水泥攪拌樁防滲墻生產(chǎn)性試驗(yàn)技術(shù)分析

□程譜學(xué) □高建新 □王 珊

（1河南方正水利工程咨詢有限公司；2河南省陸渾水庫(kù)管理局；3河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 概述

南水北調(diào)中線一期工程南陽(yáng)方城段四標(biāo)樁號(hào)TS150+264～TS152+161渠段，其上部為弱膨脹土、砂，下部為軟質(zhì)碎屑巖。渠坡主要由（Q3）粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土、砂組成，局部渠底揭露有（N）軟質(zhì)碎屑巖。其中：粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土厚5～10m；細(xì)砂層厚0～3 m，多呈互層狀或漸變狀，砂巖具有中等透水性。該段渠道挖深7～9 m，地下水位高于渠底板2～7 m，渠底高程位于富含水的砂層及砂巖地層中，存在涌砂涌水問(wèn)題。如施工期間采取大面積、長(zhǎng)時(shí)間的井點(diǎn)降水，一方面會(huì)增加排水費(fèi)用，計(jì)列在其他臨時(shí)施工費(fèi)用中5%的降水費(fèi)明顯不足；另一方面大面積、長(zhǎng)時(shí)間抽水會(huì)降低周邊的地下水位，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活用水，產(chǎn)生補(bǔ)償費(fèi)用糾紛，對(duì)渠道施工帶來(lái)不利影響。

施工前需通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)置水泥攪拌樁防滲墻的可行性與合理性，試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行，第一階段通過(guò)水泥土結(jié)石室內(nèi)試驗(yàn)，確定水泥攪拌樁合適的漿液濃度和水泥摻入量；第二階段進(jìn)行室外生產(chǎn)性試驗(yàn)，主要包括成樁工藝試驗(yàn)、樁體性能測(cè)試以及圍井滲透特性檢驗(yàn)試驗(yàn)，以最終確定水泥攪拌樁防滲墻工藝參數(shù)和施工控制參數(shù)。

試驗(yàn)取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)648組，經(jīng)對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)成果達(dá)到了設(shè)計(jì)和規(guī)范的的要求。

2 水泥土結(jié)石室內(nèi)試驗(yàn)

在攪拌樁實(shí)施渠段，選取有代表性的透水土層中的土料在室內(nèi)進(jìn)行水泥土結(jié)石試驗(yàn)，采用1.20:1和0.80:1兩種不同水灰比的水泥漿液，在強(qiáng)透水的砂性土地層中分別摻入10%，15%，15%水泥+5%膨潤(rùn)土，在弱透水的粘性土地層中分別摻入5%，7.50%，10%水泥，水泥土結(jié)石成型后，測(cè)試不同齡期（3,7,28 d）的水泥土結(jié)石，測(cè)試指標(biāo)包括飽和單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、允許滲透坡降等。試驗(yàn)共進(jìn)行12個(gè)組，每組試樣45個(gè)，共取得540組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析，對(duì)于強(qiáng)透水層（砂層），當(dāng)水灰比在0.80:1，摻入15%水泥或15%水泥+5%膨潤(rùn)土攪拌成型的水泥土結(jié)石，各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到試驗(yàn)大綱要求；對(duì)于弱透水層（粘土層）在水灰比1.2:1及0.80:1時(shí)，摻入10%水泥攪拌成型的水泥土結(jié)石，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到大綱要求。因此，水泥攪拌樁生產(chǎn)性試驗(yàn)宜采用0.80:1的水灰比、15%水泥摻量（針對(duì)強(qiáng)透水層）和采用1.20:1或0.80:1水灰比、10%的水泥摻量（針對(duì)弱透水層）。

3 單樁生產(chǎn)及樁體水泥土結(jié)石試驗(yàn)

3.1 成樁施工工藝試驗(yàn)

3.1.1 水泥攪拌樁成樁試驗(yàn)的主要控制參數(shù)

一是選擇兩種水灰比：1.20:1和0.80:1。二是采用室內(nèi)試驗(yàn)確定的水泥摻入比作為參照指標(biāo)進(jìn)行成樁施工，并在室內(nèi)試驗(yàn)摻入比基礎(chǔ)上分別增加3%，5%作為比較組進(jìn)行成樁施工。三是攪拌樁施工時(shí)的提升速度參考“試驗(yàn)大綱”數(shù)值，攪拌頭提升速度分別為0.20 m/min，0.05 m/min兩種。四是根據(jù)確定的水泥摻入比及不同注漿壓力下的漿體注入量確定注漿壓力?？刂频淖{壓力在0.20～0.40 MPa。五是攪拌樁施工，弱透水地層中采用兩攪一噴方式，強(qiáng)透水地層中采用四攪兩噴方式。在水泥攪拌樁成樁過(guò)程中，當(dāng)用水灰比為0.80:1的水泥漿液鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)摩阻力很大，電機(jī)電流超過(guò)70A（額定80A），經(jīng)常接近或超過(guò)80A，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)人員分析認(rèn)為可能是漿液濃度過(guò)大，造成注漿管內(nèi)壁摩阻增大，將水灰比改為1.20:1后，發(fā)現(xiàn)施工較為順利，電機(jī)電流降至50A左右，可正常施工。根據(jù)“試驗(yàn)大綱”要求，單樁試驗(yàn)樁共需6組，每組3根，共18根樁。實(shí)際施工試驗(yàn)單樁共18根，樁長(zhǎng)平均10 m。

3.1.2 水泥攪拌樁成樁施工過(guò)程

3.1.2.1 施工工藝流程

水泥攪拌樁施工流程主要分為定位→水泥漿制備→噴漿攪拌下鉆→噴漿攪拌提升→重復(fù)上下攪拌→清洗移位等幾個(gè)步驟。

3.1.2.2 施工技術(shù)要求

一是深沉攪拌壓漿用的漿液主要材料為水泥，水泥在使用前應(yīng)進(jìn)行復(fù)檢，合格后方可使用，攪拌水泥漿液所用的水應(yīng)符合混凝土拌合用水的標(biāo)準(zhǔn)。二是孔位偏差±2～±5 cm，樁體偏斜率≤0.20%～0.50%。三是水泥漿應(yīng)嚴(yán)格過(guò)濾，并在水泥制漿罐與儲(chǔ)漿機(jī)之間設(shè)一道過(guò)濾網(wǎng)。四是水泥漿攪拌采用高速制漿機(jī)制漿，水泥液應(yīng)隨配隨用，為防止水泥漿發(fā)生離析，在儲(chǔ)漿罐中不斷攪動(dòng)，以保證漿液質(zhì)量。五是供漿必須連續(xù)，一旦中斷，應(yīng)將噴管下沉于停供點(diǎn)以下0.20 m,待恢復(fù)供漿時(shí)再攪拌提升并適當(dāng)考濾復(fù)攪。當(dāng)因故停機(jī)超過(guò)半小時(shí)，應(yīng)將鉆頭提出地面，并對(duì)泵體和輸漿管路及鉆桿進(jìn)行妥善清洗。若在水泥土初凝之前恢復(fù)施工，搭接長(zhǎng)度≥1.00 m；若在初凝后施工，則做事故處理。六是攪拌機(jī)噴漿下沉提升的速率必須符合施工工藝的要求，應(yīng)記錄樁機(jī)下沉和提升的時(shí)間及噴漿量。深度記錄誤差≤100 mm,時(shí)間記錄誤差≤5 s。

3.2 樁體性能測(cè)試

根據(jù)“試驗(yàn)大綱”要求，單樁成樁后，在不同齡期對(duì)6組、18根試驗(yàn)樁分別進(jìn)行了取樣檢測(cè)。18根樁體，每根在不同部位取樣6個(gè)，共取樣108個(gè)，

通過(guò)對(duì)單樁成樁試驗(yàn)取樣檢測(cè)資料的數(shù)據(jù)分析，砂性土地層的水泥摻入比為15%、粘性土地層中水泥摻入比為10%不能完全達(dá)到試驗(yàn)大綱要求的相關(guān)技術(shù)控制指標(biāo)。而對(duì)水泥摻入量進(jìn)行上調(diào)3%和5%后的成果數(shù)據(jù)表明，上調(diào)3%后，在不同提速下，28 d抗壓強(qiáng)度均符合要求，21 d抗壓強(qiáng)度91.70%符合要求。上調(diào)5%后，14d抗壓強(qiáng)度66.70%符合要求，21,28 d抗壓強(qiáng)度均符合要求。經(jīng)綜合分析，砂性土地層的水泥摻入比為18%（即15%+3%），粘性土地層中水泥摻入比為13%（即10%+3%），提升速度0.50 m/min，注漿壓力0.20～0.40 MPa，既節(jié)約材料成樁速度又快，能夠保證“試驗(yàn)大綱”的相關(guān)單樁成樁的技術(shù)控制指標(biāo)。

3.3 水泥攪拌樁施工參數(shù)選擇

經(jīng)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)成果和單樁成樁試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的分析和比較，并參照以往類似的施工經(jīng)驗(yàn)，初步擬定水泥攪拌樁防滲墻圍井的主要施工技術(shù)參數(shù)：樁體有效搭接厚度≥25 cm,滲透系數(shù)砂性土k≤5×10-6cm/s，主要成樁施工工藝參數(shù)：水灰比1.20:1，注漿壓力0.20～0.40 MPa，供漿流量30～50 L/min，水泥摻入比粘土、粉質(zhì)粘土中摻入量為13%，15%，砂性土土層18%。

4 防滲墻滲透特性檢驗(yàn)試驗(yàn)

根據(jù)“試驗(yàn)大綱”，生產(chǎn)性試驗(yàn)應(yīng)對(duì)攪拌樁防滲墻形成后的滲透特性進(jìn)行抽水試驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)試攪拌樁防滲墻的綜合滲透性，為渠道工程滲控設(shè)計(jì)提供依據(jù)。水泥攪拌樁防滲墻滲透特性試驗(yàn)圍井，分2區(qū)布置，每個(gè)區(qū)域?yàn)榉忾]的矩形，尺寸2 m×10 m×10 m，圍井單樁樁長(zhǎng)10 m,共計(jì)84根，圍井成墻面積為：714 m2。在圍井內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖檢查，開(kāi)挖深度達(dá)到砂性土層頂面以下1.20 m左右，對(duì)暴露出的攪拌樁防滲墻體外觀進(jìn)行拍照和檢查。

5 降水抽水試驗(yàn)成果及分析

降水抽水試驗(yàn)采用單井分級(jí)降水方式，按試驗(yàn)方案要求測(cè)試圍井內(nèi)外穩(wěn)定水位，然后根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析防滲墻的截滲性能。經(jīng)對(duì)觀測(cè)記錄計(jì)算，兩個(gè)封閉區(qū)域的滲透系數(shù)K分別為：1.45×10-5cm/s，1.40×10-5cm/s，均 ＜5×10-5cm/s的要求。從現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢查結(jié)果看：一是攪拌樁防滲墻體之間的搭接良好，防滲墻體完整，輪廓清晰，防滲墻表面光滑，基本保持在一條線上，未見(jiàn)搭接不上或搭接簿弱部位，開(kāi)挖后的防滲墻壁上無(wú)滲、漏水現(xiàn)象。二是從圍井內(nèi)側(cè)墻體之間的輪廓看，防滲墻體的垂直度偏差極小，墻體上、下部的搭接基本一致。三是開(kāi)挖后圍井內(nèi)基本干燥無(wú)水，通過(guò)7d的觀察，圍井內(nèi)基本無(wú)地下從墻壁和井底部滲出，水泥攪拌樁防滲墻的截滲效果理想。防滲墻滲透特性檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果表明，圍井試驗(yàn)測(cè)得的滲透系數(shù)K均滿足設(shè)計(jì)＜5×10-6cm/s要求。

確定水泥攪拌樁截滲墻施工主要工藝參數(shù)：砂性土地層的水泥摻入比為18%，粘性土地層中水泥摻入比為13%，水灰比1.2:1，攪拌機(jī)提升速度0.5 m/min，注漿壓力0.2～0.4 MPa，供漿流量30～50 L/min。

6 結(jié)語(yǔ)

該試驗(yàn)成果在方城段四標(biāo)渠道工程中得到了應(yīng)用，防滲效果較好，渠道開(kāi)挖和襯砌工程施工基本不受地下水的影響，既保證了工程進(jìn)度，又節(jié)約了降排水費(fèi)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。