小仕陽水庫水泥攪拌樁防滲工程的質(zhì)量控制

帥永波 李傳軍

(山東省水利科學(xué)研究院 濟(jì)南 250013)

1 工程地質(zhì)概況

小仕陽水庫位于莒縣縣城東北28km處的沭河支流袁公河上，控制流域面積281km2，加固后水庫總庫容1.364億m3，興利庫容0.6863億m3。水庫是一座以防洪和灌溉為主，結(jié)合發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。

2 壩基垂直截滲設(shè)計(jì)

防滲的主要目的是有效減少庫區(qū)滲漏量。同時，還可以解決下游壩腳滲透比降過大、出逸比降偏高的問題，防止壩后產(chǎn)生滲透破環(huán)及壩后浸沒。

結(jié)合壩址區(qū)工程地質(zhì)情況，壩基垂直截滲采用多頭小直徑水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)方案。水泥深層攪拌法以水泥為固化劑的主劑，通過專用的深層攪拌機(jī)械，在地基土中邊鉆進(jìn)，邊噴射固化劑，邊旋轉(zhuǎn)攪拌，使固化劑與土體充分拌和，形成具有整體性和抗水性的水泥土樁柱體，以達(dá)到防止?jié)B漏的目的。

設(shè)計(jì)成墻厚度0.3m，水泥摻入量10%，抗?jié)B系數(shù)K＜10-6cm/s，孔斜率小于0.3%，攪拌樁底部入全風(fēng)化巖0.5m。根據(jù)地質(zhì)條件與施工場地情況的不同，分別采用了“兩噴兩攪，一次成墻”與二序成墻作業(yè)的工藝。

3 水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制

3.1 多頭小直徑水泥攪拌樁試驗(yàn)

施工前結(jié)合地質(zhì)資料首先進(jìn)行了現(xiàn)場工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在具有代表性、針對性的區(qū)域。根據(jù)地質(zhì)縱剖面圖，水泥土攪拌樁選擇地層條件相同的位置進(jìn)行，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)施工參數(shù)的合理性、適用性，對防滲工程起指導(dǎo)性作用。

a.水灰比的確定。根據(jù)土體含水量，采用10% ～12%的水泥摻入量，1.0、1.5和2.0三種水灰比做了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束10天時現(xiàn)場開挖取樣發(fā)現(xiàn)，1.0水灰比的墻體夾泥現(xiàn)象嚴(yán)重，水泥土攪拌不均，成墻質(zhì)量較差。水灰比1.5、2.0取樣試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種情況均能滿足設(shè)計(jì)要求。但用1.5水灰比時，實(shí)際水泥摻入量高達(dá)20%，當(dāng)用2.0水灰比時，實(shí)際水泥摻入量略大于11%，因此最后選定水灰比為2.0。

b.鉆進(jìn)提升速度的確定。攪拌頭下鉆速度選擇0.6m/min，并且控制提升噴漿速度以保證攪拌效果。噴漿主要在下鉆提升中進(jìn)行，下鉆時根據(jù)下沉速度調(diào)節(jié)噴漿量，以微微返漿為宜，避免出現(xiàn)過量返漿現(xiàn)象。

提升速度按下式確定:

式中 v——攪拌頭噴漿鉆進(jìn)提升速度，m/min;

γd、γ——分別為水泥漿和土的重度，kN/m3;

Q——灰漿泵的排量，m3/min;

F——攪拌樁的截面積，m2;

aw——水泥摻入比;

ac——水泥漿水灰比。

c.水泥摻入量決定了水泥土的破壞比降、抗壓強(qiáng)度、變形模量，對滲透系數(shù)有著較大影響。土層中水泥摻入量取決于天然土體性質(zhì)(孔隙率、土層類別、含水量等)和施工機(jī)械的性能。

水泥摻入量按下式確定:

式中 Q——單位墻體水泥摻入量;

v——沿軸線方向每米被加固墻體的體積;

γ——被加固土體的容重;

I——水泥摻入比，該工程取10%。

供漿量按下式確定:

式中 k——水灰比;

Q——單位墻體水泥摻入量。

d.多頭小直徑水泥攪拌樁采用三頭連接方式。最小成墻厚度按下式計(jì)算:

式中 h——最小成墻墻厚，mm;

d——鉆頭直徑，mm;

s——樁間距，mm。

經(jīng)現(xiàn)場開挖檢查，截滲墻水泥土分布基本均勻，樁間搭接良好，未發(fā)現(xiàn)開叉現(xiàn)象，樁輪廓垂直度在0.5%以內(nèi)，上部和下部搭接基本一致，樁與樁搭接處最小厚度均大于200mm。證明設(shè)計(jì)參數(shù)適用于該地層，可以按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

表1～表3為單位墻體水泥摻入量。

表1 一序成墻單位墻體水泥摻入量(一)

表2 一序成墻單位墻體水泥摻入量(二)

表3 二序成墻單位墻體水泥摻入量

3.2 水泥攪拌樁質(zhì)量控制

水泥攪拌樁工程屬隱蔽性工程，施工參數(shù)技術(shù)指標(biāo)直接影響工程質(zhì)量，主要從鉆進(jìn)速度、噴漿壓力、泥漿比重、提示速度及復(fù)噴深度等工藝進(jìn)行質(zhì)量控制。

3.2.1 成樁質(zhì)量控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁與樁之間搭接長度不小于20cm，施工單元墻搭接長度不小于10cm。

a.鉆機(jī)采用ZCJ型三頭樁機(jī)施工，主機(jī)就位時應(yīng)嚴(yán)格對準(zhǔn)樁位，對樁就位偏差不大于±1cm，垂直度偏差不大于0.5%，攪拌樁機(jī)工作平臺寬度不小于5.0m，施工前對場地進(jìn)行平整夯實(shí)，確保施工期間臺車不因沉降影響攪拌垂直度。施工中采用三個連通水準(zhǔn)管或垂直度儀觀測鉆桿的兩個方向垂直度及樁機(jī)調(diào)平情況，發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時調(diào)整，確保攪拌桿在施工過程中處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。為保證樁孔不偏斜，開始入土?xí)r不宜用高速鉆進(jìn)，一般鉆進(jìn)速度不應(yīng)大于0.8m/min;土層較硬時，鉆進(jìn)速度不大于0.6m/min。

b.在確認(rèn)漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機(jī)，輸漿壓力控制在0.3～1.0MPa，并以60r/min的轉(zhuǎn)速和0.6m/min的鉆進(jìn)速度，快攪慢進(jìn)順時針方向邊鉆邊注漿，直至設(shè)計(jì)樁長。再繼續(xù)噴漿并按適當(dāng)?shù)奶嵘俣雀臑槟鏁r針方向攪拌噴漿提升，提升到設(shè)計(jì)樁頂時，停止提升，攪拌5s，以保證樁頭攪拌均勻密實(shí)。

c.為了保證形成連續(xù)、密實(shí)的防滲墻，在施工過程中控制鉆頭提升速度，加大噴漿量，以孔口微微返漿使土層盡可能吸漿飽和作為供漿控制標(biāo)準(zhǔn)。攪拌過程中，根據(jù)地層情況選擇合適鉆進(jìn)檔位，并與供漿泵密切配合，鉆進(jìn)提升過程中始終保持孔口微微返漿，供漿標(biāo)準(zhǔn)為既能滿足與鉆進(jìn)提升檔位相匹配的水泥滲入量(10% ～12%)，又能保證下部局部不密實(shí)區(qū)吃漿量大的要求，形成密實(shí)的水泥土樁，確保截滲墻連續(xù)密實(shí)完整。

d.嚴(yán)格控制噴桿下入深度，施工之前丈量鉆桿長度，用紅色油漆在鉆桿上劃樁長的明顯標(biāo)志，樁長應(yīng)大于設(shè)計(jì)深度10cm，以確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

e.施工時嚴(yán)格控制噴漿時間和停漿時間，控制好樁機(jī)的鉆進(jìn)速度、攪拌速度及提升速度。每根樁開鉆后保持連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴(yán)禁在尚未噴漿的情況下進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應(yīng)不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進(jìn)行下一根樁的施工。

f.施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時，要求整樁復(fù)攪，復(fù)噴的噴漿量不小于設(shè)計(jì)用量。如遇停電、機(jī)械故障，噴漿中斷時，應(yīng)及時記錄中斷深度。在因故停工不超過12h的，應(yīng)采取補(bǔ)噴處理措施，為防止斷樁和缺漿，將攪拌頭提升到停漿點(diǎn)0.5m以上，待恢復(fù)供漿后再噴漿攪拌。如停工40min以上，必須立即進(jìn)行全面清洗，防止水泥在設(shè)備和管道中結(jié)塊，影響施工質(zhì)量。

g.樁與樁之間擠接時間不允許大于24h，超過上述時間，最后一根樁應(yīng)空鉆留出榫頭，以確保樁間搭接。

3.2.2 漿液制備質(zhì)量控制

a.制漿使用設(shè)備為LJ—0.5雙層水泥漿攪拌機(jī)，中間設(shè)置過濾篩，制漿桶直徑1.0m，高0.5m。經(jīng)計(jì)算，扣除桶內(nèi)的攪臂等，單位高度容積為7.5L/cm，以此作為計(jì)算每盤注水及制漿量的標(biāo)準(zhǔn)。

b.水泥漿的水灰比與被加固土體的含水量、性能、機(jī)械的攪拌能力和輸漿情況等有關(guān)。試驗(yàn)表明:水泥土的性能不但取決于水泥摻入量，還取決于被加固土體的可攪拌性，即使水泥摻入量大，但未攪拌均勻，水泥土力學(xué)指標(biāo)也不理想。因此水泥土攪拌均勻十分重要，而水灰比對水泥土的均勻性起著重要作用。按設(shè)計(jì)給定的水灰比(水和水泥按重量比嚴(yán)格控制)在制漿罐中進(jìn)行拌制，備好的漿液不停地?cái)嚢瑁蛊渚鶆蚍€(wěn)定，不得離析或停置時間過長，超過2h的漿液降低標(biāo)號使用;漿液倒入集料斗時須加篩過濾，以免漿內(nèi)結(jié)塊，損壞泵體。若停置時間過長，不得使用。每盤測定漿液比重一次，對制漿量及比重做詳細(xì)記錄。

c.泵送漿液前，管路要保持潮濕，以利輸漿。泵送漿液過程中，泵的壓力必須足夠和穩(wěn)定，用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.3～1.0MPa，并使攪拌提升速度與輸漿速度保持同步。供漿必須連續(xù)，拌和必須均勻。如遇到漿液硬結(jié)堵管，必須立即拆卸輸漿管道，清洗干凈。

3.3 施工質(zhì)量監(jiān)控

為保證攪拌樁工程的施工質(zhì)量，采用SJC水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測系統(tǒng)對整個施工過程進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)用該系統(tǒng)，施工操作人員在施工過程中可以有效掌握注漿量的分布狀況，及時做出相應(yīng)處理，控制成樁質(zhì)量，有效減少材料浪費(fèi)，杜絕斷漿情況的出現(xiàn)。

BJZC—JS—1B型水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測系統(tǒng)由安置在機(jī)柜中的SJC型水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測記錄儀、安裝在鉆機(jī)上的深度測量裝置和串接在漿管中的流量測量裝置三大部分組成。在鉆機(jī)平臺上選擇合適處斷開出漿管，將流量裝置串接進(jìn)去，使該裝置上箭頭所指方向與水泥漿實(shí)際流動方向一致。在鉆機(jī)平臺上選擇合適處鉆孔，通過羅紋連接，將位移裝置的支柱牢固地固定在鉆機(jī)上，并保證鋼索正好處于傳動輪與壓輪的中間。操作時，首先設(shè)置好漿量、樁長等各項(xiàng)參數(shù)，按規(guī)定進(jìn)行操作，保證成樁資料的打印。深度測量裝置注意防銹，每次使用完需擦拭干凈并涂上潤滑油;流量測量裝置每次使用完也需擦拭干凈，水泥漿管內(nèi)需用清水沖洗干凈。

4 嚴(yán)格質(zhì)量控制，達(dá)到預(yù)期效果

水泥攪拌樁作業(yè)期間，噴漿記錄以自動記錄儀為主、手工記錄為輔，確保原始記錄資料齊全、清晰、準(zhǔn)確，能真實(shí)反映噴漿全過程的實(shí)際狀況。通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和技術(shù)保障措施，水泥攪拌樁達(dá)到了預(yù)期的效果。截滲墻在成墻后15天后進(jìn)行開挖檢驗(yàn)，每500m開挖一處，開挖深度大于2.5m，長度3～5m，測量墻體中樁的垂直度偏差、樁位偏差、樁頂高程、墻體厚度，觀察攪拌均勻程度、成墻質(zhì)量，檢查墻體搭接和墻體傾斜情況，測量兩樁之間搭接值。以上檢測項(xiàng)目均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。在防滲墻中鉆孔取得水泥土芯樣，室內(nèi)養(yǎng)護(hù)到28天，做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲透試驗(yàn)，取得抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)和滲透破壞比降等指標(biāo)。滲透系數(shù)分別為8.84×10-7cm/s、9.25 ×10-7cm/s、1.07×10-6cm/s、1.21 × 10-6cm/s，抗壓強(qiáng)度為 1.2MPa。各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制，達(dá)到了預(yù)期效果，截滲墻有效地阻止了壩基滲漏，保障了水庫正常蓄水和安全運(yùn)行?！?/p>