淺談深層攪拌樁在堤基防滲中的應用

許果林

摘 要：岳陽縣六合垸2+500～2+900堤段管涌滲漏處理工程堤基存在4.0～5.0m的卵礫石中粗砂層，防滲采用深層攪拌樁連續墻。這在新墻河堤基防滲中屬首次試驗，故通過室內試驗確定水泥摻入比為16.5%，防滲墻樁徑不小于50cm，樁距35cm，樁體傾斜誤差小于0.5%，樁徑誤差小于3cm，施工中采用機械是PH-5A攪拌樁機。施工中，著重對樁徑、樁距、樁體垂直度、樁長進行控制，此外，通過對防滲墻檢測，各項指標均滿足設計要求。

關鍵詞： 深層攪拌樁 卵礫石砂層 堤基防滲 防滲墻

深層攪拌樁在施工工藝上分噴漿及噴粉，主要用于加固軟土地基，以提高地基承載力，80年代中后期該施工方法已用于基坑開挖的支護和防滲結構（檔土墻），該方法具有造價低、工效高、無污染等特點，岳陽縣六合垸2+5～2+900堤段新墻河堤基存在4.0～5.0m厚的砂石粗砂層，堤內每當洪水期則產生管涌，由此需做防滲處理，通過深層攪拌樁施工后，取得了良好的防滲效果，并治理了堤內的管涌。本文主要介紹深層攪拌樁施工工藝應用于卵礫石粗砂層防滲的設計施工及效果，以便于本工藝在卵礫石砂層防滲中應用及推廣。

一、工程概況及地質概況

1.1工程概況

岳陽縣六合垸2+500～2+900堤段位于岳陽縣城郊的新墻河畔，近幾年來一直受到長江及洞庭湖洪水的嚴重困擾。幾度發生管涌險情愈來愈烈，威脅新墻廣大人民的生命財產安全。根據險情情況，采取深層攪拌樁進行處理，堤段處理長度為400m。

1.2地質概況

工程區位于新墻河一級階地，廣泛地為第四紀河流沖積相堆積物所覆蓋，區內總的地勢為平坦，堤頂高程為37m，地面高程為33.5m左右，施工區內產生管涌原因主要是由于堤基下部的中粗砂，礫質粗砂、粗砂礫石。區內地層分述如下：

第一層為粉質粘土（Q4 m1），褐色，黃褐色，可塑狀，粉粒含量偏高，本層底高層為29.5～30.3m，厚為3.2～4.0m。

第二層為中粗砂層（Q4 m1），黃褐至淺黃色，松散至稍密實，多呈飽和狀態，含小礫石，礫石直徑徑1-2cm，底板高程為26.7～27.5m厚約為3m左右。

第三層為卵礫石粗砂層（Q4 m1），黃褐色，松散至稍密，呈飽和狀態，礫石含量20%～40%，礫徑多在2～4cm，其余為粗砂、礫石，底板層為24.9～25.8m，厚約為2m左右。

第四層為沙礫巖（K～E），紫紅色，直徑0.1～0.3cm的細砂及2～6cm礫石組成，質地堅硬，該層為場地基底，厚度不詳。

1.3水文地質條件

場地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水，地下水高程為（施工期間）29.5m，主要受河水位控制，含水層平均厚度約為4.5～5.0m，其中第二、三層為場地主要含水層，水量豐富，第三層滲透性最強，滲透系數為7.27×10cm/s，第二層次之為5.20×10cm/s，底部砂礫巖為相對隔水層。

二、設計及施工

2.1水泥摻入比

根據設計防滲要求，水泥土防滲標準為K≤10-6cm/s，;因攪拌樁用于防滲，首先進行室內試驗，從現場采取砂樣（密度為2kg/cm3），在飽和狀態摻入不同量水泥在室內成型，成型時選用15、18兩個摻入比，砂樣選用第二層的中粗砂，水泥為425號普通硅酸鹽水泥，成型后室內養護至28d齡期進行測試，測試項目及結果如表1所示：

表1? 水泥土試驗測試結果

水泥摻入比 滲透系數k/cm·s-1 抗壓強度R/MPa 彈性模量

Es/MPa 滲透破壞比降icr

15

18 7.6×10-7

2.6×10-7 4.50

6.64 1025

1258 >300

>300

根據設計要求及測試結果并考慮施工時噴漿和攪拌時的不均勻性因素，水泥摻入比選為16.5%，以滿足水泥土的防滲標準。

2.2防滲墻設計

根據二次試驗情況確定防滲墻設計參數如下：（1）樁徑Ф≥50cm，樁距35m，樁與樁搭接為15cm，搭接部分墻厚應≥30cm，防滲墻伸至基巖面;（2）樁體傾斜誤差≦0.5樁位誤差≦3cm;（3）加加固劑為425號普通硅酸鹽水泥;（4）施工工藝采用噴漿法，水灰比為1：1.0

2.3施工工藝

深層攪拌樁截滲墻施工采用PH-5A攪拌樁機，具體工藝流程為：定位→將水泥過篩入攪拌池，按設計水灰比配制漿液→下沉噴漿攪拌至基巖面，原地旋轉數秒→上提噴漿攪拌（1.5m）→下沉攪拌至基巖面→上提噴漿攪拌至地地面。水泥摻入量按摻入比16.5%計為65kg/m，水灰比為1：1.0，平均噴漿量控制在85-901/m之間，為降低損耗，保證施工質量，需控制攪拌下沉及提升速度。

2.4施工概況

施工時防滲墻頂高程為33-33.5m，樁長為8.0-9.3m，施工于2004年2月10日開始，2004年3月10日結束，2臺樁機共完成防滲墻3400m2，深層攪拌樁1143根，總進尺9714m，平均噴入水泥63.8kg/m。

三、施工質量控制

深層攪拌樁用于水利工程防滲，防滲工程屬于隱蔽工程施工質量控制難度大，因此施工中必須嚴把材料關，提高施工人員質量意識，著重在以下幾個方面進行控制監督。

3.1樁徑控制

為保證墻體完整性，確保成樁直徑>0.50m施工中規定鉆頭直徑不得≤50cm，由于堤基地層為含粒中粗砂，磨損鉆頭嚴重，質檢人員需要經常抽檢鉆頭直徑，保證成樁直徑。

3.2樁距控制

攪拌樁截滲墻由樁與樁搭接形成，設計樁距為35cm，但由于孔口返漿嚴重，往往履蓋樁位標志，造成定位困難。樁位誤差大，這不但影響施工質量，也影響施工成本，為此采取如下措施控制樁距：（1）在壩軸線上灑白灰，每7m為一段，每4根一組，在段、組、樁位處布設不同標志，分組控制，同時在樁機旁設平行軸線線繩，使樁機緊貼該線移動，在工作平臺上固定刻度（同樁距）在底層固定標尺，利用上下層相對移動確定柱位、樁距;（2）在樁機旁平行中心壩線灑白灰確定大壩具體樁號，使樁機操作手明確圖紙上的樁位與實際位置的誤差并及時修正。

3.3樁體垂直度控制

樁體垂直誤差直接影響底部樁與樁的搭接質量，一般樁頂部樁位用設計樁距來控制，而底部僅能通過樁體垂直度來控制，同時保證墻體不產生滲透破壞，底部厚度不能小于臨界值，所以施工中必須嚴格控制樁機垂直度，施工前用水平尺、水準儀及重錘校核樁體垂直度，確保垂直誤差控制在0.5%范圍內，以保證墻底搭接部分厚度。

3.4樁長控制

為了提高防滲效果，樁底必須與基巖接觸，從施工參數到樁機各種反應綜合判斷鉆頭是否與基巖接觸，確保墻體與基巖接觸。

四、滲透檢測

4.1開挖檢查

為檢查樁身質量及樁間搭接情況，進行開挖：（1）基坑開挖深度5.4m，發現墻體膠結良好，外觀似水泥砂漿;（2）樁與樁之間連結緊密，樁位誤差在允許范圍內，墻體完整，輪廓清晰，表面光滑，無漏水或滴水現象，墻體防滲效果良好。

4.2鉆孔取樣檢驗

本工程隨機選取攪拌樁體，進行鉆孔取樣，并進行壓水試驗根據鉆探取樣統計資料可知：表層巖芯成柱狀，巖芯采取率為50%-60%;4.0m以下很堅硬，一般巖芯成柱狀，長度30-60cm，巖芯采取率為70%6-80%，選擇樁體在不同地層試樣進行室內測試，測試項目及結果如表2所列。

表2? ?墻體室內試驗測試結果

土質 滲透系數/cm·s-3 無側限抗壓強度

/MPa 強度模量

/MPa 滲透破壞比降

#9孔 2.6×10-6 2.0 1250 275

#5孔 7.3×10-6 3.8 1368 290

#7孔 3.1×10-6 6.8 2160 320

4.3防滲墻體壓水試驗

本次防滲墻樁體壓水試驗共做8組，注水試驗2組，每組試驗分樁體及樁與基巖接觸帶兩段，第一段鉆孔不打穿柱底（一般留0.5～1.0m），進行壓水試驗（止不住水改為注水試驗），確定樁體滲透系數及吸水率;第二段打穿樁底進行壓水，確定樁體與基巖接觸帶的綜合滲透系數，計算樁體與基巖接觸帶（結合部）滲透系數時，第二段壓入水量應扣除樁體的吸水量（由第一段相應壓力時的吸水率與第二段樁體長度確定），根據剩余水量按剩余試段長度，計算結合部滲透系數。

因樁體齡期短，抗拉強度低，試驗壓力僅取0.09MP及0.10mPa，壓水試驗操作嚴格按《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程》執行，壓水試驗、注水試驗結果如表3所列。

表3墻體檢測試驗成果

種類 樁體平均進灰量/kg·m-1 齡期/d 滲透系數/cm·s-1

樁體 結合部 綜合

壓水試驗 65.2 35～50 3.87×10-6 4.11×10-3 1.86×10-1

注水試驗 64.6 35～50 9.1×10-7 3.53×10-6 3.15×10-4

五、防滲效果評價

經鉆探檢測，樁體巖芯采取率為509%0-60%，下部（主要分布在40m以下中粗砂層部分）可達70%-80%，巖芯致密堅硬，一般長為30～60cm，從部分開挖情況觀察，樁體外形完整，有強度較硬。

經現場試驗，墻體滲透系數為381×10-6cm/s，結合部滲透系數為4.11×10-5cm/s，綜合滲透系數為1.86×10-5cm/s，注水試驗結果一般比壓水試驗低5～10倍，而壓力水試驗壓力與實際工程運行水頭壓力相近，所以壓水試驗結果比較真實可靠，接近實際。

現場開挖驗證說明深層攪拌樁連接緊密，外形完整，樁體輪廓清晰，無滴水、漏水現象，防滲效果良好，經鉆探取樣進行室內測試，墻體滲透系數為10-6～10-7cm/s，無側展抗壓強度大于2.0MPa，彈性模量大于100MPa，滲透破壞比降大于270，各項指標滿足設計要求。

結 語

目前，堤基防滲手段主要有堤外粘土鋪蓋、堤基垂直防滲、堤內壓重、堤內排水減壓井等等，通過本工程的施工，從技術、經濟方面比較，水泥攪拌樁是既經濟又有技術保障的防滲手段之一，值得推廣。

參考文獻

[1] 王和富.小議水利工程防滲加固中應用多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術[J].科技資訊，2016（04）：95--97

[2] 劉榮東.多頭深層攪拌防滲墻技術及實際應用[J].山西建筑，2016（08）：150--151

[3] 趙德龍.多頭小直徑水泥土攪拌樁防滲墻在八條路水庫除險加固工程中的應用[J].陜西水利，2017（3）：101—102