深層攪拌水泥土防滲墻施工技術在洞庭湖區蓄洪垸堤建設中的分析應用

宋　翼

（常德市水利水電勘測設計院　常德市　415000）

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深層攪拌水泥土防滲墻施工技術在洞庭湖區蓄洪垸堤建設中的分析應用

宋翼

（常德市水利水電勘測設計院常德市415000）

【摘要】文章結合工程實例，詳細論述了堤防加固深層攪拌水泥土防滲墻施工技術及施工過程中的問題處理措施，對施工工藝進行了具體分析評價和總結。

【關鍵詞】堤防加固深層攪拌水泥土防滲墻質量控制

1　工程概況

湖南某垸是洞庭湖區蓄洪垸之一，該垸保護面積93.79km2，相應蓄洪面積78.48km2，其中耕地面積0.41萬hm2（6.14萬畝）。行政區劃涉及2個鄉（鎮）28個村（居委會），保護總人口5.05萬人，其中農業人口4.17萬人，非農業人口0.88萬人，固定資產15億元，工農業總產值5.08億元，糧食2.35萬t。

根據洞庭湖區防洪總體布局，在重現1954年洪水的情況下，該垸需分蓄洪水，蓄洪設計水位36.16m，相應蓄洪面積78.48km2，蓄洪有效容積4.51億m3。

該垸某防洪大堤全長60.887km，其中一線大堤長42.487km、另段河堤長18.40km。一線大堤分東、西兩線，其中西線長31.632km；東線長10.855km。

該垸分洪口位于西線16+710～16+900，長190m，設計進洪流量1 738m3/s，分泄藕池河系的超額洪水。

2　堤防工程地質主要問題

（1）堤身散浸及滲漏問題。該垸防洪堤是經多年加高培厚、多次修補而建，部分堤段填土疏密不均，且存在較多新老接合面，局部混砂壤土、粉細砂及少量建筑生活垃圾等，結構較松散，干密度小，抗滲性能不均一。根據現場注水試驗結果，滲透系數（1.8×10-5～1.5×10-3）cm/s，呈弱～中等透水性，在汛期高水位時，填土體透水性差異較大，堤身松散段易產生散浸或滲水現象。

（2）堤身滑坡。由于堤身填土局部夯實不夠，滲透性局部較強，再加上部分堤身內、外坡較陡，汛期高洪水位作用或退水時動水壓力作用下導致堤身脫坡，多處已出現堤身內、外坡滑坡，滑坡錯距（0.3～0.4）m。

（3）堤基滲漏與滲透穩定問題。堤基以多層結構類為主，其中的砂性土是主要滲漏通道，堤基中含泥粉細砂層成層或以透鏡體形式分布于堤基中下部，其結構松散，透水性強，滲透系數K=（2.40×10-3～8.37×10-3）cm/s，高水位時，堤內外形成水位差，地下水滲透壓增大，粉細砂層成為滲透通道，輕者出現堤基滲漏，重則行成管涌，最終可能導致大堤變形、開裂，直至潰口。

（4）堤基沉陷變形及抗滑穩定問題。沉陷變形主要發生在多層結構淤泥質軟土亞類（Ⅲ2）、雙層結構類淤泥質軟土亞類（Ⅱ2）及少量粘性土亞類（Ⅲ1）、（Ⅱ1）上部粘性土蓋層較薄部位，堤基表部分布有較厚的（Q4a1+1）淤泥質粉質粘土，呈流塑～軟塑狀，含水量高，孔隙比大，具中高壓縮性，允許承載力及抗剪強度低，根據試驗室成果統計，淤泥質粉質粘土孔隙比大值平均值為1.081，干密度1.32 g/cm3，天然含水量29.5%～42.1%，液性指數1.06，壓縮系數0.567，標貫N63.5=2～4擊，允許承載力75 kPa。防洪堤經多年加高培厚，淤泥質軟土地基在上部荷載作用下產生不均勻沉陷變形，導致上部堤身沉陷、開裂現象，部分當沖堤段沿淤泥質軟土產生小范圍堤身、堤基坍滑破壞。

經調查，有36.132km堤防的堤基存在滲漏、管涌等險情。此外，大堤尚有約15.43km堤基粉細沙夾層埋藏淺，上部粘性土覆蓋層較薄，經計算，其滲流穩定不滿足要求，需進行防滲處理，故需進行堤基防滲處理的堤防總長為51.562km。

3　堤基滲控方案

堤基防滲應以防滲和排滲結合、前堵后排為原則，根據《堤防工程設計規范》和工程實踐經驗，常用的堤基防滲工程措施有垂直防滲墻和背水側壓浸平臺等。

根據該垸防洪堤堤基滲漏、管涌情況，以及堤防現狀滲流復核計算成果，選取東線0+600、西線7+ 800、某河段8+000為計算斷面，堤段長度各取200m，進行堤基防滲方案比較，方案一為水泥土防滲墻垂直防滲，方案二為背水側壓浸平臺水平防滲。

經比較，水泥土防滲墻方案投資較小，且不需要占地和拆遷，實施難度小，且根據地質報告和地質剖面圖，該垸堤基透水層為淤泥質粉質粘土夾薄層粉細砂，其下部存在相對不透水的粉質粘土或粘土層，可采用封閉式防滲墻方案，防滲效果好，故堤基滲控處理方案采用水泥土防滲墻防滲。

4　堤基滲控處理設計

（1）防滲墻軸線布置。堤身堤基聯合截滲的防滲墻和堤身防滲墻軸線均布置在距堤頂外肩2m的堤頂上，并盡可能減少對堤頂路面的開挖。孔與孔之間的中心距離為265mm，鉆孔直徑為400mm，兩孔搭接寬度135mm，水泥土防滲墻平面圖及典型斷面圖如圖1、圖2所示。

圖1　水泥土防滲墻平面圖

圖2　水泥土防滲墻典型斷面（西線29+459）

（2）防滲墻工藝及深度。各類防滲墻均以堤基下的相對不透水層作為垂直防滲的依托，防滲墻深入到防滲依托層內1m。防滲墻采用多孔小直徑水泥土攪拌樁搭接成墻，樁間距1.5m。

水泥土防滲墻設計滲透系數根據論文“長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設計指標探討”（李青云等）中選取K=2.0×10-6cm/s，實際施工中根據試驗進行確定。

（3）墻體材料選擇。根據各堤段的地層特點及隔水層埋深情況，考慮到成墻難度和防滲效果。各堤段均采用的水泥土防滲墻。水泥土防滲墻控制指標如下：單軸抗壓強度R28≥0.8mPa，滲透系數K≤i× 10-6cm/s（i=2），允許滲透比降＞50。

（4）墻體厚度計算。由于作用水頭都不超過20m，按照水泥土允許滲透比降為50計算，防滲墻的厚度應不小于300mm。

5　水泥土防滲墻施工技術

結合工程實際情況，水泥土防滲墻成墻厚度0.3m。本工程水泥土防滲墻采用兩攪兩噴成墻方案。為保證樁與樁之間最小搭接厚度滿足墻厚30 cm的要求，應嚴格控制移機距離和攪拌機的定位。水泥采用復合水泥，摻和量暫按10%～15%（具體摻和量應通過現場試驗確定）。

5.1主要施工機械設備

主要施工機械設備：SJ4-500攪拌樁機8臺，SJC漿量監測記錄儀8臺，制漿機8臺，儲漿罐8個，KY25-26-3潛水泵8臺，送漿泵16臺套。

5.2水泥土防滲墻施工工藝

樁位放樣—→樁機安裝、調平、定位—→水泥漿液制備—→攪拌噴漿下沉至設計深度—→攪拌噴漿提升至地面—→單元成墻、移位。詳細施工流程見圖3。

圖3　水泥土防滲墻施工流程圖

5.3主要施工方法

（1）平整、清理場地。根據防滲墻施工技術規范的要求，沿防滲墻施工軸線方向平整出寬（5～7）m的帶狀場地，清除樁位處地上、地下一切障礙（主要是大塊石、樹根和生活垃圾等），場地低洼時應回填粘土，不得回填雜土。

（2）開挖導漿槽。沿成墻軸線開挖出寬約0.5m、深約0.5m的導漿槽，將余土運到堤后臨時堆土區。

（3）樁機就位及其附屬設備安裝。結合施工現場情況，進行樁機吊卸、組裝、調試。

（4）測量放樣。根據設計資料和施工規范定的要求，定出防滲墻軸線；每隔50m設立一個軸線控制樁，測量其高程，標定樁號，并做好記錄及維護工作。因每幅施工成墻長度135 cm，每幅定位以鉆桿中心進行控制，放樣時每135 cm測放一個樁位控制點。該控制點是沿防滲墻軸線用鋼尺量距進行測放。

（5）漿液配制。第一攪拌系統按照已確定的水灰比配制并攪拌水泥漿。具體到每一攪拌桶用量時，按照攪拌桶容積和確定的水灰比進行水泥量計算。制漿時每桶均先放水到計算用量，然后加入所需水泥量進行攪拌，每桶正反方向攪拌不少于2min。水泥漿液隨配隨用，為防止水泥漿液離析，攪拌機和料斗中水泥漿液要不斷攪動。用泥漿泵把拌制好的水泥漿輸送到第二攪拌儲漿罐。

（6）攪拌噴漿。開動攪拌主機，使鉆頭底部與設計防滲墻頂在同一個高程時。先開始慢速攪拌進尺，同時送漿泵送漿，鉆進一定深度后改為快速鉆進，攪拌下沉。深層攪拌記錄儀記錄下鉆深度，直至設計深度。然后提升鉆頭，同時噴漿攪拌直至設計防滲墻頂，深層攪拌記錄儀記錄送漿量。噴漿時要保持漿壓穩定、供漿連續，確保整個樁體噴漿均勻連續。關閉送漿泵，主機整體沿預定的方向移動225mm，重復Ⅰ樁施工程序完成Ⅱ序樁。Ⅱ樁施工程序完成進入下一單元樁施工，主機整體沿預定的方向移動1 125mm。樁機橫向平移就位調平，重復上述過程，進行下一幅單元墻施工。如此連續作業，直至工程完成。

6　防滲墻施工質量管理

6.1水泥檢測

選用“南方”復合硅酸鹽P.C42.5水泥，委托具有相應資質的單位對原材料進行檢測。合格后，經監理工程師批準用于防滲墻工程施工。

6.2防滲墻施工過程中的質量檢查

施工規范和設計圖紙對水泥土攪拌樁防滲墻的施工要求如下：

（1）按施工圖紙和試驗確定的水泥摻入比，提升、下降攪拌速度，水泥漿液比重等參數進行施工，確保施工質量。

（2）噴漿機應設有精確的漿液計量裝置，嚴禁沒有漿液計量裝置的噴漿機投入使用。

（3）攪拌機操作與供漿系統要做到密切配合，并規定明確的聯絡信號，以保證施工有序進行。控制好下沉和提升速度，以保證樁體范圍內每一深度均得到充分攪拌。施工記錄由專人負責，必須及時、正確、完整，如實反映施工過程。

（4）施工時應定時檢查攪拌樁的樁徑，成墻厚度及攪拌均勻程度，對使用的鉆頭應定期復核檢查，其直徑磨耗量不得大于2 cm。

（5）必須保證主機機身施工時處于水平狀態，保證導向架的垂直度，樁體垂直偏差不得超過0.4%。

（6）樁位偏差不得大于30mm，樁間搭接長度、成墻厚度滿足設計要求。

（7）噴漿下沉和噴漿提升的速度必須符合施工工藝要求，應有專人記錄每樁下沉或提升時間，深度記錄誤差不得大于50mm，時間誤差不得大于5 s。水泥漿在攪拌噴漿過程中不得離析，停置時間不得過長，隨噴隨攪，泵送必須連續。漿液嚴格按批準的水灰比拌制，超過2 h不用的漿液必須廢棄。

（8）在噴漿成樁過程中遇有故障而停止噴漿時，第二次噴漿接樁時，必須將攪拌頭反向搭接0.50m后，再攪拌、噴漿成樁，以防斷樁和缺漿。

（9）每幅間墻體的連接是水泥土防滲墻施工最關鍵的一道工序，在施工中嚴格控制樁位和垂直度，并做出標識，以保證幅間套接質量和墻體整體連續性。

（10）防滲墻施工質量允許偏差應滿足附表的規定。

附表　防滲墻施工允許偏差

6.3成墻質量檢查

根據深層攪拌法技術規范（DL/T 5425-2009）規定并結合本工程的實際情況，制定防滲墻成墻檢測方案如下：

（1）開挖檢查。根據施工進度，經監理見證，沿造墻軸線約每500m開挖一處，每處長（3～5）m，深（2.5～4.0）m。檢測墻體的外觀質量、樁間搭接、墻厚、樁位偏差及樁體垂直度。合格標準：墻體的外觀均勻致密無孔洞；樁間搭接、墻體厚度滿足設計要求；整體性好。

水泥土防滲墻成墻厚度0.3m。本工程水泥土防滲墻采用兩攪兩噴成墻方案，施工工藝流程為：樁位放樣—→樁機安裝、調平、定位—→水泥漿液制備—→正攪注漿下沉—→反攪注漿提升—→單元成墻、移位。為保證樁與樁之間最小搭接厚度滿足墻厚30 cm的要求，應嚴格控制移機距離和攪拌機的定位。水泥采用復合水泥，摻和量暫按10%～15%（具體摻和量應通過現場試驗確定）。

（2）鉆孔檢查。施工結束，經監理見證，委托具有相應檢測資質的單位，沿造墻軸線每隔約300m利用鉆機在樁體上鉆一孔取其芯樣，描述該芯樣的完整性、均勻性、樁長，利用芯樣進行抗壓強度、滲透系數等室內試驗。在施工28天后，采用鉆機取芯描述芯樣的均勻情況和芯樣的完整性。取樣檢驗水泥土的單軸抗壓強度、滲透系數。堤線每300m抽檢一孔，不足300m也應加抽一孔，每孔取樣兩組，取樣的部位為鉆孔的中部和底部。鉆孔必須用水泥砂漿封填密實。

（3）注水試驗。利用鉆孔進行現場注水試驗，檢測防滲墻的滲透系數。結束后，用水泥砂漿將鉆孔回填密實。監理工程師認為有必要時，可選用一種承包人所使用的不利于成墻質量的攪拌樁成墻做圍井試驗，圍井試驗主要作開挖檢查和作圍井注水試驗，圍井試驗按監理人員指示進行，檢測滲透系數。合格標準：滲透系數滿足技術指標要求。

7　結　語

水泥土防滲墻施工技術具有工藝簡單、造價相對較低、施工速度快、成墻效果好等特點，該技術施工過程中對堤防無任何破壞，并且對堤防疏松土體有明顯改善，防滲效果明顯。

參考文獻

［1］GB 50287-99.水利水電工程地質勘察規范［S］.

［2］李成柱，周志芳.堤防垂直防滲墻應用條件和防滲效果研究［J］.勘察科學技術，2006，（3）.

［3］白永年，馬秀媛，顧淦臣，等.中國堤壩防滲加固新技［M］.北京：水利電力出版社，2002.

［4］李青云，介玉新，張家發，等.長江堤防深層攪拌水泥土防滲墻設計指標探討［J］.中國水利，2002.

作者簡介：宋翼（1977-），男，研究生，高級工程師，主要從事水利水電勘測設計工作，現擔任常德市水利水電勘測設計院院長，手機：13875130303。

收稿日期：（2016-03-28）