謝長福 金 昊 白耀坤

(中國水電基礎局有限公司 鄭州 415000)

1 工程概述

鄭州市引黃灌區(qū)龍湖調蓄工程位于鄭州市城區(qū)的東北部——鄭東新區(qū)，具體位置是東風渠北、魏河南、鄭州市森林公園以東、107國道輔道以西，西距市中心約6～8km，南距鄭州新鄭機場約26km，北距黃河9～10km。行政區(qū)劃分屬鄭州市金水區(qū)的祭城鎮(zhèn)、柳林鎮(zhèn)和姚橋鄉(xiāng)。

根據龍湖水系主池區(qū)的總體規(guī)劃成果，龍湖主池區(qū)平面形態(tài)類似恐龍，其水域面積在正常水位85.50m高程時為5.7km2，其中主池區(qū)水域面積為5.6km2，主要是指龍湖水系在東風渠以北的水域，包括龍湖調蓄池主池、中心池和出口4條河道，新建出水閘4座。

本次一期工程施工的區(qū)域為龍湖調蓄池主池區(qū)，主要施工內容為池區(qū)的土方開挖、回填、防滲墻工程、護岸工程。包括池周防滲墻的開挖和混凝土澆筑、池區(qū)土方開挖等。

龍湖調蓄工程防滲墻軸線23.3km，其中砂塘占軸線962m，這些砂塘分布在防滲墻龍背防滲墻軸線和湖心島龍背軸線處，其中龍背防滲墻軸線橫穿五個大小不一的砂塘，湖心島穿過大小不一的兩個砂塘(如圖1所示)。砂塘最大面積達 3.4hm2，最小面積為1.27hm2，水深平均在8～9m，其最深處水深達14m，必須將砂塘回填以形成滿足防滲墻施工的平臺。

圖1 砂塘平面位置布置示意圖(藍色為防滲墻軸線，紅色部分為砂塘)

2 砂塘回填

根據實地勘察，砂塘底部地層為砂層，其滲透系數1.0×10－2～7.0×10－3cm/s，地下水位為 3.0～4.0m，且砂塘的面積大、水面寬，水深最深達14m左右。最初的施工方案為將這些砂坑的水抽干，然后進行土方回填、分層碾壓，然后進行防滲墻施工。但由于砂坑滲透系數大，地下水豐富，經業(yè)主、設計、監(jiān)理同意，直接采用水上填筑，然后自然沉降3個月。具體為:采用自卸汽車進占法卸料，就近取料，土料主要為砂、壤土及部分淤質土組成，由于回填層大部分在水下，無法碾壓，因此，松散的回填層對防滲墻施工將帶來如下不利影響:

a.防滲墻軸線穿過回填的砂塘，若能將砂塘內的水抽干，對填筑的土方可以進行碾壓形成防滲墻施工平臺地基。但砂塘的深度如果超過地下水位，砂層的滲透系數較大，抽排砂塘內的水時，地下水又會補給砂塘內的水，因此砂塘內的水短時間內就不太可能被抽干。

b.在水中填筑土方，其填筑的土料經過水的浸泡后變得松軟，其承載力達不到工程施工的要求，防滲墻抓斗在成槽過程中將會出現塌孔而導致設備塌陷，容易出現人機安全事故。

3 加固方案

3.1 方案的提出

回填的土料在自然情況下沉降3個月，基本能達到穩(wěn)定狀態(tài)，但是，由于征地和拆遷的影響，滯后的工期和后續(xù)的土方開挖以及整體工程的任務已經使工程不能再拖延下去。因此，結合防滲墻施工工期的要求，對回填后的砂塘進行加固處理，顯得尤為重要。根據施工經驗，加固此類地層主要有高壓噴射灌漿、振沖碎石樁、深層攪拌樁3種施工方案。

3.2 方案的選擇

回填的地層加固后，再進行防滲墻造孔作業(yè)，既要加固地層，又不能影響防滲墻造孔，而且加固工期很緊。

第一種方案:高壓噴射灌漿。有旋噴、定噴、擺噴三種方式，在施工過程中，單孔單噴，施工功效較低;噴水泥漿而形成的直徑不容易控制，容易影響防滲墻造孔，因此，這種方案不予考慮。

第二種方案:振沖碎石樁。鄭州位于平原地區(qū)，距離碎石場較遠，采購碎石成本較高，并且施工場地狹窄，不利于碎石的存放，因此，這種方案不適用。

第三種方案:單排聯體深層攪拌樁。采用四頭深攪機進行施工，形成的樁徑容易控制，且施工功效較高，適用于本工程。

深攪法是利用水泥類漿液與土通過深層攪拌樁機葉片強制攪拌成樁，各幅鉆孔攪拌樁搭接形成連成一體的墻體。深層攪拌法和其他造墻工法相比，深層攪拌法表現出如下特點:

a.適用范圍廣，適用于淤泥、淤泥質土、粉質黏土、粉土的軟地基，目前在粉砂土地基中最大的施工深度可達25m。

b.成墻效果好，成墻速度快，特別是雙頭和多頭攪拌樁機，加快了成墻速度。墻體厚度均勻連續(xù)，且不需要開槽，工藝簡單，可避免成孔固壁問題。

c.攪拌樁機施工機具簡單，移位靈活。深層攪拌機械均設有油壓移位裝置，機具可以靈活準確地移位，從而保證相鄰樁體的搭接質量。

d.對周圍的環(huán)境污染較少，在加固過程中對周圍土體無振動、無噪音，對周圍環(huán)境影響較小。

3.3 方案的實施

3.3.1 單排聯體攪拌樁的布置

砂塘填筑完畢后，在防滲墻軸線兩側各60cm處進行2排單排聯體深層攪拌樁(見圖2、圖3)。其直徑為30cm，深度以深入砂塘底部50cm為準。

圖2 深層攪拌樁平面布置圖

圖3 深層攪拌樁立面布置圖(單位:mm)

3.3.2 機械設備

機具設備包括:4頭深層攪拌機、起重機、水泥制配系統(tǒng)、導向設備及提升速度量測設備等。深層攪拌機及與之配套的起吊設備、固化劑制配系統(tǒng)技術性能要求見表1。

表1 深層攪拌法施工主要機械設備技術性能

3.3.3 材料及配比

本深攪的固化劑采用水泥，摻入量一般為加固土重的8% ～16%，每加固1m3土體，摻入水泥約120～160kg，本次攪拌水泥的加入量為12%;經現場取樣測量與計算，回填土層水泥摻量為52.5 kg/m2。

如用水泥砂漿作固化劑，其配合比為1∶1～2。

為增強流動性，利于泵送，可摻入水泥重量0.2%～0.25%的木質素磺酸鈣減水劑，但它有緩凝性，為此用硫酸鈉(摻量為水泥用量的1%)和石膏(摻量為水泥用量的2%)與之復合使用，以促進速凝、早強。水灰比為1∶1。

3.3.4 施工方法及工藝流程

3.3.4.1 施工方法

a.施工準備:施工前對道路、風、水、電、施工平臺、泥漿系統(tǒng)進行布置，對將要進行深層攪拌法施工的場地事先加以平整。徹底清除地上、地下和空中的一切障礙。

b.樁位放樣:由現場技術員和測量技術員根據設計圖紙和測量控制點放出樁位，樁位平面偏差不大于5cm。

c.攪拌樁機就位，樁身垂直度控制:為保證樁體垂直，首先根據現場施工條件將樁機支穩(wěn)、底座墊平，樁機支穩(wěn)后，采用水平尺檢測，使得樁身垂直度達到1%以上。

d.預攪下沉:啟動深層攪拌機電動機，根據土質情況按計算速率，放松卷揚機，使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進至樁底標高。

e.注漿、攪拌、提升:深層攪拌機下沉至設計深度后，開動灰漿泵，待純水泥漿到達攪拌頭后，按計算要求的速度提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，直提升到離地面50cm處或樁頂設計標高后再關閉灰漿泵。

f.重復攪拌下沉:攪拌機注漿提升至設計頂面標高時，關閉水泥灰漿泵，為使地層和漿液攪拌均勻，再次將攪拌機邊攪拌邊下沉至樁底設計標高。

g.重復攪拌提升:邊攪拌邊提升(不注漿)至離地面30cm處，回填水泥土并壓實，即完成一根樁的成樁。

h.關閉攪拌機、移位:關閉攪拌機，移動攪拌機至下一個樁位。

3.3.4.2 工藝流程

施工工藝流程見圖4。

3.3.5 主要施工參數

下沉速度為:0.5～0.8m/min;提升速度為:0.5m/min;

攪拌轉速為:30～50rod/min;漿液流量為:50L/min。

3.4 方案的效果

單排聯體深層攪拌樁總共完成8700m2，折合29000延米。加固完成之后，隨即進行了防滲墻造孔作業(yè)，在回填層未出現塌孔漏漿現象。深攪法加固地層起到了明顯的效果。

圖4 攪拌樁施工流程圖

3.5 質量檢測

在施工過程中，對水泥進行了2組取樣檢測，檢測結果滿足質量要求。深攪結束后，對攪拌樁進行了抽樣檢測，共取樣4組，在試驗室進行了7天無側限抗壓強度檢測，其平均抗壓強度為0.57MPa。

4 結語

a.砂塘回填層的成功加固，直接關系到龍湖外圍防滲墻的封閉，關系到龍湖內部基坑排水，關系到地下水面以下的土方開挖。砂塘回填層的成功加固將龍湖調蓄工程整個工期提前了3個月，其經濟效益及社會效益顯而易見。

b.為了加快工程進度，不受填筑材料的限制，將砂塘進行快速回填?；靥顭o需排水及碾壓，回填之后在防滲墻兩側進行單排聯體深層攪拌樁加固處理回填區(qū)，加固結束后，再填筑50cm左后的磚渣予以硬化，形成滿足抓斗行走及混凝土罐車澆筑的施工平臺，以達到采用抓斗施工的目的，大大加快了施工效率。這種在砂塘回填或者松散地層采用的快速加固技術，在龍湖龍背部分防滲墻施工中得到了成功的應用，可供其他類似工程參考。