簡述水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的應用

□劉勝利（河南省山河建設工程管理有限責任公司）

?

簡述水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的應用

□劉勝利（河南省山河建設工程管理有限責任公司）

摘要：結合水庫除險加固項目中大壩防滲工程的現場實際施工，從對土石壩防滲工程進行防滲方案的選擇、施工布置、質量控制，試驗檢測等方面簡述了水泥土攪拌樁在水庫土石壩防滲工程的相關應用，對解決部分水庫土石壩防滲問題提供了一種經濟上可行、技術上合理且操作又簡單的土石壩防滲施工措施。

關鍵詞：土石壩；水泥土；攪拌樁；防滲工程；試驗檢測

0　前言

水泥土攪拌樁是指以水泥作為固化劑，通過深層攪拌機械，將水泥漿（粉）和基礎土石進行強制攪拌，使軟土凝結成具有整體性、連續性和一定強度樁體的處理方法。水泥土攪拌樁分為深層攪拌法和粉噴攪拌法，深層攪拌法以水泥漿作為固化劑，簡稱濕法；粉噴攪拌法，以干水泥粉作為固化劑，簡稱干法。本防滲工程施工采用的是深層攪拌法。

1　工程概況

該水庫建于1957年，屬于小（2）型水庫。主要建筑物有大壩（土石壩）、溢洪道、輸水洞；水庫右側為一條天然排水溝，水庫下游有4個相互聯通的魚塘。

1.1水庫水文地質條件

資料顯示水庫所處地形為丘陵，場區地層除壩體為人工填土外，主要為第四系全新沖積成因的低液限黏土、上更新統沖洪積成因的低液限黏土和卵石及砂巖等。由于水庫受附近煤礦向水庫排水影響，常年處于高水位工作狀態，水庫蓄水除補充地下水和輸水洞及溢洪道的正常下泄外，還有一部分水因庫區蓄水位高水壓大而從壩體或壩肩滲流到下游。后經省級水庫安全鑒定專家組鑒定，本水庫大壩為三類壩，需對土石大壩等建筑物進行除險加固。

1.2大壩加固方案對比和選擇

因本水庫大壩建設年代久，壩體所用填充材料等級低，而且基巖風化嚴重。在水庫上游水位高、壩體滲流水壓大的情況下進行防滲加固，慣用的灌漿防滲技術難以固結形成理想的防滲墻體系。經討論，將以下三種防滲加固處理方案從經濟可行方面對比選擇：

1.2.1方案一：高壓化學灌漿的方案。

一種用于加固結構的高壓化學灌漿，利用機械的高壓動力，可在3-6 s內提升至4500psi（300 kg/cm2）以上工作壓力，將液體的止水劑可有效灌注至0.10 mm的細微裂縫中，施工效率較傳統技術快三倍以上，防水止漏效果更為持久有效。但在此水庫基礎和壩體材料條件下難以固結成理想的防滲體系，很難預估防滲效果而且造價高。

1.2.2方案二：混凝土護坡

將大壩上游正常蓄水位以下軟弱土層和淤泥清除并夯實，分層回填15 cm的反濾料，然后全部采用20 cm厚的C25防滲防凍混凝土進行全面護坡。此方案需要放空水庫蓄水到死水位，并且需要在大壩上游高筑施工圍堰，此方案的施工難度大、工程造價最高，不經濟又難以實施。

1.2.3方案三：水泥土攪拌樁

施工軸線在壩軸線上游1 m，施工范圍是左壩肩向右80 m，左壩肩及壩基底部都切入基巖，本方案垂直于結合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進行防滲處理。通過深層攪拌機械和高壓旋噴水泥漿，在壩體深部就地將軟粘土和水泥粉強制攪拌，使自然壩基與樁體硬結成具有整體性的復合性防滲墻體系，單位造價適中且防滲理論效果較好。

經比較以上三種方案中的方案三費用低且易于實施，也是目前其它工程軟基處理采用較多的加固方式。根據本水庫目前的運行情況，優化后的施工圖采用了方案三的大壩防滲方案。

2　水泥土攪拌樁的布置施工

2.1樁的布置

大壩底部持力層為砂質粘土層或泥巖層，要求復合基礎承載力≥150 kPa，本方案垂直于結合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進行防滲處理。防滲范圍：攪拌孔采用單排兩序孔，施工軸線在壩軸線上游1 m，樁徑450 mm，樁心距333.30 mm，處理范圍是從左壩肩0+00向右80 m，最大設計鉆孔深度下至高程207.00 m，上至壩頂。攪拌樁穿透壩體回填層，樁端進入砂質或泥巖粘土層≥1.00 m，樁長9～17 m，共計約240根。

2.2水泥摻量

水泥土攪拌樁的固化劑選用普通硅酸鹽水泥，均采用42.5MPa水泥，控制水灰比為0.50～0.55，墻體滲透系數＜i×10-6cm/s。

2.3水泥土攪拌樁施工

2.3.1施工工序：

鉆孔定位→攪拌下沉→注漿攪拌提升→重復攪拌下沉→二次提升攪拌。

2.3.2材料要求：

選用42.50 MPa普通硅酸鹽水泥，根據工程地質條件，通過室內配比實驗確定經濟合理的水泥用量、適宜的水灰比和外加劑，要求樁體滲透系數≥i×10-6cm/s，水泥參入比控制在10%～12%。

2.3.3施工過程要求

①嚴格按照實驗配比確定的水灰比制漿和控制提升速度，以保證樁體內水泥量達到設計標準。因為不同土層，可以有不同的配比，所以也就有不同的提升速度或不同的輸漿速度。②開鉆前必須清場排障，防止機械失穩，同時調試檢查樁機運轉是否正常，輸漿管和注漿管是否暢通。③攪拌樁施工必須做好施工記錄，內容包括：樁位、施工日期、開鉆時間、提升速度、水灰比、注漿時間段、成樁結束時間等。④攪拌樁機器每根樁的最初兩次提升速度應控制在2.00～3.00 min/m，宜用流量計控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.40～0.60 MPa。

2.3.4攪拌樁搭接注意事項：

①樁與樁搭接間隔時間≤24 h；②若因特殊原因超過24 h，應對最后一根樁先進行孔鉆留出榫頭，以待下批樁的搭接。③若間歇時間太長，第二根樁無法搭接，應在設計、建設和監理單位認可后，采取局部補樁或注漿措施。④施工標準按照《建筑地基處理技術規范》。

2.3.5質量控制要點

2.3.5.1嚴格控制水泥質量

按照施工設計圖紙的要求選用對應型號的水泥，同時落實對進場后水泥的保護，如預防地面返潮的塑料布、預防被雨雪的雨棚等應急設施。最先采購進場的水泥要優先利用，倉庫要有足夠水泥倉儲量，以保證供應水泥的連續性。

2.3.5.2嚴抓現場管理

項目部向監理部申報具有針對性的施工現場管理措施和專項施工方案。開工前必須對現場施工人員進系列的技術培訓和施工交底，委派2名以上熟悉攪拌樁技術施工工序和水庫大壩加固技術的工程技術員進行現場輪流作業指導。施工設備進場前要嚴格檢修和排查，鉆頭等易損部件的備用件要配備齊全，確保攪拌樁的施工全過程規范、可控、連續、可靠。

2.3.5.3嚴控樁體強度和均勻性

因水泥土攪拌樁的固結劑只有水泥，要保證樁體強度必須嚴格按照設計配比參入水泥的摻量。施工期間，項目部必須委派2名以上的專業記錄人員在制漿處和鉆機旁如實記錄水泥參入量及對應的施工樁號、噴將度量、攪拌速度、首鉆鉆入和提升速度，復鉆的鉆入和提升速度等參數。發現參數偏離設計范圍時，要及時提醒施工機械操作人員和技術員進行更正調整。為確保成樁的直徑符合設計要求，必須在一序孔和二序孔交替施工期間不間斷的檢測鉆頭的磨損程度，鉆頭（擺鉆）直徑磨損量＞1 cm時要及時更換，并做好更換記錄。

2.4攪拌樁施工要點

①樁機就位后必須先進行穩定加固和平衡調整，保證鉆機鉆桿的垂直度不大于誤差范圍。攪拌樁施工過程中須做好鉆孔記錄，勤檢查水泥的標號和外觀質量、水泥漿液的水灰比、噴漿速度、鉆孔速度和深度、攪拌時間、提升速度等。②攪拌樁施工機械應有自動測量鉆機鉆孔深度的刻度裝置以及水泥漿液噴漿壓力和速度的儀表等。開工前要對鉆孔機械、制漿設備、噴漿設備等進行檢查校核，施工期間也要不定期的檢修排查。③為保證成樁后的防滲效果，攪拌樁的施工必須連續，樁機鉆頭的鉆入和提升速度必須均勻。若因特殊情況而中斷噴漿時，須按照設計要求進行重復鉆孔并噴漿攪拌，鉆機重復下鉆至中斷噴漿點以下且≥1 m的位置，等到噴漿系統恢復正常噴漿后再按設計提升速度提升噴漿并攪拌。④施工環保及安全方面，現代化施工需確保對周圍環境的保護和人材機的安全，因水庫大壩一般不受交通條件限制，大部分可以隔離施工；若距離居民區較近或有交通需要，可以采用霧森消塵技術及隔音板圍擋等，以減少對周圍環境的污染和居民的干擾?，F場的機械操作人員和技術人員需佩戴安全帽、防電絕緣手套、安全服裝、絕緣防滑鞋等防護用品，同時謝絕非施工人員隨意進出施工場地。

3　試驗檢測

3.1檢測范圍及內容

檢測范圍為本水庫除險加固大壩水泥土攪拌樁防滲工程，檢測內容為防滲墻墻體的連續性、均勻性以及墻體滲透系數。3.2檢測依據

該水庫除險加固工程施工設計圖紙及相關資料：《水利水電工程施工質量檢驗與評定規范》水利水電工程物探規范》《水工水泥土試驗規程》水利水電工程注水試驗規程》。

3.3檢測方法

主要采用探地雷達法、開挖檢查法，注水實驗法等。

3.4檢測結果分析

通過對本次水泥土攪拌法施工形成的塑性水泥土防滲墻工程進行檢測，結果分析如下：探地雷達法檢測范圍內，圖像穩定性好，沒有出現明顯的異常區域，判斷防滲墻體連續性較好；注水試驗共進行10孔、20段，從計算結果看范圍值在2.08×10-6～2.60×10-6cm/s之間，均滿足設計要求；從隨機選取區域的開挖情況看，防滲墻墻體密實性好，沒有出現加泥和分縫現象。

4　結　語

此文章結合實際工程，對水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的防滲方案定選、施工質量控制以及試驗檢測等做了簡單陳述，不到之處請多指教。

（責任編輯：薛靜）

中圖分類號：TV543. 8

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）04-0056-02

收稿日期：2016-02-16