多頭小直徑防滲墻在水庫防滲加固處理中的應用

湯傳波，劉成峰

(江蘇天源建設集團有限公司，江蘇 淮安 211700)

1 水庫概況

G水庫建設在淮安市盱眙縣龍王山水庫上游的維橋河流域，該流域為淮河干流，長19.4km，流域比降0.0045，匯水面積35.9km2。設計洪水位和校核洪水位分別為60.75m和61.76m，水庫總庫容2598×104m3，興利庫容1675×104m3。G水庫大壩長850m，包含防浪墻在內的壩頂寬8.0m，壩頂高程63.0m，為均質土壩。迎水面坡比1∶3，背水面增設戧堤，堤頂高程59m、堤頂寬14m，戧堤上下坡比均按1∶2.5設計。該水庫建成于20世紀60年代，2009年進行了水庫除險加固處理，2019年所進行的常規性水庫運行安全情況檢查中發現，該水庫壩頂安全超高不足、壩體混凝土護坡破損坍塌、混凝土結構疏松、壩基滲漏、壩后積水管涌等問題，且被評定為三類壩，亟待防滲加固處理。

2 防滲加固方案

2.1 方案比選

考慮到該水庫大壩建設年代久遠，施工條件差，壩身下部局部壓實度差，為此應對該水庫大壩進行垂直防滲加固。垂直防滲加固的工程措施主要有高壓定噴防滲墻、塑性混凝土防滲墻、黏土劈裂灌漿防滲墻、沖抓套井回填黏土及多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻等。其中，塑性混凝土防滲墻技術成熟，但施工成本高；高壓定噴防滲墻墻體厚度小、工程量小，搭接厚度不足，鉆孔易偏斜，接頭處防滲質量差；黏土劈裂灌漿防滲墻施工對壩體存在較大損傷[1]。

綜合考慮水庫大壩防滲加固各類工程措施優劣的基礎上，從技術可靠性及造價節省性兩個角度提出該水庫防滲加固方案，并進行比選。

方案一：沖抓套井回填黏土加固方案。長1.85km的黏土井柱防滲墻沿水庫大壩壩軸線設置，并按照單排孔造墻，沖抓孔設計孔徑1.2m、孔距0.8m、設計厚度0.89m，孔底高程和防滲墻頂高程分別為38.5-41.5m和49.5m，黏土防滲墻總建筑面積為2.063×104m2。回填土料采用黏粒含量35%-55%、含水量20%-30%、內摩擦角≥20°、飽和快剪凝聚力20-30kPa、干密度≥1.6g/cm3、垂直滲透系數不超過10-6cm/s的非分散性土料。

方案二：多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案。通過特制小直徑深層攪拌樁機將水泥漿液噴進軟弱土體，強制攪拌后使水泥漿和周圍土體固結為水泥土墻，達到截滲的加固效果。根據加固要求，該防滲墻墻頂高程應比校核洪水位高出至少0.3m，故其墻頂高程應至少為62.06m，墻底伸入壩基原狀土以下2.0m，所建造的防滲墻長1.85km，總建造面積2.063×104m2。

沖抓套井回填黏土及多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻兩個方案防滲加固工程量一致，均為2.063×104m2，投資額分別為326.8萬元和139萬元。綜合比較截滲效果和投資額，本水庫選用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻加固措施。

2.2 防滲墻技術原理

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻加固技術是基于單頭及雙頭直徑深層攪拌樁而發展起來的，該技術主要通過特制小直徑深層攪拌樁機雙驅動力裝置，使多個鉆桿并行轉動，并使鉆頭在土層內持續推進至設計深度；在鉆進的同時，由高壓泥漿泵將事先制備好的水泥漿液噴入土層內，通過持續攪拌使漿液與周圍土體形成水泥土防滲墻，固結后起到截滲加固效果。該技術主要以水泥為固化劑，借助機械可實現對地基深處軟土和漿液的深層攪拌，并使土體與漿液發生充分物化反應，使其固結為整體性、穩定性良好的帷幕結構[2]，達到增強軟土地基滲透穩定性的作用。

實踐經驗證明，多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻加固技術以水泥土為主要的防滲加固材料，對于黏土、粉土、淤泥質土、砂土以及礫石直徑在0.05m以下的砂礫土等土層均具有普遍適用性；甚至對架空、滲漏通道、松散夾層等特殊結構土體也可施工，且施工過程并不干擾水庫正常蓄水。多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻成墻厚度可達到300cm以及上，且連續均勻，滲透系數通常可保持在10-6cm/s以下，抗壓強度≥1.0MPa，攪拌樁間及樁單元間搭接長度均至少為100cm；抗滲性能好，完全可滿足平原水庫防滲加固要求。

3 多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工

3.1 技術要求

該水庫壩體多頭小直徑防滲墻加固施工使用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，摻加量按照15%控制，并將墻體有效厚度控制在0.2m；水泥漿液的制備必須嚴格依據現場攪拌實驗所確定的水灰比、土體類型及土料含水量，且水灰比應控制在1:2以上。攪拌樁施工機械行走到設計孔位后使其攪拌軸對中，誤差控制在20mm以內，并確保機械搭架垂直。勻速展開攪拌、輸漿、下沉、提升等施工操作，確保成樁過程的連續性，嚴格按施工圖要求控制樁體搭接厚度，并定期檢查鉆頭的磨損程度，鉆頭直徑磨耗量應控制在15mm以內。

3.2 施工工藝

該水庫多頭小直徑攪拌樁防滲墻施工采用鉆桿間中心距320mm、樁徑400mm、搭接處城墻厚度最小為240mm的SP-5F五頭小直徑水泥土攪拌樁機，該樁機移動支撐支點與立柱導桿挖掘攪拌裝置垂直，回轉動力主要通過數根掘削攪拌軸傳遞至底層的挖掘頭，并由1#、3#、5#孔輸送漿液，2#、4#孔送氣，在一次鉆進、一次提升的操作方式下由小直徑深層攪拌樁機將水泥漿液噴入土體中，并旋轉鉆頭攪拌后使基土與水泥充分混合并達到均勻狀態，最終成墻。該技術所形成的拌和體抗壓強度比原基土高，且整體性、水穩性、滲透性均更優。將樁體互相搭接成一列便形成截滲作用良好的連續防滲墻體。施工流程具體見圖1所示。

3.3現場取芯

現場試驗采用三種配合比：水泥摻量15%、5%水泥摻量用等量粉煤灰取代(即10%水泥+5%粉煤灰)、5%水泥摻量用15%粉煤灰取代(即10%水泥+15%粉煤灰)。以上配比各施工兩個幅段，共施工六個幅段，施工樁長10m。到達設計齡期后在各施工幅段分別進行鉆孔取芯，芯樣編號為X1、X2、X3、X4、X5、X6，通過芯樣進行攪拌樁樁身完整性、均勻性、滲透性等的檢驗。初步判斷結果顯示，全部攪拌樁均成型良好，樁身呈順直、堅硬的圓柱體，表面光滑，色澤均勻。

根據現場取芯室內試驗結果，水泥土試樣在齡期為28d時僅X2試樣滲透系數略高出5.0×10-6cm/s外，其余試樣滲透系數均在5.0×10-6cm/s以下，且齡期越長，試樣滲透系數越小，水泥土滲透性降低，防滲性能越好[3]，故該水庫工程水泥土配合比符合壩體防滲加固設計要求。

該水庫壩體多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工開始于2020年8月，于次月完成施工，次年4月通過主管單位竣工驗收，大壩壩體防滲加固效果良好。

(a)第一幅號挖掘攪拌 (b)第二幅號挖掘攪拌 (c)第三幅號挖掘攪拌 (d)施工完成

4 結 論

綜上所述，多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻加固技術在水庫大壩除險加固中應用十分成功，使壩體滲漏問題得到有效解決，且通過摻加粉煤灰取代部分水泥，既能提升防滲加固體抗壓強度、增強其防滲效果，還能節省工程投資。為保證該技術在水庫除險加固方面的推廣應用，應增強對多頭小直徑防滲墻體厚度、抗壓強度、滲流場及滲透系數等方面的分析研究，以提升技術的適用性和應用效果。