥150。

（3）樁體垂直偏差≤1%。

（4）水泥摻量及施工工藝根據室內及現場試驗確定。

2.3 生產性試驗

首先通過室內配比試驗，選定合適的水泥摻量范圍（≥13%）；根據室內試驗成果，擬定不同的參數組合（如鉆進與提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等）進行試驗對比驗證，以確定成樁后的滲透系數、破壞比降、無側限抗壓強度等是否滿足設計要求，并選取最優參數組合指導后續大規模施工。現場共試樁9 根，根據試樁結果選定的工藝參數見表1。

2.4 工藝流程

水泥攪拌樁防滲墻采用四攪兩噴工藝，具體施工流程如下：施工準備→攪拌機定位、調平→制備水泥漿→預攪下沉→噴漿攪拌提升→噴漿攪拌下沉→復攪→下一循環→清洗管路。

2.4.1 施工準備

根據設計圖紙繪制標示每根樁的樁頂高程、樁長等數據；對施工區域進行清理，并用全站儀對防滲墻軸線坐標放樣定位，記錄渠頂的實際高程；利用開槽機或小型挖掘機開挖出深50cm、寬40cm 的溝槽，槽底即為樁頂高程；根據控制樁位，采用鋼尺放出樁位小樣，并做出標記以便于鉆機對位，樁位偏差≤5cm；由于渠道堤頂寬度限制，鉆機選用單頭小直徑攪拌樁機，配備自動流量記錄儀，以便了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度；在鉆機導向桿上用紅漆標示刻度，確保樁長有效控制；施工過程中應經常對渠頂高程和樁位進行校核，避免超挖、錯位。

表1 水泥攪拌樁施工參數表

2.4.2 攪拌機定位、調平

施工前將樁機對準樁位，先對鉆機平臺進行調平，通過調整機身使攪拌機底盤保持水平，在此基礎上利用攪拌軸支架懸掛鉛垂線，校核鉆桿垂直度，確保鉆桿垂直度偏差≤0.5%。

2.4.3 制備水泥漿

根據確定的水灰比（1.3:1），計算稱取用水量，將水泥與水按順序依次加入攪拌機中，攪拌時間≥3min，拌制好的泥漿需過濾篩去除雜物后存放于儲漿罐內，存放時間≤45min。拌制過程中，水泥、水的用量及拌制時間等應有專人記錄。存放期間儲漿罐仍需慢速攪拌，防止漿液沉淀離析。漿液的制備應留有一定的余量，保證泵送連續，避免漿液不足而產生斷樁。水泥漿制備過程中及使用前應用比重計檢查記錄泥漿比重，確保水泥摻量滿足要求。

2.4.4 預攪下沉

由于渠堤經過碾壓（壓實度98%），土體堅硬，首次下鉆攪拌目的是將土體完全破碎，以利于后續的噴漿攪拌，因此下鉆時采用低檔鉆進（以本工程為例，采用BJS-18C 型高壓旋噴樁機，鉆進采用三檔），速度控制在≤0.80m/min。為保證下鉆過程中噴嘴不被堵塞，可少量噴漿。

2.4.5 噴漿攪拌提升

當鉆機鉆進至設計深度后，應在原地攪拌噴漿30s，使漿液與樁端土充分攪拌后再提升攪拌頭，確保水泥攪拌樁樁端質量。鉆機提升時，可提高一個檔位，同時反轉攪拌，防止將土帶起造成空洞。在提升噴漿過程中應安排專人記錄噴漿量，確保樁各段的均勻性。

2.4.6 噴漿攪拌下沉

當鉆頭提升至樁頂后，再次下鉆，按照擬定的施工參數施工，邊攪拌、邊噴漿、邊下沉，直至設計深度，余漿在下沉過程中應全部噴入樁體，過程中應保證噴漿壓力及均勻性。

2.4.7 二次下沉噴漿攪拌

當鉆頭提升至樁頂后，再次下鉆，按照擬定的施工參數施工，邊攪拌、邊噴漿、邊下沉，直至設計深度，余漿在下沉過程中應全部噴入樁體，過程中應保證噴漿壓力及均勻性。

2.4.8 二次提升攪拌

攪拌至設計深度后，再次將鉆機反轉，提升鉆頭攪拌，直至離樁頂0.50m，攪拌30s，確保樁頭均勻密實。

2.4.9 清洗管路

鉆頭提出地面后，向集料斗注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗管路內部殘留的水泥漿，并將粘附在攪拌頭上的水泥土清洗干凈。清洗結束后，將鉆機移至下一樁位上，重復上述步驟。

現場施工人員應對施工的全過程進行施工記錄和計量記錄，重點檢查控制：噴漿壓力、水泥用量、樁長、攪拌頭轉速和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等，并參照記錄和計量結果對每根樁進行評定。

2.5 特殊情況處理

2.5.1 注漿中斷處理

現場施工人員應隨時觀察注漿量，如果由于輸漿管堵塞造成斷樁，應及時查明斷樁部位，并在鉆頭下沉至斷樁部位以下0.50m 重新供漿攪拌。

2.5.2 施工中斷處理

攪拌樁防滲墻施工必須連續進行，若由于機械故障或水泥漿供應不足造成施工中斷超過24h，須在新樁和老樁之間進行搭接處理。若停機超過3h，宜先拆卸輸漿管路，并妥加清洗。

2.5.3 由于搭接厚度不夠或漏樁需補樁。

3 防滲墻成墻質量檢測

防滲墻的質量檢測應通過分析施工過程資料（包括監理抽檢、平檢及旁站記錄等）結合鉆孔取芯、注水等實體檢測結果綜合分析評定，本文僅就最終實體質量檢測加以論述。

滲透系數、破壞比降是防滲墻墻體防滲的重要指標，抗壓強度則直觀的反映出墻體水泥摻量、攪拌的均勻性等關系，因此在實體質量檢測中，將上述三項數據作為控制性指標，驗證水泥攪拌樁防滲墻對渠堤的加固效果。本工程主要檢測方法有取芯檢測和注水試驗。

3.1 取芯檢測

3.1.1 鉆孔

在水泥攪拌樁防滲墻成樁28d 后采用工程鉆機鉆孔取芯，鉆孔間距100m，不足100m 的渠段至少布置一個孔位，鉆孔深度至樁底設計高程以下20cm。

3.1.2 取芯

對鉆孔全樁長抽芯檢查（深度至樁底以下20cm 原狀土），以判斷樁長是否滿足要求。取芯長度2m/個，直徑≥100mm。取出的芯樣在標示出樁號、鉆芯孔號、孔深等信息并拍照存檔后，應及時密封送實驗室進行抗壓強度檢測。

3.2 注水試驗

由于渠堤經過改性土填筑碾壓，滲透系數較小，根據規范要求，采用降水頭注水試驗檢驗防滲墻滲透系數。試驗孔位按500m一處布置，每段防滲墻應至少布置一個鉆孔進行試驗。

首先向孔內注入清水至頂部后，停止供水，并開始測量水位下降速度。開始時間間隔為1min 觀測5 次，然后間隔為10min 觀測3 次，后期觀測時間間隔根據水位下降速度而定，可按30min間隔進行。根據試驗記錄數據，采用半對數坐標紙繪制水頭比與時間的關系曲線，當水頭比與時間關系呈直線時說明試驗準確，否則應進行檢查并重新試驗。

當試驗水頭下降到初始試驗水頭的0.30 倍或連續觀測點達到10 個以上時，即可結束試驗。

3.3 封孔

試驗結束后采用水泥砂漿對試驗孔進行封堵。

4 結語

目前南水北調魯山南1 段水泥攪拌樁防滲墻已經全部完成，經過檢查及室內試驗檢測表明，防滲墻體樁位、樁長、樁徑、垂直度等均符合設計要求，芯樣連續、完整；實測芯樣滲透系數在6.39～9.53 ×10-7 之間，抗壓強度在1.02～1.11MPa 之間，破壞比降在163～225 之間，滿足設計要求。

現場施工過程中，經監理與施工單位技術人員嚴格控制，保證了水泥土攪拌樁防滲墻的施工質量，取得較好的成效。

[1]吉朝鮮，高建濤.水泥土攪拌樁防滲墻施工[J].河南水利與南水北調，2011，20.

[2]石凱，周仁冬.淺談水泥土攪拌樁的施工與檢測[J].西部探礦工程，2010，8.