□劉勝利（河南省山河建設(shè)工程管理有限責(zé)任公司）

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簡(jiǎn)述水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的應(yīng)用

□劉勝利（河南省山河建設(shè)工程管理有限責(zé)任公司）

摘要：結(jié)合水庫(kù)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目中大壩防滲工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，從對(duì)土石壩防滲工程進(jìn)行防滲方案的選擇、施工布置、質(zhì)量控制，試驗(yàn)檢測(cè)等方面簡(jiǎn)述了水泥土攪拌樁在水庫(kù)土石壩防滲工程的相關(guān)應(yīng)用，對(duì)解決部分水庫(kù)土石壩防滲問(wèn)題提供了一種經(jīng)濟(jì)上可行、技術(shù)上合理且操作又簡(jiǎn)單的土石壩防滲施工措施。

關(guān)鍵詞：土石壩；水泥土；攪拌樁；防滲工程；試驗(yàn)檢測(cè)

0　前言

水泥土攪拌樁是指以水泥作為固化劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械，將水泥漿（粉）和基礎(chǔ)土石進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，使軟土凝結(jié)成具有整體性、連續(xù)性和一定強(qiáng)度樁體的處理方法。水泥土攪拌樁分為深層攪拌法和粉噴攪拌法，深層攪拌法以水泥漿作為固化劑，簡(jiǎn)稱(chēng)濕法；粉噴攪拌法，以干水泥粉作為固化劑，簡(jiǎn)稱(chēng)干法。本防滲工程施工采用的是深層攪拌法。

1　工程概況

該水庫(kù)建于1957年，屬于?。?）型水庫(kù)。主要建筑物有大壩（土石壩）、溢洪道、輸水洞；水庫(kù)右側(cè)為一條天然排水溝，水庫(kù)下游有4個(gè)相互聯(lián)通的魚(yú)塘。

1.1水庫(kù)水文地質(zhì)條件

資料顯示水庫(kù)所處地形為丘陵，場(chǎng)區(qū)地層除壩體為人工填土外，主要為第四系全新沖積成因的低液限黏土、上更新統(tǒng)沖洪積成因的低液限黏土和卵石及砂巖等。由于水庫(kù)受附近煤礦向水庫(kù)排水影響，常年處于高水位工作狀態(tài)，水庫(kù)蓄水除補(bǔ)充地下水和輸水洞及溢洪道的正常下泄外，還有一部分水因庫(kù)區(qū)蓄水位高水壓大而從壩體或壩肩滲流到下游。后經(jīng)省級(jí)水庫(kù)安全鑒定專(zhuān)家組鑒定，本水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩，需對(duì)土石大壩等建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1.2大壩加固方案對(duì)比和選擇

因本水庫(kù)大壩建設(shè)年代久，壩體所用填充材料等級(jí)低，而且基巖風(fēng)化嚴(yán)重。在水庫(kù)上游水位高、壩體滲流水壓大的情況下進(jìn)行防滲加固，慣用的灌漿防滲技術(shù)難以固結(jié)形成理想的防滲墻體系。經(jīng)討論，將以下三種防滲加固處理方案從經(jīng)濟(jì)可行方面對(duì)比選擇：

1.2.1方案一：高壓化學(xué)灌漿的方案。

一種用于加固結(jié)構(gòu)的高壓化學(xué)灌漿，利用機(jī)械的高壓動(dòng)力，可在3-6 s內(nèi)提升至4500psi（300 kg/cm2）以上工作壓力，將液體的止水劑可有效灌注至0.10 mm的細(xì)微裂縫中，施工效率較傳統(tǒng)技術(shù)快三倍以上，防水止漏效果更為持久有效。但在此水庫(kù)基礎(chǔ)和壩體材料條件下難以固結(jié)成理想的防滲體系，很難預(yù)估防滲效果而且造價(jià)高。

1.2.2方案二：混凝土護(hù)坡

將大壩上游正常蓄水位以下軟弱土層和淤泥清除并夯實(shí)，分層回填15 cm的反濾料，然后全部采用20 cm厚的C25防滲防凍混凝土進(jìn)行全面護(hù)坡。此方案需要放空水庫(kù)蓄水到死水位，并且需要在大壩上游高筑施工圍堰，此方案的施工難度大、工程造價(jià)最高，不經(jīng)濟(jì)又難以實(shí)施。

1.2.3方案三：水泥土攪拌樁

施工軸線在壩軸線上游1 m，施工范圍是左壩肩向右80 m，左壩肩及壩基底部都切入基巖，本方案垂直于結(jié)合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進(jìn)行防滲處理。通過(guò)深層攪拌機(jī)械和高壓旋噴水泥漿，在壩體深部就地將軟粘土和水泥粉強(qiáng)制攪拌，使自然壩基與樁體硬結(jié)成具有整體性的復(fù)合性防滲墻體系，單位造價(jià)適中且防滲理論效果較好。

經(jīng)比較以上三種方案中的方案三費(fèi)用低且易于實(shí)施，也是目前其它工程軟基處理采用較多的加固方式。根據(jù)本水庫(kù)目前的運(yùn)行情況，優(yōu)化后的施工圖采用了方案三的大壩防滲方案。

2　水泥土攪拌樁的布置施工

2.1樁的布置

大壩底部持力層為砂質(zhì)粘土層或泥巖層，要求復(fù)合基礎(chǔ)承載力≥150 kPa，本方案垂直于結(jié)合面在壩頂采用一道水泥土攪拌樁進(jìn)行防滲處理。防滲范圍：攪拌孔采用單排兩序孔，施工軸線在壩軸線上游1 m，樁徑450 mm，樁心距333.30 mm，處理范圍是從左壩肩0+00向右80 m，最大設(shè)計(jì)鉆孔深度下至高程207.00 m，上至壩頂。攪拌樁穿透壩體回填層，樁端進(jìn)入砂質(zhì)或泥巖粘土層≥1.00 m，樁長(zhǎng)9～17 m，共計(jì)約240根。

2.2水泥摻量

水泥土攪拌樁的固化劑選用普通硅酸鹽水泥，均采用42.5MPa水泥，控制水灰比為0.50～0.55，墻體滲透系數(shù)＜i×10-6cm/s。

2.3水泥土攪拌樁施工

2.3.1施工工序：

鉆孔定位→攪拌下沉→注漿攪拌提升→重復(fù)攪拌下沉→二次提升攪拌。

2.3.2材料要求：

選用42.50 MPa普通硅酸鹽水泥，根據(jù)工程地質(zhì)條件，通過(guò)室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn)確定經(jīng)濟(jì)合理的水泥用量、適宜的水灰比和外加劑，要求樁體滲透系數(shù)≥i×10-6cm/s，水泥參入比控制在10%～12%。

2.3.3施工過(guò)程要求

①嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)配比確定的水灰比制漿和控制提升速度，以保證樁體內(nèi)水泥量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)椴煌翆?，可以有不同的配比，所以也就有不同的提升速度或不同的輸漿速度。②開(kāi)鉆前必須清場(chǎng)排障，防止機(jī)械失穩(wěn)，同時(shí)調(diào)試檢查樁機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，輸漿管和注漿管是否暢通。③攪拌樁施工必須做好施工記錄，內(nèi)容包括：樁位、施工日期、開(kāi)鉆時(shí)間、提升速度、水灰比、注漿時(shí)間段、成樁結(jié)束時(shí)間等。④攪拌樁機(jī)器每根樁的最初兩次提升速度應(yīng)控制在2.00～3.00 min/m，宜用流量計(jì)控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.40～0.60 MPa。

2.3.4攪拌樁搭接注意事項(xiàng)：

①樁與樁搭接間隔時(shí)間≤24 h；②若因特殊原因超過(guò)24 h，應(yīng)對(duì)最后一根樁先進(jìn)行孔鉆留出榫頭，以待下批樁的搭接。③若間歇時(shí)間太長(zhǎng)，第二根樁無(wú)法搭接，應(yīng)在設(shè)計(jì)、建設(shè)和監(jiān)理單位認(rèn)可后，采取局部補(bǔ)樁或注漿措施。④施工標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》。

2.3.5質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.3.5.1嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量

按照施工設(shè)計(jì)圖紙的要求選用對(duì)應(yīng)型號(hào)的水泥，同時(shí)落實(shí)對(duì)進(jìn)場(chǎng)后水泥的保護(hù)，如預(yù)防地面返潮的塑料布、預(yù)防被雨雪的雨棚等應(yīng)急設(shè)施。最先采購(gòu)進(jìn)場(chǎng)的水泥要優(yōu)先利用，倉(cāng)庫(kù)要有足夠水泥倉(cāng)儲(chǔ)量，以保證供應(yīng)水泥的連續(xù)性。

2.3.5.2嚴(yán)抓現(xiàn)場(chǎng)管理

項(xiàng)目部向監(jiān)理部申報(bào)具有針對(duì)性的施工現(xiàn)場(chǎng)管理措施和專(zhuān)項(xiàng)施工方案。開(kāi)工前必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)系列的技術(shù)培訓(xùn)和施工交底，委派2名以上熟悉攪拌樁技術(shù)施工工序和水庫(kù)大壩加固技術(shù)的工程技術(shù)員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)輪流作業(yè)指導(dǎo)。施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前要嚴(yán)格檢修和排查，鉆頭等易損部件的備用件要配備齊全，確保攪拌樁的施工全過(guò)程規(guī)范、可控、連續(xù)、可靠。

2.3.5.3嚴(yán)控樁體強(qiáng)度和均勻性

因水泥土攪拌樁的固結(jié)劑只有水泥，要保證樁體強(qiáng)度必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配比參入水泥的摻量。施工期間，項(xiàng)目部必須委派2名以上的專(zhuān)業(yè)記錄人員在制漿處和鉆機(jī)旁如實(shí)記錄水泥參入量及對(duì)應(yīng)的施工樁號(hào)、噴將度量、攪拌速度、首鉆鉆入和提升速度，復(fù)鉆的鉆入和提升速度等參數(shù)。發(fā)現(xiàn)參數(shù)偏離設(shè)計(jì)范圍時(shí)，要及時(shí)提醒施工機(jī)械操作人員和技術(shù)員進(jìn)行更正調(diào)整。為確保成樁的直徑符合設(shè)計(jì)要求，必須在一序孔和二序孔交替施工期間不間斷的檢測(cè)鉆頭的磨損程度，鉆頭（擺鉆）直徑磨損量＞1 cm時(shí)要及時(shí)更換，并做好更換記錄。

2.4攪拌樁施工要點(diǎn)

①樁機(jī)就位后必須先進(jìn)行穩(wěn)定加固和平衡調(diào)整，保證鉆機(jī)鉆桿的垂直度不大于誤差范圍。攪拌樁施工過(guò)程中須做好鉆孔記錄，勤檢查水泥的標(biāo)號(hào)和外觀質(zhì)量、水泥漿液的水灰比、噴漿速度、鉆孔速度和深度、攪拌時(shí)間、提升速度等。②攪拌樁施工機(jī)械應(yīng)有自動(dòng)測(cè)量鉆機(jī)鉆孔深度的刻度裝置以及水泥漿液噴漿壓力和速度的儀表等。開(kāi)工前要對(duì)鉆孔機(jī)械、制漿設(shè)備、噴漿設(shè)備等進(jìn)行檢查校核，施工期間也要不定期的檢修排查。③為保證成樁后的防滲效果，攪拌樁的施工必須連續(xù)，樁機(jī)鉆頭的鉆入和提升速度必須均勻。若因特殊情況而中斷噴漿時(shí)，須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行重復(fù)鉆孔并噴漿攪拌，鉆機(jī)重復(fù)下鉆至中斷噴漿點(diǎn)以下且≥1 m的位置，等到噴漿系統(tǒng)恢復(fù)正常噴漿后再按設(shè)計(jì)提升速度提升噴漿并攪拌。④施工環(huán)保及安全方面，現(xiàn)代化施工需確保對(duì)周?chē)h(huán)境的保護(hù)和人材機(jī)的安全，因水庫(kù)大壩一般不受交通條件限制，大部分可以隔離施工；若距離居民區(qū)較近或有交通需要，可以采用霧森消塵技術(shù)及隔音板圍擋等，以減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染和居民的干擾?，F(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械操作人員和技術(shù)人員需佩戴安全帽、防電絕緣手套、安全服裝、絕緣防滑鞋等防護(hù)用品，同時(shí)謝絕非施工人員隨意進(jìn)出施工場(chǎng)地。

3　試驗(yàn)檢測(cè)

3.1檢測(cè)范圍及內(nèi)容

檢測(cè)范圍為本水庫(kù)除險(xiǎn)加固大壩水泥土攪拌樁防滲工程，檢測(cè)內(nèi)容為防滲墻墻體的連續(xù)性、均勻性以及墻體滲透系數(shù)。3.2檢測(cè)依據(jù)

該水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)資料：《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范》水利水電工程物探規(guī)范》《水工水泥土試驗(yàn)規(guī)程》水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》。

3.3檢測(cè)方法

主要采用探地雷達(dá)法、開(kāi)挖檢查法，注水實(shí)驗(yàn)法等。

3.4檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)本次水泥土攪拌法施工形成的塑性水泥土防滲墻工程進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果分析如下：探地雷達(dá)法檢測(cè)范圍內(nèi)，圖像穩(wěn)定性好，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的異常區(qū)域，判斷防滲墻體連續(xù)性較好；注水試驗(yàn)共進(jìn)行10孔、20段，從計(jì)算結(jié)果看范圍值在2.08×10-6～2.60×10-6cm/s之間，均滿足設(shè)計(jì)要求；從隨機(jī)選取區(qū)域的開(kāi)挖情況看，防滲墻墻體密實(shí)性好，沒(méi)有出現(xiàn)加泥和分縫現(xiàn)象。

4　結(jié)　語(yǔ)

此文章結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)水泥土攪拌樁在土石壩防滲工程中的防滲方案定選、施工質(zhì)量控制以及試驗(yàn)檢測(cè)等做了簡(jiǎn)單陳述，不到之處請(qǐng)多指教。

（責(zé)任編輯：薛靜）

中圖分類(lèi)號(hào)：TV543. 8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8853（2016）04-0056-02

收稿日期：2016-02-16