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(yīng)用

【摘要】在我國的西北地區(qū)，受地理環(huán)境及地質(zhì)條件的限制，對深層攪拌防滲墻施工工藝的科學(xué)研究和實際運(yùn)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(jìn)行了詳細(xì)的描述。

【關(guān)鍵詞】水庫；深層攪拌法；防滲墻；質(zhì)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(jī)械，在地基深部將軟土和固化劑強(qiáng)制拌和，促使混合體內(nèi)發(fā)生一系列的物理～化學(xué)反應(yīng)后，形成具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而改善了基礎(chǔ)的物理力學(xué)性能，提高了地基承載力，達(dá)到加固軟土地基的目的。根據(jù)結(jié)構(gòu)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(jī)按攪拌頭的數(shù)量，分為單頭、雙頭和多頭等不同類型。攪拌軸一般由內(nèi)、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(shè)備相連，并由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，內(nèi)管供輸送水泥漿等介質(zhì)。

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(zhèn)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(jīng)數(shù)次續(xù)建、修復(fù)、加固加高處理后，形成現(xiàn)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(dān)著友聯(lián)灌區(qū)的南華、駱駝城、巷道、宣化、黑泉等5個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、48個行政村、2個國營農(nóng)場共計10萬畝農(nóng)田及林草地的灌溉調(diào)蓄任務(wù)。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(zhì)壩。本次加固的重點(diǎn)是下庫北壩，利用深層攪拌法施工工藝，在壩體內(nèi)形成一道懸掛式防滲墻，將壩體與壩基連成統(tǒng)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(jù)下庫北壩壩體滲流數(shù)據(jù)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(jīng)過屢次的挖深，排水溝已切入粉質(zhì)粘土層面以下1.5～2.1m，以下0.5～1.5m左右的粉質(zhì)粘土層結(jié)構(gòu)疏松、薄弱，將會逐漸發(fā)展成為滲流出口；下庫大壩填筑質(zhì)量差，壩體平均壓實度0.93，平均滲透系數(shù)為5.09×10-4cm/s，易溶鹽含量平均值為4.43%，均難于滿足規(guī)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(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T、流域管理部門及設(shè)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(xù)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(xù)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(xù)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(jù)滲流分析結(jié)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(xù)墻施工選用三頭設(shè)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(xù)墻單元墻長度960mm，每一單元墻體有效長度為910mm。同一單元內(nèi)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(zhǔn)備

3.1先導(dǎo)孔

工程施工前，根據(jù)設(shè)計要求完成先導(dǎo)孔的鉆孔施工，復(fù)核地質(zhì)勘察資料的準(zhǔn)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(shù)。先導(dǎo)孔采用150型地質(zhì)鉆機(jī)施工，孔間距50m，共布置96個先導(dǎo)孔。先導(dǎo)孔的深度應(yīng)深入相對隔水層不小于5.0m，或深入設(shè)計的防滲墻底高程之下不小于5.0m。

3.2成墻試驗

根據(jù)設(shè)計要求，在壩體附近選擇一處同等地質(zhì)條件的空曠區(qū)進(jìn)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(zhì)條件的水灰比、漿液比重、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等施工參數(shù)，為工程施工做好準(zhǔn)備。試驗過程中各項技術(shù)指標(biāo)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(shè)計地下連續(xù)墻體軸線的輔助線，根據(jù)樁孔距、搭接要求，制作孔位放樣標(biāo)尺，設(shè)備按定位標(biāo)尺移位，使樁位偏差不大于10mm，滿足設(shè)計要求。

3.2.2墻體垂直度控制：施工前，用經(jīng)緯儀校正設(shè)備塔架的垂直度，并在設(shè)備底盤上的三根連通管上做好刻度標(biāo)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(shè)計要求，施工時攪拌頭直徑偏差不大于10mm，定期進(jìn)行檢查，超出偏差范圍及時進(jìn)行更換。

3.2.4深度控制：設(shè)備安裝深度儀，嚴(yán)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(xù)墻深度達(dá)到設(shè)計要求。

3.2.5漿液控制：嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的水灰比配制水泥漿，水泥漿液應(yīng)隨配隨用，灰漿攪拌機(jī)應(yīng)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?jié){液泵送連續(xù)，應(yīng)保證水泥漿液濃度并使之與攪起的泥土充分?jǐn)嚢瑁乖谙鲁梁吞嵘^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(jù)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(nèi)，提升速度要和輸漿量匹配且輸漿連續(xù)。

4、深層攪拌防滲墻施工

4.1施工工藝

4.1.1樁機(jī)定位：深層攪拌樁機(jī)移至指定樁位，對中、調(diào)平、校正塔架垂直度，進(jìn)行設(shè)備的地面試運(yùn)轉(zhuǎn)，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(jìn)行漿液的制備。水泥采用P.SMR 42.5中抗硫水泥，配制時準(zhǔn)確計量，攪拌均勻，攪拌完成后存入儲漿桶內(nèi)待用。當(dāng)氣溫在10℃以上時，漿液存放時間不得超過3h；當(dāng)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(nèi)。

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

4.1.4攪拌提升：樁機(jī)攪拌下沉至設(shè)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(shè)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(jī)縱移：完成上一個單元墻的施工后，樁機(jī)沿墻軸線方向縱移，每次縱移長度91cm。樁機(jī)移位到下一個單元墻的位置后，人工用放樣標(biāo)尺復(fù)核樁位，無誤時即可開始本單元墻的施工，如此往復(fù)形成連續(xù)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(fù)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(fù)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(cè)或兩側(cè)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(yè)面的單元墻與后續(xù)作業(yè)面單元墻搭接處間隔時間很長，無法進(jìn)行搭接時，下一單元墻施工前與已施工完的單元墻預(yù)留一定距離（70-90cm），然后采用高壓擺噴灌漿，按設(shè)計墻底和墻頂高程進(jìn)行搭接處理。

4.2.3斷樁處理：施工中出現(xiàn)斷樁時，導(dǎo)致原樁位無法進(jìn)行復(fù)攪下沉施工，可采用相應(yīng)處理辦法，即在對應(yīng)斷樁處進(jìn)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(shè)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(jìn)行下一根深攪單元墻施工，待水泥土攪拌墻有一定強(qiáng)度后，在30mm處用鉆機(jī)鉆孔至斷樁底高程，然后采用水泥砂漿進(jìn)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?xí)r，障礙物埋深較淺時，直接挖出后回填繼續(xù)施工，障礙物埋深較深時，在遇障礙物處進(jìn)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(shè)計底高程段。

5、施工質(zhì)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(xù)性，根據(jù)項目質(zhì)量評定及施工驗收規(guī)范的要求，建設(shè)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(zhì)量檢測。檢測單位按照委托事項，編制了檢測方案，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師批復(fù)后，對本項目的施工質(zhì)量進(jìn)行了全面檢測工作。

工程質(zhì)量的檢測采用開挖檢測法、鉆孔取芯檢測法、探地雷達(dá)無損檢測法等多種方法進(jìn)行，檢測區(qū)域根據(jù)檢測方法的不同，均衡布置在施工壩段。檢測數(shù)量按施工數(shù)量5%控制，質(zhì)量檢測在防滲墻達(dá)到28d齡期后進(jìn)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(xiàn)停漿、復(fù)攪及搭接處理等特殊情況的地段。開挖采用小型挖掘機(jī)輔以人工進(jìn)行，開挖深度控制在壩頂以下2.5m以內(nèi)，盡量減少對壩體的人為傷害。

5.2探地雷達(dá)無損檢測法

探地雷達(dá)是一種具有高分辨率的物探探測技術(shù)，廣泛應(yīng)用在深度小于30m工程勘察領(lǐng)域，可對地下淺部埋藏的目標(biāo)體進(jìn)行檢測。水泥土防滲墻與周圍介質(zhì)存在一定的物性差異，這就為適用探地雷達(dá)探查防滲墻的連續(xù)性提供了良好的條件。探地雷達(dá)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(dá)到設(shè)計值，并對芯樣可以送試驗室檢測無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)等性能指標(biāo)。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(zhì)量最終確定為合格。綜合檢測評定認(rèn)為，地下防滲墻的搭接寬度、墻體有效寬度均勻一致，墻體質(zhì)量較好，不存在內(nèi)部空洞、孔隙等質(zhì)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(zhì)量范圍內(nèi)；墻底界面明顯，界面（樁底）深度滿足設(shè)計要求，個別樁體存在不密實現(xiàn)象，但不影響正常使用。防滲墻樣品試驗室檢測數(shù)據(jù)表明，墻體滲透系數(shù)在4.51×10-7～9.03×10-7cm/s間，抗壓強(qiáng)度在0.36～0.51Mpa間，滿足設(shè)計要求。

6、結(jié)束語

小海子水庫下庫北壩經(jīng)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(jù)水庫管理站日常觀測數(shù)據(jù)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(cè)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(xiàn)了樹木枯萎死亡現(xiàn)象，并且范圍持續(xù)擴(kuò)大。相關(guān)的數(shù)據(jù)及現(xiàn)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(xiàn)：

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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(xué)歷：本科。主要研究方向：水電工程施工管理。