多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術在土壩中的應用

孫長軍

(壽縣淮河河道管理所，安徽 淮南 232200)

0 引 言

全世界超過15m的土石壩有3萬多座，而在我國，各種壩高的攔河壩有86000多座，其中土石壩占95%以上，低壩更是不計其數(shù)。這些工程在灌溉、防汛、發(fā)電、航運、養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的作用，有力地促進了工農業(yè)的發(fā)展[1-2]。但由于土壩主要是由松散顆粒的集合體——土料填筑而成的擋水建筑物，土料間的聯(lián)結強度低，抗剪能力較小，極易發(fā)生險情，特別是粉質壤土土壩，對于該種類型的土壩防滲處理尤其重要[3]。多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻是運用特制的多頭小直徑深層攪拌截滲樁機一次多頭鉆進，把水泥漿噴入土體并攪拌均勻，就地將土體和固化劑強制拌和，使土體硬結成具有良好的整體性、穩(wěn)定性、抗?jié)B性并具有一定強度的水泥土截滲墻[4-5]。文章以多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術在張馬淠堤治理為例，進行分析。

1 工程概況

淠河流域是一個以山區(qū)為主的流域，山區(qū)面積占整個流域的72%，丘陵區(qū)占17%，流域水系呈羽狀分布，洪水匯流非常集中，峰高量大，陡漲陡落，易于造成災害。張馬淠堤位于壽縣境內淠河右岸，是壽縣防洪安全的重要屏障。該堤屬砂基砂堤，經過多次培修加固，標準逐步提高，防洪能力有所增強。但由于條件限制，堤后散浸、管涌等險情仍十分嚴重，為解決張馬淠堤堤基和堤身存在強透水性砂層產生的滲漏問題，經多套方案的比較，對部分滲漏嚴重的堤段采用多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術進行處理。墻軸線位于迎水側堤肩1.0m處，下端嵌入相對不透水層0.5m，最大深度為16.9m。

2 多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術是運用特制的多頭小直徑深層攪拌截滲樁機一次多頭鉆進，把水泥漿噴入土體并攪拌均勻，就地將土體和固化劑強制拌和，利用固化劑、土體和水之間所產生的一系列物理、化學反應，使土體硬結成具有良好的整體性、穩(wěn)定性、抗?jié)B性并具有一定強度的水泥土截滲薄墻，均勻的水泥土墻作為截滲墻達到截滲目的。

2.1 設計參數(shù)

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻主要設計參數(shù)如下：

水泥摻入量：12%；

樁徑≥360mm；

成墻厚度≥150mm；

搭接厚度≥150mm；

滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s(28d齡期)；

無側限抗壓強度1.5-1.8MPa(28d齡期)；

最大成墻深度：16.9m；

水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥。

2.2 施工工藝流程

2.2.1 測量放樣

工程開工前，對原設控制點、中心線復測，布設施工控制網，并定期檢測；對施工段堤頂高程進行原始測量復核，并鉆探先導孔探明地質情況，再按照設計要求，確定樁頂高程、樁底高程及鉆孔深度。所有的測量資料、記錄格式要按相關規(guī)范、規(guī)程的有關規(guī)定進行。

2.2.2 先導孔

由于加固處理的堤壩為人工挑堆而成，施工質量很差，地層土質不一，要求沿堤按每100m打一先導孔，地質變化大的地方還需要加密，探明土層性質，確定不透水層頂板高程，為施工孔深提供依據(jù)。

2.2.3 試樁

根據(jù)先導孔探明的地層性質，選擇有代表性的地段(最大壩高處)做現(xiàn)場試樁試驗，28d齡期后取樣試壓選擇滿足設計指標的各土層段漿量，并挖樁進行外觀檢查，從而確定施工參數(shù)即：各土層段漿量、管道壓力、漿液比重、樁機下沉和提升速度、鉆頭直徑尺寸等。本工程實驗水泥摻入量分別為10%、12%、15%，水灰比1∶1.5。

2.2.4 成墻施工

施工工藝流程圖如下：

樁機定位→②三桿同步鉆孔下沉至樁底→③制漿、罐儲、計量→④噴漿攪拌、提升噴漿至地面→⑤關閉漿泵→⑥樁機前移200mm重復①-⑤完成一個單元墻施工→⑦樁機向前平移1m，重復①-⑥開始下一單元墻施工，每單元成墻1.2 m，其示意圖見圖1。

圖1 成墻施工流程圖

2.3 施工要點

2.3.1 軸線控制

施工前測量放好軸線樣并開挖導槽溝，樁機打樁時在平行與軸線的樁機外緣拉一根直線，使樁機始終靠直線行駛。

2.3.2 原材料質量控制

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻施工用材料是PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥必須符合本技術條款指定的國家和行業(yè)的現(xiàn)行標準要求，否則將作為不合格水泥處理。

2.3.3 水泥漿液控制

必須按照設計(或試驗樁)結果的水泥摻入量和水灰比，確定每平米墻體噴漿量和漿液的水灰比，施工時在攪拌筒每筒用比重計量取漿液比重，符合要求的漿液才能送到樁機儲料筒里，否則就要重攪或廢棄。多頭小直徑深層攪拌截滲樁機施工時，漿液攪拌均勻、輸送連續(xù)不間斷，保證漿液不離析，確保攪拌樁的質量。

2.3.4 鉆頭直徑控制

按設計要求最小成墻厚度加上施工操作偏差確定鉆頭直徑尺寸，施工過程由于土層特別是砂土對鉆頭葉片有較大磨損，打樁時每天要檢查葉片尺寸，尺寸小了要加焊葉片或更換鉆頭。

2.3.5 垂直度控制

設計的多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻是垂直連續(xù)的墻，但施工過程中由于樁機本身或操作人員的水平等原因都有可能產生斜度，為了控制鉆孔分叉或交叉，就要經常檢校樁機垂度，每天檢查一次樁機桅桿垂直度，每次鉆機下鉆都要調平，并在以后的成墻開挖檢查時實測垂度是否在允許范圍內，如果偏大，分析其產生原因，從而指導以后施工。在現(xiàn)有樁機水平機架設有三個水準點，三點調平后，施工必須保證導向架垂直度偏差<0.3%。

2.3.6 噴漿量控制

根據(jù)設計參數(shù)和工藝樁試驗檢測成果，確定水泥參入比為12%，水灰比為1∶1.5，水泥漿漿液比重為1.37，每平米墻體噴漿量為138L。

3 攪拌截滲墻檢測

3.1 截滲墻探坑開挖檢查

現(xiàn)場共開挖40個探坑，開挖探坑檢查結果表明：開挖范圍內截滲墻攪拌較均勻，連續(xù)性較為規(guī)則。

3.2 截滲墻墻體搭接厚度檢測

對開挖的40個探坑截滲墻墻體搭接厚度進行檢測，檢測結果滿足設計墻體搭接厚度≥150mm的要求。

3.3 截滲墻墻體深度檢測

截滲墻墻體深度檢測孔共20個，鉆孔穿透墻體底部用于檢測墻體深度。通過對鉆孔的取芯情況檢測得出，截滲墻墻體施工深度滿足設計墻深要求。

3.4 截滲墻現(xiàn)場注水試驗

截滲墻共鉆20個注水試驗孔，每孔做注水試驗2段次，共40段次。截滲墻墻體現(xiàn)場注水試驗測得滲透系數(shù)為7.31×10-7cm/s-9.99×10-7cm/s，滿足滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s的設計要求。

3.5 截滲墻芯樣室內試驗

10組墻體水泥土的滲透系數(shù)為7.34×10-7cm/s-9.54×10-7cm/s，滿足滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s的設計要求。10組無側限抗壓強度為1.9 MPa-3.1 MPa，滿足水泥土試件28天齡期抗壓強度設計值1.5MPa-1.8MPa的要求。

3.6 截滲墻地質雷達檢測

截滲墻地質雷達檢測測線長度共20206m。地質雷達檢測結果分析得出：截滲墻墻體反射波同相軸連續(xù)，墻體內反射波較弱，無明顯異常，說明截滲墻的連續(xù)性與均勻性較好。

4 工程效益

該段截滲墻于2017年竣工，工程運行至今經過了兩次洪水的考驗，特別是2020年汛期水位達28.39m，超保證水位(保證水位為27.50m)0.89m的時候，背水側基本未發(fā)生散浸和管涌，較往年汛期險情大大減少，效果顯著，充分發(fā)揮了防洪效益。

5 結 論

淠河是寬淺式沙質河床，張馬淠堤位于淠河右岸，抗?jié)B能力差，存在不同程度的滲漏問題，有些地方存在冒砂現(xiàn)象，影響堤防安全。采用多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術對土壩進行加固，并在施工中加強原材料、水泥漿液等施工質量控制，在成墻后對攪拌截滲墻進行嚴格檢測。使張馬淠堤滲漏情況得到有效治理，汛期險情大大減少，效果顯著，充分發(fā)揮了工程效益。