王明甫 周 輝

多頭小直徑深層攪拌樁在清水畔水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

王明甫 周 輝

一、工程基本情況

清水畔水庫(kù)位于江蘇省睢寧縣姚集鎮(zhèn)清水畔村境內(nèi)，建于1957年。設(shè)計(jì)洪水位28.09m，校核洪水位28.45m，總庫(kù)容 627.28×104m3，水庫(kù)主要建筑物有粉質(zhì)粘性土壩1座，長(zhǎng)1373m，進(jìn)水閘1座，灌溉涵洞1座，泄洪涵洞1座，以防洪、灌溉為主結(jié)合水面養(yǎng)殖等綜合利用的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。根據(jù)地質(zhì)條件，壩體加固采取深層攪拌樁進(jìn)行防滲處理。

二、多頭小直徑深層攪拌樁施工原理及工藝流程

1.施工原理

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻的施工原理是運(yùn)用深層攪拌樁機(jī)在地基一定深度范圍內(nèi)把水泥漿噴入土體，使水泥和土體產(chǎn)生一系列的物理—化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)形成具有整體性、水穩(wěn)性、一定強(qiáng)度和防滲能力的水泥土樁體。

2.施工工藝流程

（1）按設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放樣，確定截滲墻的軸線。

（2）測(cè)放具體孔位，設(shè)置鉆機(jī)標(biāo)志。

（3）移動(dòng)主機(jī)至設(shè)計(jì)鉆孔位置，并進(jìn)行機(jī)械調(diào)平，水平對(duì)中孔位。

（4）啟動(dòng)鉆機(jī)，樁機(jī)鉆頭攪拌下沉——到達(dá)設(shè)計(jì)墻頂高程后，開(kāi)啟噴漿泵送漿——至設(shè)計(jì)深度，記錄輸漿量。

（5）重復(fù)攪拌提升，同時(shí)噴漿直至設(shè)計(jì)墻頂，再攪拌提升到地面。

（6）關(guān)閉攪拌樁機(jī)。樁機(jī)前移就位，調(diào)平后，重復(fù)上述過(guò)程，進(jìn)行下一單元墻施工。

三、施工技術(shù)方案

1.施工準(zhǔn)備

（1）施工機(jī)具選擇

攪拌樁防滲墻施工設(shè)備由鉆機(jī)裝置和灌漿裝置構(gòu)成。根據(jù)清水畔水庫(kù)大壩的地質(zhì)資料，本工程鉆機(jī)采用3頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，灌漿裝置有擠壓式灰漿泵、水泥漿引漿筒、儲(chǔ)漿筒、集料斗等，噴漿系統(tǒng)采用電腦計(jì)量，自動(dòng)控制每根漿管的漿量及密度。

（2）施工參數(shù)選擇

根據(jù)清水畔水庫(kù)施工圖設(shè)計(jì)要求，攪拌樁防滲墻的各參數(shù)為：滲透系數(shù)K應(yīng)小于A×10-6cm/s(1＜A＜10）；墻體最小厚度16cm；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3M Pa；水泥摻入量15%；水灰比一般要求不低于1.2。

（3）材料選用

按施工圖紙的要求，攪拌樁的水泥漿液所需的水泥品種選用42.5普通硅酸鹽水泥。水泥漿用水直接采用庫(kù)中蓄水（滿足拌和要求）。

2.測(cè)量放樣

（1）防滲墻軸線測(cè)放

清水畔水庫(kù)原大壩軸線比較順直，根據(jù)設(shè)計(jì)大壩軸線偏上游側(cè)布置，利用測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)設(shè)截滲墻中心線位置，確定截滲墻施工軸線。

（2）高程接測(cè)

為了保證高程的準(zhǔn)確無(wú)誤，利用監(jiān)理提供的的水準(zhǔn)點(diǎn)，沿截滲墻軸線在堤頂每30m施測(cè)一個(gè)高程點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)樁頂?shù)赘叱碳皩?shí)測(cè)堤頂高程，編制成樁控制表。

3.樁機(jī)定位

攪拌樁機(jī)每幅單序施工成墻有效長(zhǎng)度為750m m，一序孔施工完后，前移150m m施工二序孔，一、二序孔均施工完成后即完成一個(gè)有效長(zhǎng)度為900m m的單元墻體，然后前移750m m移至下一單元的一序孔施工，如此往復(fù)，形成連續(xù)套接的攪拌樁截滲墻體。

4.漿液配制

根據(jù)清水畔水庫(kù)施工圖設(shè)計(jì)要求，結(jié)合試驗(yàn)確定水泥摻入量為15%，每一攪拌桶水泥用量按照攪拌桶容積進(jìn)行摻量計(jì)算。制漿時(shí)每桶均先放水到計(jì)算用量，然后放入摻量的水泥進(jìn)行攪拌，每桶進(jìn)行正反方向攪拌不少于2m i n。

5.攪拌噴漿

攪拌機(jī)準(zhǔn)確定位后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松起重機(jī)或樁架的鋼絲繩，攪拌機(jī)開(kāi)始切土攪拌下沉，至防滲墻設(shè)計(jì)底線深度以后，同時(shí)開(kāi)啟灰漿泵，使水泥漿自動(dòng)連續(xù)噴入地層中，噴漿開(kāi)始30s～60s內(nèi)不提升，并使攪拌頭在樁底1m范圍內(nèi)上下活動(dòng)一次，然后按下沉及上提平均速度小于0.8m/m i n或Ⅲ～Ⅴ檔的速度提升攪拌頭。提升過(guò)程中不斷噴入新漿，提升至設(shè)計(jì)樁頂高程0.5m以上，停止提升，繼續(xù)攪拌數(shù)秒，使?jié){液完全到達(dá)樁頂。第一次攪拌完成后，停止注漿，再次將攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土體中，直至設(shè)計(jì)深度以后，回轉(zhuǎn)提升至地面完成二次攪拌。隨后，向集漿桶內(nèi)注入適量的清水，清洗管路中殘存的水泥漿，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。然后樁機(jī)向前平移額定距離，重復(fù)以上過(guò)程開(kāi)始下一單元墻施工。

截滲墻體施工順序橫斷面形狀如圖1。

四、攪拌樁施工質(zhì)量控制

1.定位控制

根據(jù)單、雙序及單元幅之間中心距，在墻體中心線一側(cè)劃定每幅間的間隔位置，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定做好施工模具定樁位，控制平面偏差在±3cm以內(nèi)。

2.垂直精度控制

成樁設(shè)備就位平整穩(wěn)固，采用經(jīng)緯儀作樁架垂直度的初始零點(diǎn)校準(zhǔn)，并用兩側(cè)垂直角度儀或吊垂跟蹤調(diào)整導(dǎo)桿立柱的垂直度，用三支點(diǎn)導(dǎo)桿立柱的垂直度控制鉆具垂直度偏差在±0.3%以內(nèi)。攪拌掘進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)檢測(cè)攪拌軸的垂直度，以保證攪拌樁垂直度。

3.鉆進(jìn)攪拌控制

開(kāi)動(dòng)攪拌主機(jī)，并徐徐下降鉆頭與壩基土接觸，開(kāi)始慢速攪拌進(jìn)尺，鉆頭下沉設(shè)計(jì)樁頂開(kāi)始噴漿，用樁架導(dǎo)柱標(biāo)尺和計(jì)時(shí)器聯(lián)合控制鉆進(jìn)攪拌速度。鉆進(jìn)攪拌時(shí)，通過(guò)在導(dǎo)桿立柱上劃分標(biāo)尺來(lái)量測(cè)鉆具鉆進(jìn)速度。挖掘攪拌前，先調(diào)試好深度記錄儀，以鉆頭接觸地面時(shí)定為0深度，以確保深度記錄儀與鉆頭深度的同步性和準(zhǔn)確性，控制鉆進(jìn)深度不小于設(shè)計(jì)深度深層攪拌樁施工時(shí)，攪拌次數(shù)越多，則拌和越均勻，防滲效果越好。試驗(yàn)證明，當(dāng)加固范圍內(nèi)土體任一點(diǎn)的水泥土每遍經(jīng)過(guò)20次的拌和，其強(qiáng)度即可達(dá)到較高值。

本工程采用的刀片為6片，葉片寬度10cm,攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角約60°，攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)為50rev/m i n，攪噴下沉速度為1.0m/m i n、攪拌提升速度為1.5 m/m i n，根據(jù)每遍攪拌次數(shù)公式N=h·cosβ·∑Z·n/V，得 N=0.1×cos60°×6×50/1.0+0.1×cos60°×6×50/1.5=25次>20次，滿足攪拌次數(shù)要求。

圖1 多頭小直徑攪拌樁水泥土截滲墻分單元分序施工示意圖

表1 截滲墻鉆芯檢測(cè)成果表

表2 滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

4.配制漿液控制

采用電子計(jì)數(shù)器控制水量，嚴(yán)格按預(yù)定配合比制作漿液，用比重計(jì)量測(cè)控制漿液的比重。水泥漿液隨配隨用，且不斷攪動(dòng)。在灰漿攪拌機(jī)與集料斗之間設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。漿液存放時(shí)注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)氣溫在10℃以下時(shí)，不宜超過(guò)5h。②當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí)，不宜超過(guò)3h。③漿液溫度應(yīng)控制在5℃～40℃，超出規(guī)定應(yīng)予以廢棄。漿液存放時(shí)間超過(guò)以上規(guī)定的有效時(shí)間，作廢漿處理。

5.注漿控制

挖掘攪拌時(shí)按規(guī)定一次注漿完畢，漿液由注漿泵經(jīng)管路送至挖掘頭，注漿量由無(wú)級(jí)電機(jī)調(diào)速器和自動(dòng)瞬時(shí)流速計(jì)及累計(jì)流量計(jì)監(jiān)控。若中途出現(xiàn)堵管、斷漿等現(xiàn)象，應(yīng)立即停泵，查找原因進(jìn)行修理，待故障排除后再掘進(jìn)攪拌。當(dāng)因故停機(jī)超過(guò)半小時(shí)，應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路妥善清洗。

6.成墻質(zhì)量控制

為保證攪拌樁的樁徑、成墻厚度及攪拌均勻程度，鉆頭齒片端部焊接合金塊，對(duì)使用的鉆頭定期復(fù)核檢查，控制其磨耗量不大于2m m。為確保墻體均勻度，應(yīng)嚴(yán)格控制掘進(jìn)過(guò)程中的注漿均勻性。幅間樁體的連結(jié)是水泥土防滲墻施工最關(guān)鍵的一道工序，在施工時(shí)嚴(yán)格控制樁位和垂直度，保證幅間套接質(zhì)量和墻體的整體連續(xù)性。

五、施工質(zhì)量檢測(cè)

攪拌樁防滲墻的質(zhì)量檢測(cè)主要有開(kāi)挖檢測(cè)、鉆孔取芯檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)等3種形式。

1.有效性深度檢測(cè)

采用地質(zhì)工程鉆機(jī)鉆取了3組芯樣，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

截滲墻有效深度均大于8.0m的設(shè)計(jì)深度。

2.滲透系數(shù)檢測(cè)

上述3組芯樣取出部分芯段，室內(nèi)加工成錐形試塊，檢測(cè)了水泥土截滲墻體的滲透系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

水泥土滲透系數(shù)抽檢3組，檢測(cè)值為 8.49×10-8cm/s～8.84×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求（1＜A＜10）。

3.抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

另取部分上述3組芯樣，加工后形成直徑 71.1m m～72.1m m，高度100m m～101m m的試樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3：

3組無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度推定值為0.74M Pa～5.87M Pa,滿足設(shè)計(jì)要求（≥0.3 M Pa）

4.墻體連續(xù)性檢測(cè)

采用瑞典M ALA公司的RAM AC地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)壩體防滲墻連續(xù)性進(jìn)行檢測(cè)，表明壩體防滲墻連續(xù)，其頂界面位于距頂約2m深處，底界面位于距堤頂10m深處，滿足設(shè)計(jì)要求。

六、結(jié)語(yǔ)

采用多頭直徑深層攪拌樁的方案加固水庫(kù)大壩，有效深度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、樁的連續(xù)性各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，與其他加固方案相比，具有防滲效果較好、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，可以在各類水利工程的防滲處理中廣泛應(yīng)用

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