王 豐

( 新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊830049)

1 深層攪拌成墻技術(shù)簡(jiǎn)介

深層攪拌成墻技術(shù)是利用水泥或其他材料作為固化劑，通過特制的攪拌機(jī)械，在土壤深處將需加固的土體與固化劑強(qiáng)制攪拌，使固化劑與土壤產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使土壤硬結(jié)成具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的防滲體。深層攪拌施工工藝是利用專用機(jī)械向土壤中注入水泥漿( 或石灰、粉煤灰等其它添加劑) ，通過強(qiáng)制攪拌，從而提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度和防滲能力是一種新的防滲技術(shù)。目前，已廣泛應(yīng)用在水利工程以及其他的防滲加固工程中。

深層攪拌成墻技術(shù)的關(guān)鍵是針對(duì)工程各種土的性質(zhì)，選擇合適的固化劑及外摻劑，確定不同的配比參數(shù)。深層攪拌防滲加固技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、無振動(dòng)、無噪聲、無污染、加固費(fèi)用低等特點(diǎn)。

根據(jù)目前的深層攪拌成墻技術(shù)的施工工藝，攪拌墻可布置成柱狀、壁狀和塊狀3 種型式，在防滲加固工程中主要采用采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌墻部分重疊搭接即成為璧狀加固型式，形成水泥土防滲墻，這種墻具有較高的抗?jié)B性能，可以成為良好的防滲體。

深層攪拌成墻技術(shù)最適宜加固各種成因的飽和軟黏土，常用于淤泥、淤泥泥質(zhì)土、黏土、亞黏土等地層的防滲加固，成墻深度可達(dá)15 ～18 m。具有施工速度快，一般每臺(tái)深層攪拌機(jī)建造攪拌墻截滲墻的工效達(dá)13．2 m2/臺(tái)·h。造價(jià)低，只有混凝土墻截滲、高噴水泥土墻造價(jià)的30%左右。

2 固化劑的選擇

深層攪拌成墻固化劑一般都選用水泥，也可選用其他的添加材料比如:石膏、粉煤灰等。根據(jù)我們?cè)谝鸭庸痰乃畮?kù)工程實(shí)踐中得出:水泥的摻入量是被加固土重的7% ～15%，每加固1 m3土，摻入水泥約110 ～160 kg。添加劑可根據(jù)工程需要選用具有早強(qiáng)、緩凝、節(jié)省水泥等性能的材料(一般多選擇粉煤灰)，為增強(qiáng)流動(dòng)性可摻入水泥重量0．2% ～0．25%的木質(zhì)磺酸鈣，1%的硫酸鈉和2%的石膏，水灰比為0．43 ～0．5。

3 質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

3.1 質(zhì)量控制

施工使用的固化劑和添加劑必須先通過室內(nèi)試驗(yàn)得出的結(jié)果，再根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，最后才能確定出所需控制的各項(xiàng)控制指標(biāo)進(jìn)行施工。固化劑的配比應(yīng)嚴(yán)格按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所確定的配比進(jìn)行拌制。當(dāng)制備好的漿液送入土壤中，漿液不得產(chǎn)生離析現(xiàn)象，必須連續(xù)進(jìn)漿。在施工中漿液的用量、固化劑與添加劑的用量以及攪拌的時(shí)間等應(yīng)有專人記錄( 通常采用電腦控制) 。

在施工中應(yīng)修建施工平臺(tái)并保證設(shè)備的平整度和垂直度，攪拌墻的垂直度偏差≤1．0%，墻位偏差≤50 mm。攪拌過程中不宜加水，只有當(dāng)遇到較硬土層時(shí)，方可加適量的水，但應(yīng)考慮到水對(duì)墻體強(qiáng)度的影響，在不影響墻體質(zhì)量的情況下適量加水。

3.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

施工前應(yīng)檢查水泥及外摻劑的質(zhì)量、墻位、攪拌機(jī)工作性能，各種計(jì)量設(shè)備( 主要是水泥漿計(jì)及其他計(jì)量裝置) 。

在施工中應(yīng)隨時(shí)檢查:機(jī)頭提升速度，水泥注入量、添加劑的注入量，并隨時(shí)觀測(cè)攪拌墻的深度及標(biāo)高確定是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)攪拌墻在成墻7 d 后，用輕便觸控器鉆取墻體加固土樣，觀察攪拌均勻程度，同時(shí)根據(jù)輕便觸探擊數(shù)，用對(duì)比法判斷墻身強(qiáng)度。檢驗(yàn)的數(shù)量應(yīng)不少于已完成數(shù)的2%。當(dāng)攪拌墻在成墻28 d 后，應(yīng)隨機(jī)抽取合適部位進(jìn)行開挖，對(duì)墻體進(jìn)行觀察并取墻體土樣在室內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)度、滲透系數(shù)的試驗(yàn)，檢驗(yàn)的數(shù)量應(yīng)≥3 組。具體水泥土攪拌墻質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 水泥土攪拌墻質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 應(yīng)用實(shí)例

該項(xiàng)技術(shù)自2002年應(yīng)用以來，已經(jīng)在新疆呼圖壁縣大海子水庫(kù)、英吉沙縣阿克爾水庫(kù)、麥蓋提縣吉仁力瑪水庫(kù)、疏附縣紅旗水庫(kù)、吉木薩爾縣八家地水庫(kù)、圖木舒克市永安壩水庫(kù)等20 余座水庫(kù)的除險(xiǎn)加固防滲工程中得到了應(yīng)用，并取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

在上述工程中我們根據(jù)不同的被加固土質(zhì)進(jìn)行了室內(nèi)、野外試驗(yàn)，分析在同種土質(zhì)中水泥、粉煤灰摻量分別對(duì)攪拌墻的強(qiáng)度、滲透系數(shù)的變化。通過分析得出同種土質(zhì)在摻入同樣比例的水泥和粉煤灰后攪拌墻的強(qiáng)度和滲透系數(shù)之間的變化關(guān)系。

在實(shí)際工程中，試驗(yàn)過程可分為兩部分進(jìn)行:室內(nèi)試驗(yàn)和野外試驗(yàn):

1) 室內(nèi)試驗(yàn)。在室內(nèi)分別對(duì)砂土、黏土、細(xì)砂3 種土質(zhì)的水灰比進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，對(duì)黏土而言，水泥土試樣的滲透系數(shù)最小，值為2．3×10－8cm/s，90 d 強(qiáng)度最大，值為3．67 MPa;水灰比為2．23∶1∶0;的水泥土試樣的滲透系數(shù)為2．5×10－7cm/s，90 d 強(qiáng)度為3．65 MPa;水灰比為4．4∶1∶1。綜合水灰比和滲透系數(shù)兩個(gè)指標(biāo)考慮，可以確定黏土的水灰比為2．23∶1∶0。對(duì)細(xì)砂而言，最優(yōu)的水泥土試件，其滲透系數(shù)為3．9×10－7cm/s，水灰比為3．8∶1∶1。對(duì)砂土而言，只做了一組試驗(yàn)，其滲透系數(shù)滿足抗?jié)B要求為7．6×10－7cm/s。

2) 野外試驗(yàn)。在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇合理的配合比，將其與野外試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攪拌墻試驗(yàn)，取出墻體土樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗?jié)B試驗(yàn)，與其室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行比較，得出符合工程實(shí)際的最優(yōu)配合比并應(yīng)用到工程中。

3.3.2 相同土質(zhì)的水泥添加量試驗(yàn)

在上述工程中我們根據(jù)不同的被加固土質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，分析在同種土質(zhì)中水泥的添加量，當(dāng)水泥摻量分別為10%、15%、20%時(shí)，其中當(dāng)粉煤灰摻量分別為水泥用量的50%、100%時(shí)，水泥土的滲透系數(shù)分別發(fā)生不同的變化。通過分析得出摻入同樣比例的水泥和粉煤灰，水泥土的強(qiáng)度和滲透系數(shù)之間的變化關(guān)系。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，制定出工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，進(jìn)行不同水灰比的試驗(yàn)，在攪拌墻內(nèi)用取樣器取出3 組不同深度的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

野外水泥漿配比試驗(yàn)方案:

水泥配比設(shè)計(jì)試驗(yàn)組合:6 組試驗(yàn)段每組12 根雙排組合墻深8 m。

a 水灰比1∶1 測(cè)試項(xiàng)目取樣時(shí)間:7、28、90 d

b 水灰比1∶2．5 測(cè)試項(xiàng)目取樣時(shí)間:7、28、90 d

c 水灰比1∶1．5 測(cè)試項(xiàng)目取樣時(shí)間:7、28、90 d

28 d 壓水試驗(yàn)90 d 破壞試驗(yàn)

d 水灰比1∶1 參入等量粉煤灰

e 水灰比1∶1．5 參入等量粉煤灰

水泥用2．5R 普通硅酸鹽水泥，采用庫(kù)內(nèi)水。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

1) 分別在黏土和細(xì)砂中，摻入同樣比例的水泥和粉煤灰，細(xì)砂水泥土的強(qiáng)度高于黏土水泥土強(qiáng)度，在試驗(yàn)中可以看出90 d 強(qiáng)度試驗(yàn)高于28 d 的46．8%，滲透系數(shù)在同一數(shù)量級(jí)，沒有大的差異。

2) 無論是砂土、細(xì)砂或黏土，從同一配合比的水泥土的后期強(qiáng)度中可明顯看出，90 d 的強(qiáng)度將高于28 d 的強(qiáng)度。

3) 在黏土中，相同的水泥摻量10%，加入不同摻量的粉煤灰(5%和10%) ，從試驗(yàn)結(jié)果中得出:28 d 強(qiáng)度基本相同，90 d 強(qiáng)度增長(zhǎng)25%，但滲透系數(shù)增長(zhǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

4)在細(xì)砂中，相同的水泥摻量10%，不同的粉煤灰摻量為5%、10%，從試驗(yàn)結(jié)果中可以得出:90 d 強(qiáng)度分別為0．97、2．6、4．2 MPa，因此，強(qiáng)度是隨著粉煤灰的摻量的增加而增加。

5) 在黏土中水泥土的強(qiáng)度與水泥摻量成正比，水泥摻量為10%的90 d 最高強(qiáng)度為1．9 MPa，平均90 d 強(qiáng)度1．4 MPa，因此，在黏土土質(zhì)中，墻體的水泥摻量為10% 時(shí)，強(qiáng)度值＞3 MPa 是不可能的。

6) 在黏土中，墻體水泥摻量為15%時(shí)，90 d 平均強(qiáng)度為3．78 MPa。

7) 在細(xì)砂中，墻體水泥摻量為15%時(shí)，90 d 平均強(qiáng)度為2．88 MPa，當(dāng)摻入適量的粉煤灰時(shí)，強(qiáng)度明顯增加。

8) 無論是黏土水泥土還是細(xì)砂水泥土，當(dāng)水泥摻量為20%時(shí)，90 d 的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到＞4 MPa。

4 結(jié) 論

從以上試驗(yàn)分析可以得到以下成果:

1) 當(dāng)在墻體中水泥摻量為10% 時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)為1 ～1．2 MPa，滲透系數(shù)為10－6。

2) 在墻體中，當(dāng)水泥摻量為15%時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)為3 MPa，滲透系數(shù)為10－6。

3) 在墻體中，當(dāng)水泥摻量為20%時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)為4 MPa，滲透系數(shù)為10－6。

4) 為提高墻體的后期強(qiáng)度和防滲效果建議: 摻入5% ～10%的粉煤灰。

［1］董哲仁. 堤壩除險(xiǎn)加固實(shí)用技術(shù)［M］. 中國(guó)水利水電出版社，1998.

［2］新疆水利水電科學(xué)研究院. 新疆麥蓋提縣吉仁力瑪水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)［R］. 烏魯木齊:新疆水利水電科學(xué)研究院，2008.

［3］新疆水利水電科學(xué)研究院. 新疆呼圖壁縣大海子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)［R］. 烏魯木齊: 新疆水利水電科學(xué)研究院，2004.

［4］新疆水利水電科學(xué)研究院. 新疆英吉沙縣阿克爾水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)［R］. 烏魯木齊: 新疆水利水電科學(xué)研究院，2006.