高壓旋噴樁墻截滲技術(shù)在長虹水庫土壩加固中的應(yīng)用

□ 蘇炳煌

一、工程概況

安溪縣長坑鄉(xiāng)長虹水庫主要是以灌溉為主，結(jié)合養(yǎng)殖等綜合效益的?。ㄒ唬┬退畮?。該水庫建于1958年，至今已使用了55年。水庫下游保護人口2.8萬，保護農(nóng)田0.8萬畝，設(shè)計灌溉面積0.5萬畝，實際灌溉0.49萬畝，水庫還會影響安溪至長坑公路和一座大橋的安全。2009年對水庫大壩進行安全鑒定：滲流安全被定為C級，類別定為三類壩。可以說水庫長期運行都帶著一定的危險，因此除險加固十分必要。

工程地質(zhì)特性：主壩在施工的時候，沒有徹底的清基，并且在防滲處理方面也存在著問題。壩體沒有進行均勻的填筑，夯壓不夠密實，填筑材料含大量石英質(zhì)中粗砂，質(zhì)量達不到要求。沒有徹底處理壩基的結(jié)果是出現(xiàn)透水層，特別是在岸坡接觸地帶和壩體與壩基的接觸地帶滲漏情況比較嚴(yán)重。根據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘察，建壩壩體填土以下是河床沖積層，沖擊土層主要是一些礫質(zhì)粉質(zhì)黏土，壓縮性和透水性方面都是中等；沖擊土層的下臥層主要是一些比較厚的全風(fēng)化花崗巖，在透水性方面是中等偏弱。

二、高壓旋噴樁成墻機理及作用

一般機理：高壓旋噴樁墻防滲主要是為了對飽和粘性土地基進行加固，固化劑采用水泥等材料，然后在地基深處就地將軟土和固化劑用特制的攪拌機械進行強制攪拌，固化劑和軟土之間會產(chǎn)生一系列反應(yīng)。在這些反應(yīng)的作用下，軟土?xí)步Y(jié)成連續(xù)水泥加固土墻，具有很強的整體性、抗?jié)B性和水穩(wěn)性等，并且還具有一定的強度，實現(xiàn)提高地基強度的目的。墻體截滲技術(shù)即深層攪拌樁技術(shù)，為的是讓防滲體作用充分發(fā)揮，減少滲漏量，避免出現(xiàn)因為滲透而發(fā)生的變形和破壞現(xiàn)象。

加固機理：水泥的水解和化學(xué)反應(yīng)，在一定活性介質(zhì)的作用下，會出現(xiàn)水泥的水解和水化反應(yīng)，其中水泥土的強度非常緩慢且增長。如果加固軟土采用的是水泥方法，那么軟土中的水就會和水泥顆粒表面的礦物發(fā)生一些水解和水化反應(yīng)，從而生成一些化合物。

土顆粒與水泥水化物的作用：在水泥中生成了各種水化物之后，有些就會一直硬化，從而生成水泥石骨架；有些則繼續(xù)與周圍的黏土顆粒進行反應(yīng)。具有一定活性的粘土結(jié)合到水就會將膠體特征表現(xiàn)出來，土中含有二氧化硅，遇水之后經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)就會形成硅酸膠體顆粒，那么粘土表面的鈉離子和鉀離子就可以與水泥水化物中的氫氧化鈣進行當(dāng)量吸附交換，這樣較大土團粒就會取代原來的小土顆粒，從而有效的提高土體強度。水泥水化之后產(chǎn)生的凝膠粒子的表面積要比原水泥顆粒大上很多，這樣就會產(chǎn)生有強烈吸附活性的表面能，從而有效結(jié)合較大的土團粒，形成的水泥土團粒結(jié)構(gòu)可以將各土團的空隙封閉起來，形成的連結(jié)體非常堅固，從而大大提高水泥土強度。隨著水泥水化進一步反應(yīng)，溶液中如果析出了超過離子交換需要量的離子數(shù)量，那么在堿性環(huán)境下，就會與粘土礦物發(fā)生反應(yīng)，生成一種穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，因為它不會溶于水，所以就會實現(xiàn)水泥土強度的提高。慢慢的，網(wǎng)狀構(gòu)造就會在水泥土中出現(xiàn)，互相分叉連結(jié)，從而出現(xiàn)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

三、高壓旋噴樁墻截滲工程設(shè)計

確定截滲范圍：本水庫壩頂大約115m，本次加固進行高壓旋噴防滲墻處理段大約有95m。

高壓旋噴樁墻截滲設(shè)計：本工程有著較薄的地基透水層，較淺的隔水層，建議的封閉式高壓旋噴樁墻，可以有效控制地基滲透量和揚壓力，從而避免出現(xiàn)因為滲漏而破壞地基的問題。高壓旋噴墻在本工程中是在原壩頂?shù)膲屋S線上游布置的，設(shè)計為30cm墻厚，墻頂高程設(shè)置為校核水位119.0m，最大防滲高度設(shè)置為28m，防滲墻最低處深入相對不透水層0.5m，將普通硅酸鹽水泥選為本工程的固化劑，水泥漿水灰比1.0。

四、高壓旋噴樁墻施工

施工工藝：本工程采用多頭一次性成墻工藝。為了保證墻體厚度能夠達到截滲要求，搭接長度能夠滿足施工要求，可以采用鉆頭為100mm直徑深層高壓攪拌截滲樁機，直徑是0.6m左右，采用這種工藝可以保證一次成墻長度在0.6m左右?；镜氖┕すに囀?，將主機就位，然后準(zhǔn)備一些水泥漿；調(diào)平主機；進行鉆頭下沉，在輸漿的時候攪拌，對輸漿量進行記錄；旋轉(zhuǎn)攪拌慢慢提升，到設(shè)計的墻頂時停止，然后對輸漿量進行記錄，從而第一單孔墻就完成了；將機身向前縱移，保證單元搭接長度在80mm到100mm之間，然后對前面的步驟進行重復(fù)，從而第二單孔墻完成。然后將上述的工序一直進行重復(fù)，這樣整個設(shè)計的截滲墻就完成了。

質(zhì)量控制措施：在施工的全過程中都應(yīng)該控制高壓旋噴攪拌樁的質(zhì)量，并且施工監(jiān)理也應(yīng)該貫穿在施工全程。在施工中，主要要控制鉆頭直徑、水泥漿比重、攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度,以及垂直度、成墻深度等等方面的內(nèi)容。施工單位要建立和完善相關(guān)的質(zhì)量管理制度，對進場材料進行嚴(yán)格檢查，抽檢進場材料，如果發(fā)現(xiàn)材料不合格，應(yīng)該及時的清除出去。每個班次應(yīng)該檢查量測鉆孔的間距，測一次水泥漿的比重。在通常情況下，鉆頭間距應(yīng)該在0.5m左右，控制水灰比在1.0左右。要用垂直儀將垂直度顯示出來，將其控制在千分之三內(nèi)，可以通過深度、漿量記錄儀等儀表來控制其他的參數(shù)。

墻體質(zhì)量檢查：高壓旋噴樁截滲技術(shù)的應(yīng)用時間不長，因此在質(zhì)量檢查方面還存在著一些問題，需要進一步完善，目前主要有壓水、注水試驗、埋設(shè)測壓管，物探、開挖檢測等方法應(yīng)用到了質(zhì)量檢查上，在選擇質(zhì)量檢查方法時應(yīng)該嚴(yán)格結(jié)合具體的工程情況來進行。根據(jù)本工程的具體情況，選用開挖檢測方法。等到成墻28天后，應(yīng)用淺部開挖樁頭的方法，開挖深度為3.5m。對成墻厚度、垂直度、搭接以及攪拌均勻性等情況，從開挖出的墻體中觀測出來，然后對墻體取樣，作為實驗室檢驗的樣本，通過試驗滲透系數(shù)、破壞比降以及抗壓強度，來對墻體的施工質(zhì)量進行定性分析。