雙輪銑施工工藝在陳集水庫防滲墻施工中的應(yīng)用

王 嵐

（陽谷縣水利局，山東 陽谷252300 ）

1 工程概況

陳集水庫是山東省陽谷縣為調(diào)蓄長江水興建的南水北調(diào)續(xù)建配套工程，工程位于陽谷縣南外環(huán)路以南、明堤東干渠（陳集村）以西、朱施董村以北、曹集村以東，總庫容1 031 萬m3。水庫壩基各層均具有中等透水性，30 m深度內(nèi)無相對隔水層分布，存在滲漏問題，30 m以下⑩層粘土滲透系數(shù)較小、分布連續(xù)、厚度較大，可視為相對隔水層。為有效減少水庫滲漏量，確保滲透穩(wěn)定以及壩外農(nóng)田不發(fā)生浸沒，確保水庫發(fā)揮效益，采用塑性混凝土防滲墻截滲，圍壩壩軸線總長度為4 312.48 m，大致呈正方形布置。防滲墻軸線位于圍壩軸線上游8 m，墻厚0.6 m，墻底入⑩層粘土不少于1.0 m，最大深度約36 m，平均深度約32 m，滲透系數(shù)不大于5×10-7cm/s，孔位偏差±30 mm，垂直偏斜率≤3‰。

塑性混凝土防滲墻采用液壓雙輪銑削深層攪拌樁成墻施工工藝，這一施工工藝是液壓雙輪銑槽機和傳統(tǒng)深層攪拌技術(shù)特點相結(jié)合起來的。較傳統(tǒng)攪拌技術(shù)具有切削能力強、成墻單幅寬且深度大等優(yōu)點。

2 施工原理

雙輪銑即液壓銑槽機，這一挖掘設(shè)備專用于建造地下連續(xù)墻施工，該設(shè)備主要由履帶式起重機、銑槽機、泥漿制備及篩分系統(tǒng)三部分組成。施工工藝是由液壓雙輪銑槽機和傳統(tǒng)深層攪拌的技術(shù)特點相結(jié)合。在下沉注漿、供氣、銑、削和攪拌的過程中，通過兩個銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)，銑削地層；同時通過凱利方形導(dǎo)桿施加向下的推進力，向下掘進切削。在此過程中，通過供氣、注漿系統(tǒng)同時向槽內(nèi)分別注入高壓氣體、固化劑（一般為水泥和膨潤土），其注漿量為總注漿量的70% ～80%，直至達到要求的設(shè)計深度。此后，兩個銑輪作相反方向相向旋轉(zhuǎn)，通過凱利方形導(dǎo)桿向上慢慢提起銑輪，并通過供氣、注漿管路系統(tǒng)再向槽內(nèi)分別注入氣體和固化液，其注漿量為總注漿量的20% ～30%，并與槽內(nèi)的基土相混合，從而形成由基土、固化劑、水等形成的混合物，達到截滲效果［1］。

3 性能和優(yōu)點

（1）液壓雙輪銑錐齒銑輪對地層適應(yīng)性強。在淤泥、砂、礫石、卵石及中硬強度的巖石、混凝土中均可開挖。

（2）在鉆進過程中，效率高、精度高。在松散地層中鉆進效率20 ～40 m3/h，在中硬巖石中鉆進效率1 ～2 m3/h，鉆進效率明顯高于傳統(tǒng)的抓斗工法。鉆孔偏斜率可控制在2‰以內(nèi)，從而保證了墻段之間的可靠連接。

（3）操作過程中，運轉(zhuǎn)靈活、方便。雙輪銑的履帶式起重機不需要設(shè)置軌道，即可自由行走，在控制室方便安全操作。施工過程中自動記錄儀即監(jiān)控操作過程，又可出具施工記錄。

（4）安全環(huán)保。發(fā)動機符合綠色排放標準，施工時噪音低、震動小，對周圍環(huán)境無不利影響。

（5）跟蹤糾偏，槽形規(guī)則，成墻垂直精度高。液壓雙輪銑設(shè)備安裝傳感器，銑頭的偏直、銑削的深度、銑頭受到的阻力等在設(shè)備施工過程可以有效的控制。

4 施工方法

4.1 測量放線

施工前，先根據(jù)設(shè)計圖紙和業(yè)主提供的坐標基準點，精確計算出截滲墻軸線角點坐標（或轉(zhuǎn)角點坐標），利用測量儀器精確放樣出截滲墻軸線，每50 m布設(shè)1 個高程控制樁，并作出明顯標志，然后進行坐標數(shù)據(jù)校核。

4.2 安裝調(diào)試

支撐移動機和主機就位：架設(shè)鉆桿安裝銑頭；安裝制漿、注漿和制氣設(shè)備；接通水路、漿路和氣路；運轉(zhuǎn)試車。

4.3 泥漿配置工藝

施工前配置新鮮泥漿，泥漿性能按照砂性土比重在1.05 ～1.08 g.cm-3，粘度為25 ～30 s，含砂率＜4%，pH 值8 ～9。循環(huán)泥漿性能指標按照砂性土比重＜1.15 g.cm-3，粘度＜35 s，含砂率＜7%，pH 值＞8。砂性土比重如＞1.35 g.cm-3，粘度＞60 s，含砂率＞11%，pH 值＞14 則為廢棄泥漿。新配置泥漿室內(nèi)性能指標檢測合格的，進入泥漿儲存池用于泥漿護壁。為保證施工過程中槽壁土體穩(wěn)定，泥漿指標根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)隨時不斷調(diào)整。所有泥漿在施工過程中不斷循環(huán)利用，以新配置泥漿性能指標為標準，達不到標準的泥漿通過泥漿軟管送到除砂系統(tǒng)。在除砂系統(tǒng)里，泥漿通過凈化處理（用旋流器及振動篩）將含粗砂礫的渣土與泥漿分離，達到控制指標的再回到泥漿儲存池進行處理，之后通過泵重新輸送回槽段內(nèi)進行循環(huán)利用［2］。

4.4 開溝鋪板

在防滲墻施工前，為保障成墻施工機械在足夠的地面承載力和工作空間運行，將施工場地碾壓平整密實。清除地面地下障礙，作業(yè)面不小于15 m（從截滲墻軸線至邊緣），開挖橫斷面為深0.5 m、寬1 m的儲留溝以解決鉆進過程中的余漿儲放和回漿補給，長度超前主機作業(yè)10 m，鋪設(shè)過路板，以均衡主機對地基的壓力，保證設(shè)備的垂直度。攪拌樁的搭接以及施工設(shè)備的垂直度補救依靠重復(fù)套鉆來保證。

4.5 孔位放樣及樁機就位

在開挖的工作溝槽兩側(cè)設(shè)計定位輔助線，按設(shè)計要求在定位輔助線上劃出鉆孔位置。根據(jù)確定的位置嚴格鉆機樁架的移動就位，就位誤差不大于3 cm。開鉆前用液壓系統(tǒng)將平臺調(diào)平，并調(diào)直機架，確保機架垂直偏斜率≤3‰。由專人統(tǒng)一指揮樁機就位，移動前看清上、下、左、右各方面的情況，發(fā)現(xiàn)有障礙物及時清除，移動結(jié)束后檢查定位情況并及時糾正，樁機保持平穩(wěn)、平正。

4.6 槽孔建造

防滲墻按照一期溝槽、二期溝槽相互間隔開挖，一期溝槽成墻后達到一定強度后施工二期溝槽。這樣一是避免了施工二期溝槽時，泥塊等雜質(zhì)摻雜到一期溝槽中。二是一期溝槽成墻具有硬度，液壓雙輪銑削設(shè)備在足夠承載力地面行走，有利于設(shè)備穩(wěn)定性。挖溝槽前劃定雙輪銑銑頭中心線到機前定位線的距離，并在線上做好每一幅樁位的標記（用短鋼筋打入土中定位），槽孔長度與銑頭長度一致。固壁泥漿面保持在導(dǎo)墻頂面以下300 ～500 mm，施工過程中及時清除槽孔周圍的廢水、廢漿、廢渣，槽孔建造結(jié)束后，進行終孔質(zhì)量檢驗。槽壁平整垂直，孔位偏差不大于30 mm，槽孔深度滿足設(shè)計要求。終孔質(zhì)量檢驗合格后，再進行清孔換漿。將銑削頭置入孔底并保持銑輪旋轉(zhuǎn)，銑頭中的泥漿泵將孔底的泥漿輸送至地面上的泥漿凈化機。經(jīng)凈化后的部分泥漿流回到槽孔內(nèi)，并補充適當數(shù)量的新制泥漿，保持墻內(nèi)液面高度，如此循環(huán)往復(fù)，直至孔底淤積不再增加、泥漿達到標準為止［3］。二期槽孔清孔換漿結(jié)束前，用鋼絲刷子分段清除接頭槽壁上泥皮。

4.7 噴漿、攪拌成樁

水泥采用山水集團生產(chǎn)的P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比不大于1.2，水泥摻入量為22%（重量比），注漿壓力一般為2.0 ～3.0 MPa。施工的關(guān)鍵在于如何保證樁身的強度和均勻性。在施工中加強對水泥用量和水灰比的控制，確保泵送壓力。根據(jù)鉆頭下沉和提升兩種不同的速度，注入土體攪拌均勻的水泥漿液，確保水泥土攪拌樁在初凝前達到充分攪拌，水泥與被加固土體充分拌和，保證攪拌樁的加固質(zhì)量。

水泥漿液制備系統(tǒng)每一個時間段，人工抽查灰漿比重。半自動拌漿系統(tǒng)配制好的水泥漿液輸送至儲漿罐為液壓銑削攪拌設(shè)備連續(xù)供漿。開動主機掘進攪拌，并徐徐下降銑頭與基土接觸，按規(guī)定要求注漿、供氣?？刂沏娸喌男D(zhuǎn)速度為36 r/min 左右，一般銑進控速為不大于0.6 m/min. 掘進達到設(shè)計深度時，延續(xù)10 s 左右，對墻底深度以上1 ～2 m范圍，適當重復(fù)提升1 ～2 次。提升速度嚴格控制，一般不大于0.8 m/min；以避免形成真空負壓，孔壁坍陷，造成墻體空隙。

經(jīng)常進行現(xiàn)場實測壓漿泵的流量、漿液配合比與設(shè)計水泥摻量一致，確保樁體的成樁質(zhì)量。液壓銑削水泥土攪拌樁在下沉和提升過程中均應(yīng)注入水泥漿液，同時嚴格控制下沉和提升速度，確保每幅樁的水泥用量。

4.8 槽孔接頭

建造完成一期槽孔塑性混凝土澆筑前，在其端孔處下入接頭管，根據(jù)施工當天氣溫、混凝土配比、接頭管埋深及混凝土初凝時間等因素，通過試驗確定開始拔接頭管的時間。用專用機械將接頭管拔出后，兩期槽孔之間形成一定形狀的曲面接頭。在槽孔施工過程中將接縫位置準確的標記在導(dǎo)墻上，經(jīng)常測量接縫處端孔的孔斜率，并控制孔斜。

4.9 質(zhì)量檢測

根據(jù)工程特點和施工情況，防滲墻共劃分108個單元。質(zhì)量檢測項目包括滲透系數(shù)、抗壓強度、墻體連續(xù)性、水泥漿比重及鉆桿入土深度等。滲透系數(shù)采取原位測試在墻體內(nèi)布設(shè)檢測孔，在檢查孔中進行注水試驗，利用孔口和地下水位差提供水頭，現(xiàn)場測讀單位時間流量，然后通過相應(yīng)的計算公式求得滲透系數(shù)［4］。通過鉆孔常水頭試驗法，測得陳集水庫防滲墻滲透系數(shù)不大于設(shè)計滲透系數(shù)5×10-7cm/s。對陳集水庫工程水泥土防滲墻墻體連續(xù)性檢測，采用超高密度電法配合鉆孔取芯法進行。通過對高密度電法輔以鉆孔取芯檢查驗證，得出結(jié)論：所檢測水泥土防滲墻墻體連續(xù)完整，未發(fā)現(xiàn)漏攪、錯臺等缺陷，結(jié)合施工過程中鉆桿的入土深度可以判斷所檢墻體深度達到設(shè)計要求。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 槽孔建造

施工過程中由于護壁泥漿質(zhì)量差、地下水位過高，槽孔兩側(cè)地下水位差較大、提鉆速度過快、漏漿或施工操作不慎，造成孔內(nèi)泥漿液面降低，超過安全范圍等原因，在槽孔建造時容易出現(xiàn)槽段內(nèi)局部孔壁坍塌。防治措施是采用性能指標滿足地層條件要求的護壁泥漿，提高導(dǎo)墻頂高程，使其高于地下水位，承壓水層或地下水較高時，采用適當加大泥漿相對密度或采取降水、排水等措施。造孔成槽機具在槽內(nèi)提升速度不應(yīng)過快，并及時向槽孔內(nèi)注入泥漿。

5.2 槽孔偏斜

施工過程中造孔機械安裝不穩(wěn)固、造孔時發(fā)生位置移動、成槽掘削順序不當，鉆頭兩側(cè)受力不均，容易導(dǎo)致槽孔偏向較軟一側(cè)。防治措施是開鉆前調(diào)整懸吊裝置的位置，使鉆頭和孔軸心在同一條直線上，并保持造孔機械安設(shè)平穩(wěn)、底座水平。在擴孔、塌孔嚴重部位，嚴格控制造孔速度并加密測量孔斜頻次。在槽孔建造中采用兩序成墻工藝，間隔造孔、合理安排掘削順序，使造孔時兩側(cè)受力均勻。

5.3 槽段接頭

在后序施工的槽孔清孔時，未將已澆墻體端頭上的污物刷洗干凈，造成槽孔清孔不徹底，槽段接頭處容易出現(xiàn)滲水、漏水或涌水現(xiàn)象。

防治措施是清孔時采用與接頭形狀一致的鋼絲刷緊貼接頭進行刷洗，將表面附著物清除干凈。按要求做好清孔換漿，孔內(nèi)泥漿的密度、黏度和含砂率三項指標滿足要求［5］。

6 結(jié) 語

陳集水庫塑性混凝土防滲墻施工中采用液壓雙輪銑設(shè)備，具有施工便利、精準（定位、垂直度）性能高、成墻有效深度、墻體的質(zhì)量效果（強度、

均勻性等）好的特點；但液壓雙輪銑設(shè)備也存在著不足。

一是盡管雙輪銑在大多土層條件下作業(yè)，均有不俗表現(xiàn)，但在遇到諸如孤石、較大卵石等情況下，就沒有明顯的優(yōu)勢了。這種情況尚需要用沖擊鉆或爆破的方法加以配合。另外，在土層、砂層等軟弱土層中優(yōu)勢也并不十分明顯。與傳統(tǒng)設(shè)備，如抓槽機和沖孔機相比，施工成本要高出近兩倍。

二是設(shè)備自身的限制。主要是施工中，連續(xù)墻槽段劃分不方便，特別是在二期槽段。

三是設(shè)備的維護保養(yǎng)成本高。由于設(shè)備構(gòu)造較復(fù)雜，技術(shù)含量較高，在國內(nèi)的維護成本較大。

四是對含雜物土層過敏。對土層中含有的鐵器或鋼筋等雜物，設(shè)備儀器會做出過度反應(yīng)，影響施工進行。

五是設(shè)備對場地的要求高。由于設(shè)備自重大，在場地的平整度與負荷力上要求較高。

雙輪銑槽機應(yīng)用于地下防滲墻施工，即有優(yōu)點也有缺點與不足，但它的施工效率和成墻質(zhì)量效果等遠遠大于傳統(tǒng)施工設(shè)備與工藝，雙輪銑這一施工工藝值得在地下防滲墻施工中推廣應(yīng)用。