深層攪拌水泥土防滲墻在小海子水庫除險加固工程中的應用

【摘要】在我國的西北地區，受地理環境及地質條件的限制，對深層攪拌防滲墻施工工藝的科學研究和實際運用相對較少。在高臺縣小海子水庫下庫北壩處理時，筆者有幸參與了深層攪拌防滲墻施工，對施工全過程進行了詳細的描述。

【關鍵詞】水庫；深層攪拌法；防滲墻；質量檢測

引言

深層攪拌法是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深部將軟土和固化劑強制拌和，促使混合體內發生一系列的物理～化學反應后，形成具有整體性、穩定性和一定強度的水泥加固土，從而改善了基礎的物理力學性能，提高了地基承載力，達到加固軟土地基的目的。根據結構的要求，加固體可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種不同的加固形式。深層攪拌機按攪拌頭的數量，分為單頭、雙頭和多頭等不同類型。攪拌軸一般由內、外雙層管組成，外管下端安裝有攪拌頭，上端與立架的起吊設備相連，并由電動機帶動旋轉，內管供輸送水泥漿等介質。

1、工程概況

高臺縣小海子水庫位于甘肅省張掖市高臺縣南華鎮小海子村，為一座旁注式平原洼地水庫。水庫始建于1958年，歷經數次續建、修復、加固加高處理后，形成現在的上、中、下三個庫，水庫總庫容為1048.1萬m3，為中型Ⅲ等工程，承擔著友聯灌區的南華、駱駝城、巷道、宣化、黑泉等5個鄉（鎮）、48個行政村、2個國營農場共計10萬畝農田及林草地的灌溉調蓄任務。下庫北壩長4803m，壩頂寬度5m，壩頂高程1370.5m，最大壩高8.67m，上游壩坡為1：2.25，下游壩坡為1：2，壩體為壤土填筑均質壩。本次加固的重點是下庫北壩，利用深層攪拌法施工工藝，在壩體內形成一道懸掛式防滲墻，將壩體與壩基連成統一的防滲體，有效延長滲徑，減少滲水通道和滲透破壞。

2、加固方案選擇

根據下庫北壩壩體滲流數據分析，在正常蓄水位下，壩體部分鋪蓋缺失，壩后排水溝普遍離坡腳較近，并經過屢次的挖深，排水溝已切入粉質粘土層面以下1.5～2.1m，以下0.5～1.5m左右的粉質粘土層結構疏松、薄弱，將會逐漸發展成為滲流出口；下庫大壩填筑質量差，壩體平均壓實度0.93，平均滲透系數為5.09×10-4cm/s，易溶鹽含量平均值為4.43%，均難于滿足規范要求，存在壩體、壩基滲漏安全隱患；下游壩坡存在鼓起疏松、返堿泛白，壩頂及壩坡存在縱向裂縫及獸穴。

為了解決上述問題，當地水行政主管部門、流域管理部門及設計單位擬定了多種加固處理方案，包括高壓噴射灌漿、旋噴樁連續墻、深層攪拌防滲墻、用土工膜延長上游鋪蓋等方案。綜合分析比較后，確定對下庫北壩段壩體、壩基采用深層攪拌地下連續防滲墻處理，處理方案工程造價低，工期短，處理效果可以滿足壩體防滲要求，還能有效降低沖刷破壞。

深層攪拌地下連續防滲墻布置在下庫北壩壩頂軸線處，長度為4803m，墻體軸線距壩頂上游邊緣距離2.5m。大壩壩頂高程為1370.80，防滲墻頂部高程為1369.2，鑒于各段壩基粘土層層厚不同，并根據滲流分析結果確定，在樁號0+000～1+200段防滲墻自壩底起深入粘土層以下2m，在樁號1+200～4+803段防滲墻自壩底起深入粉砂層以下2m。

深層攪拌地下連續墻施工選用三頭設備，裝配3根攪拌軸，軸間距320mm，攪拌頭直徑440mm，一次形成深層攪拌地下連續墻單元墻長度960mm，每一單元墻體有效長度為910mm。同一單元內樁體間搭接寬度不小于120mm，單元與單元樁體間的搭接寬度不小于170mm，理論最小墻體厚度為306.18mm，即最小墻體（搭接部位）厚度不小于300mm。

3、施工準備

3.1先導孔

工程施工前，根據設計要求完成先導孔的鉆孔施工，復核地質勘察資料的準確性，確定深層攪拌防滲墻底部高程、水泥摻入量和水灰比等參數。先導孔采用150型地質鉆機施工，孔間距50m，共布置96個先導孔。先導孔的深度應深入相對隔水層不小于5.0m，或深入設計的防滲墻底高程之下不小于5.0m。

3.2成墻試驗

根據設計要求，在壩體附近選擇一處同等地質條件的空曠區進行成墻試驗，驗證深層攪拌防滲墻施工工藝的適用性，確定適合本工程地質條件的水灰比、漿液比重、提升速度、旋轉速度等施工參數，為工程施工做好準備。試驗過程中各項技術指標控制如下：

3.2.1孔位控制：為確保搭接長度、墻體厚度及整體性，放一條平行于設計地下連續墻體軸線的輔助線，根據樁孔距、搭接要求，制作孔位放樣標尺，設備按定位標尺移位，使樁位偏差不大于10mm，滿足設計要求。

3.2.2墻體垂直度控制：施工前，用經緯儀校正設備塔架的垂直度，并在設備底盤上的三根連通管上做好刻度標記，確保施工時墻體垂直偏差不大于0.3%。

3.2.3攪拌頭控制：攪拌頭的直徑不小于設計要求，施工時攪拌頭直徑偏差不大于10mm，定期進行檢查，超出偏差范圍及時進行更換。

3.2.4深度控制：設備安裝深度儀，嚴格按照施工圖紙要求控制下鉆深度、噴漿面、停漿面，確保地下連續墻深度達到設計要求。

3.2.5漿液控制：嚴格按照批準的水灰比配制水泥漿，水泥漿液應隨配隨用，灰漿攪拌機應不間斷攪動，若停止則時間不得超過4小時，且漿液不得離析，否則作廢漿處理。

3.2.6輸漿控制：輸漿時精確記錄輸漿量，并使漿液泵送連續，應保證水泥漿液濃度并使之與攪起的泥土充分攪拌，使在下沉和提升過程中孔口始終微微翻漿。

3.2.7速度控制：下沉和提升速度符合施工工藝要求，根據地層情況控制下沉速度，一般在0.8～1.2m/min，提升速度控制一般控制在0.8～1.5 m/min范圍內，提升速度要和輸漿量匹配且輸漿連續。

4、深層攪拌防滲墻施工

4.1施工工藝

4.1.1樁機定位：深層攪拌樁機移至指定樁位，對中、調平、校正塔架垂直度，進行設備的地面試運轉，檢查管路、線路、儀表等完好情況。

4.1.2制備漿液：按試驗室指定的水灰比進行漿液的制備。水泥采用P.SMR 42.5中抗硫水泥，配制時準確計量，攪拌均勻，攪拌完成后存入儲漿桶內待用。當氣溫在10℃以上時，漿液存放時間不得超過3h；當氣溫在10℃以下時，不超過4h；漿液存放時控制漿體溫度在5～40℃范圍內。

4.1.3攪拌下沉：啟動攪拌樁機，使主機動力裝置帶動鉆桿轉動，開啟灌漿泵和記錄儀，按確定的下沉速度攪拌下沉至設計要求的高程。

4.1.4攪拌提升：樁機攪拌下沉至設計要求墻底高程后，在墻底攪拌，待孔口返漿正常時，按確定的速度提升至設計要求的墻頂高程，停漿面高于墻頂高程30～50cm為宜。

4.1.5樁機縱移：完成上一個單元墻的施工后，樁機沿墻軸線方向縱移，每次縱移長度91cm。樁機移位到下一個單元墻的位置后，人工用放樣標尺復核樁位，無誤時即可開始本單元墻的施工，如此往復形成連續的水泥土地下防滲墻。

4.2特殊情況處理

4.2.1因故停工：停工時間較短恢復施工時，能下沉到原施工停漿面0.5m以下，可重新攪拌提升；若停工時間較長恢復施工后，無法下沉至停漿面以下0.5m時，采用下一單元墻處理時，在上一單元墻的一側或兩側同時布置搭接施工。若停工時間超過24小時且無法用攪拌搭接法處理時，采用高噴灌漿自下而上噴漿至停漿面以上50cm。

4.2.2接頭處理：前一作業面的單元墻與后續作業面單元墻搭接處間隔時間很長，無法進行搭接時，下一單元墻施工前與已施工完的單元墻預留一定距離（70-90cm），然后采用高壓擺噴灌漿，按設計墻底和墻頂高程進行搭接處理。

4.2.3斷樁處理：施工中出現斷樁時，導致原樁位無法進行復攪下沉施工，可采用相應處理辦法，即在對應斷樁處進行鉆孔，采用高壓旋噴灌漿處理。處理高程范圍為斷樁底高程以上0.5m處到斷樁設計墻底高程以下0.5m，同時，沿深攪墻軸線樁間凈距平移30mm，進行下一根深攪單元墻施工，待水泥土攪拌墻有一定強度后，在30mm處用鉆機鉆孔至斷樁底高程，然后采用水泥砂漿進行全孔灌漿。深攪墻斷樁處的高噴施工按正常高噴布孔施工。

4.2.4遇障礙物的處理：施工中，如遇到地下障礙物（埋石等）無法下沉時，障礙物埋深較淺時，直接挖出后回填繼續施工，障礙物埋深較深時，在遇障礙物處進行鉆孔高壓旋噴灌漿處理，處理高程范圍為遇障礙物處高程以上0.5m處至水泥土防滲墻設計底高程段。

5、施工質量檢測

高臺縣小海子水庫加固施工完成后，為了有效檢驗防滲墻的完整性和連續性，根據項目質量評定及施工驗收規范的要求，建設單位、施工單位共同委托第三方檢測單位完成本項目的施工質量檢測。檢測單位按照委托事項，編制了檢測方案，經現場監理工程師批復后，對本項目的施工質量進行了全面檢測工作。

工程質量的檢測采用開挖檢測法、鉆孔取芯檢測法、探地雷達無損檢測法等多種方法進行，檢測區域根據檢測方法的不同，均衡布置在施工壩段。檢測數量按施工數量5%控制，質量檢測在防滲墻達到28d齡期后進行。

5.1開挖檢測法

開挖檢測對壩體會具有一定的破壞性，因此開挖檢查布置了共5處。開挖前查詢原始施工記錄，將開挖段盡量布置在施工中出現停漿、復攪及搭接處理等特殊情況的地段。開挖采用小型挖掘機輔以人工進行，開挖深度控制在壩頂以下2.5m以內，盡量減少對壩體的人為傷害。

5.2探地雷達無損檢測法

探地雷達是一種具有高分辨率的物探探測技術，廣泛應用在深度小于30m工程勘察領域，可對地下淺部埋藏的目標體進行檢測。水泥土防滲墻與周圍介質存在一定的物性差異，這就為適用探地雷達探查防滲墻的連續性提供了良好的條件。探地雷達檢測共分段布置了8處，每處的檢測長度為50m。

5.3鉆孔取芯法檢測是直接檢測深層攪拌樁的樁身完整性最為直觀和最為真實的手段。通過鉆孔取芯將水泥土芯樣完整地取出地面，直觀鑒定樁身的均勻性、顏色及樁長是否達到設計值，并對芯樣可以送試驗室檢測無側限抗壓強度、滲透系數等性能指標。取芯鉆孔共布置了10個，均勻布置在0+500～3+500段的壩體上。

通過多種方法的綜合檢測，工程質量最終確定為合格。綜合檢測評定認為，地下防滲墻的搭接寬度、墻體有效寬度均勻一致，墻體質量較好，不存在內部空洞、孔隙等質量問題，鉆孔取芯基本完整，單元樁與單元樁間搭接良好，部分單元樁的孔斜超出控制值，但仍在符合質量范圍內；墻底界面明顯，界面（樁底）深度滿足設計要求，個別樁體存在不密實現象，但不影響正常使用。防滲墻樣品試驗室檢測數據表明，墻體滲透系數在4.51×10-7～9.03×10-7cm/s間，抗壓強度在0.36～0.51Mpa間，滿足設計要求。

6、結束語

小海子水庫下庫北壩經過深層攪拌水泥土防滲墻處理后，壩基的防滲性能顯著提高，據水庫管理站日常觀測數據顯示，壩后的地下水位明顯下降，排水陰溝的水流量明顯減少，防滲墻的施工，有效地消除了壩體與壩基間的滲漏通道，延長了壩基的滲徑。通過近一年來的觀察，原來在壩外側坡腳生長旺盛的白楊樹、紅柳等植物，由于地下水位的下降，出現了樹木枯萎死亡現象，并且范圍持續擴大。相關的數據及現象同時驗證，深層攪拌水泥土防滲墻在高臺縣小海子水庫除險加固工程中是成功的。

參考文獻：

[1]黨安強， 黃宜更， 蘇漢民. 多頭小直徑深層攪拌樁水泥土截滲墻技術在東平湖水庫圍壩除險加固工程中的應用[J]. 山東水利科技論壇， 2006（00）： 199-201.

[2]劉日海. 水泥土深層攪拌樁在塘馬水庫加固工程中的應用[J]. 西部探礦工程， 2006（10）： 67-68.

作者簡介：汪生琪，出生于1974年9月，男，漢，青海省湟中縣，職稱：工程師，學歷：本科。主要研究方向：水電工程施工管理。