淺談水泥土地連墻工藝試驗

劉瑞鵬

（山西省水利工程質量與安全監(jiān)督站，山西 太原 030002）

1 工程概況

某工程采用水泥土地連墻對兩岸進行防滲處理，最大孔深19.1 m。水泥土地連墻有效厚度不小于20 cm；透系數(shù)K≤A×10-6cm/s（1＜A＜10）；水泥攪拌樁抗壓強度≥0.5 MPa；壓縮模量≤1 000 MPa。

2 工程地質

工程區(qū)地貌單元屬洪沖積平原區(qū)，第①層為現(xiàn)代人工堆積（QS）雜填土，包含低液限粉土、碎石混合土等，厚0.4～10.5 m；第②層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）級配不良砂，厚7.5～17 m；第③層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限粘土（粉土），厚2.2～30 m；第④層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）級配不良砂，厚度1.8～21.8 m，局部夾低液限粘土透鏡體；第⑤層為第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）低液限粘土（粉土），厚度1.8～6.9 m；第⑥層為第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）級配不良砂，厚度10.8～21.9 m；第⑦層為第四系上更新統(tǒng)洪沖積（Q3pal）低液限粘土（粉土），該層未揭穿。地下水埋深 1.5～13.0 m。

3 工藝試驗

試驗點選取在水泥土地連墻附近，水泥土地連墻試驗長度取4 個攪拌樁段，約4 m。施工機械采用XPJ-25 深層水泥攪拌機、Y112M-6 灰漿攪拌機、UB-34KW 泵漿機。擬定葉片直徑為450 mm，軸間距為360 mm；兩幅墻搭接長度為280 mm。根據(jù)當前施工水平，并考慮墻體深度，控制樁位偏差不大于20 mm，垂直度偏差不超過0.5%。

理論墻體有效厚度驗算公式：

式中：de——有效墻厚度，cm；

R——攪拌樁半徑，cm；

l——樁間距，cm；

δ——樁位偏差，cm；

h——樁深，cm；

ξ——垂直度，%。

計算可得，樁頂墻體有效厚度為416 mm，樁底墻體有效厚度為202 mm，滿足設計墻體有效厚度不小于200 mm 的要求。

3.1 水泥土地連墻工藝參數(shù)初定

通過分析、類比同地區(qū)、相近地質條件下兩個水泥土地連墻工程的施工工藝參數(shù)及成果，初定了本工程水泥土地連墻工藝參數(shù)。

3.1.1 水泥摻量

類比工程施工地質均為粉土，采用兩攪兩噴的施工工藝，分別對3 種水泥摻入比進行了水泥土地連墻工藝試驗。試驗成果見表1。

表1 類比工程水泥土地連墻試驗成果

由類比工程的檢測結果可以知，水泥摻入比為15%時，兩個類比工程的水泥土抗壓強度、滲透系數(shù)、壓縮模量等參數(shù)均滿足本工程設計要求。鑒于類比工程地質為粉土層，本工程地質主要為粉砂層，粉砂的比表面積小于粉土，水泥用量略小于兩個類比工程也能滿足本工程設計指標的要求?？紤]地質變異性，本工程試驗方案初定水泥摻入比為15%。

3.1.2 水泥漿液的水灰比

根據(jù)類比工程檢測結果可知，重量水灰比為1.5∶1時，水泥土地連墻滲透系數(shù) K＞A×10-6cm/s（1＜A＜10），不滿足設計要求；水灰比為1∶1 時，水泥土地連墻滲透系數(shù)、抗壓強度、壓縮模量均滿足本工程設計要求。因此，本工程試驗方案初定水泥漿液的水灰比為1∶1。

3.1.3 噴攪工藝及下沉、提升速度

根據(jù)類比工程水泥土地連墻試驗成果，兩攪兩噴的施工工藝能夠滿足水泥土地連墻的質量標準及設計要求。為提高本工程水泥土地連墻均勻性及質量保證率，本工程試驗方案擬定的施工工藝為四攪兩噴。

下沉、提升的速度應與水泥土攪拌機性能相適應，土體攪拌的次數(shù)超過20 次時，水泥土能夠攪拌均勻。本工程選用的XPJ-25 深層水泥土攪拌機葉片的寬度為0.1 m，攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角為15°，攪拌葉片4 枚，攪拌頭的回轉速度26 r/min。參考類比工程1，初定提升速度為0.8 m/min，下沉速度為1.0 m/min。按下式計算土體攪拌次數(shù)：

式中：N——土體的攪拌次數(shù)；

n——攪拌頭的回轉速，r/min；

h——攪拌葉片的寬度，m；

β——攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角，°；

ΣZ——攪拌葉片的總枚數(shù)；

V——攪拌頭的提升速度，m/min。

計算可得，土體的攪拌次數(shù)為45 次，能夠保證水泥土攪拌均勻。

3.1.4 注入漿量

根據(jù)漿液水灰比、土體干密度、水泥摻入比及水泥土攪拌樁的有效成墻面積計算水泥漿液最小用量。第一次、第二次攪拌下沉時注入量均按照總注入量的50%控制，分別計算攪拌下沉時每分鐘的漿液最小注入量。其中，土體干密度1.58 g/cm3，每幅攪拌樁有效成墻面積為0.44 m2，每幅樁每延米的水泥用量為104.3 kg，每幅樁每延米的1∶1 水泥漿液最小用漿量為138.2 L，下沉每分鐘用漿量應不少于69.1 L。

3.2 施工方法

3.2.1 鉆先導孔

施工前，沿水泥土地連墻軸線每50 m 布置1 個先導孔，先導孔深度應深入設計防滲墻下限以下5 m。根據(jù)地質復勘結果繪制地層剖面圖，確定低液限粘土層的埋深，保證地連墻深入不透水層。

3.2.2 測量放樣及樁機定位

施工時，依據(jù)設計圖紙，通過水泥土地連墻控制線定出攪拌樁中心線。依據(jù)放樣手簿放出樁體位置，在樁體位置上，插打鋼筋，并涂抹紅漆標記。樁機移動到指定樁位并對中，保證樁體位置偏差不大于20 mm，兩幅樁搭接長度不小于280 mm。通過在樁機上放置水平尺和懸掛吊錘整平樁機，保證樁體垂直度不超過0.5%。

3.2.3 制備水泥漿

選用普通硅酸鹽水泥（水泥型號P.O 42.5）生產水泥漿液。水泥漿液嚴格按確定的配合比生產，采用定量容器控制拌合用水量，采用電子秤控制水泥用量，采用比重計控制漿液比重。為防止水泥漿液離析，制漿桶和儲漿桶中的水泥漿液應不斷攪動。水泥漿液應隨配隨用，停滯時間不得超過3 h，否則作為廢漿處理。

3.2.4 預拌下沉及提升攪拌

水泥土攪拌樁機的冷卻水循環(huán)正常后，啟動攪拌樁機電機，放松攪拌樁機吊索，使攪拌樁機沿導向架攪拌切土下沉，邊噴漿、邊攪拌，鉆頭下沉至設計深度位置時，停止鉆進，并停留30 s。鉆頭提升過程中，鉆頭攪拌，適量噴漿，且在樁頂部位停留30 s。

3.2.5 復攪下沉及提升攪拌

按照相同的施工參數(shù)，對水泥土攪拌樁再進行攪拌下沉及提升攪拌，邊攪拌下沉、邊噴漿。如遇停電、機械故障原因，補噴時間不宜超過12 h，補噴重疊段應大于100 cm；因故停工超過12 h，應使下一序樁與前一序樁在兩側搭接，搭接長度不小于2 根樁徑，并在搭接樁間鉆孔灌注水泥砂漿連接。

3.2.6 清洗、移位

若樁機停止施工或施工間歇時間過長時，向水泥漿攪拌桶中加入清水，開啟灰漿泵，清洗全部管中殘存的水泥漿，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。樁機移至下一樁位，重復進行上述步驟的施工。

3.3 質量檢測

成墻28 d 后，采用開挖檢查、鉆孔檢查、圍井檢查等方法對水泥土地連墻抗壓強度、滲透系數(shù)、完整性進行檢測。

3.3.1 開挖檢查

通過試驗樁開挖對墻體的完整性、均勻性、樁體連接質量及墻體厚度進行檢查，開挖深度為3 m。從開挖出露墻體看，水泥土地連墻連續(xù)、均勻，搭接處墻體厚度在27～33 cm 間，滿足設計要求。

3.3.2 鉆孔取芯

采用地質鉆在兩幅樁的搭接處進行鉆孔取芯。從取得的芯樣看，芯樣呈青灰色，芯樣中原狀土與水泥漿膠結密實，水泥分布均勻，芯樣完整性好。在試驗室養(yǎng)護后，通過室內檢測，各芯樣強度均大于0.5 MPa，滿足設計要求。

3.3.3 圍井檢查

圍井由相互搭接的水泥土樁構成，樁體質量與試驗樁相同，圍井軸線長度為7.2 m，本工程采用注水法進行滲透系數(shù)檢測，檢測結果如表2。

表2 圍井檢測成果表

滲透系數(shù)計算公式：

式中：K——滲透系數(shù)，m/d；

Q——穩(wěn)定流量，m3/d；

t——墻體厚度，m；

L——圍井周邊墻體軸線長度，m；

H——圍井內試驗水位至井底的深度，m；

h0——地下水位至井底的深度，m。

經計算，滲透系數(shù)K=7.05×10-7cm/s，滿足設計要求。

4 結論

擬定的水泥土地連墻試驗參數(shù)可以作為本工程施工參數(shù)，用于指導同類工程的工藝試驗。針對埋深較大的水泥土地連墻，應嚴格控制樁位偏差、垂直度、樁徑以及樁間距，避免因施工參數(shù)不合理造成墻體下部有效厚度不足，甚至不連續(xù)的問題。