王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，山西 大同 037000）

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻在文瀛湖水庫中的應用

王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，山西 大同 037000）

文瀛湖水庫經(jīng)防滲改造，對圍堤進行了垂直防滲處理，對庫區(qū)滲漏“天窗”采取垂直防滲與水平防滲相結合的方案，將原有的滲漏通道截斷，徹底根治了庫區(qū)蓄水后因圍堤滲漏形成的庫外庫現(xiàn)象；起到了比較好的防滲效果。說明多頭小直徑深層攪拌樁水泥土防滲墻在大同市文瀛水庫中的應用是成功的，可為今后類似工程提供借鑒。

水泥土防滲墻；施工；應用；經(jīng)驗

1 工程概況

1.1 工程簡介

文瀛湖水庫位于大同市御東新區(qū)，是一座旁引中型水庫，水庫主壩長1.1 km，副壩長8.25 km，圍堤總長9.35 km，最大壩高6.0 m，設計總庫容1 036萬m3。水庫始建于1957年，雖然1990年及2004年分別對文瀛湖水庫加固進行了改造及綜合治理，但堤基及庫區(qū)仍然滲漏嚴重，日滲漏量約7.97萬m3，湖水逐漸干枯，不能正常運行。隨著大同市御東區(qū)的開發(fā)建設，為重現(xiàn)文瀛湖碧水藍天的自然景象，大同市政府對庫區(qū)進行了防滲改造、引水渠改建及環(huán)境美化等綜合治理。

1.2 工程地質

工程所在地段勘察最大揭露深度12 m，按巖性劃分為四層，自上而下分別為：一層填土（）：人工填筑的圍堤土體，成分較復雜，主要為粉土、含砂及礫石。厚度一般在3.5～4.0 m。

2 設計要求

文瀛湖水庫防滲改造包括垂直防滲和水平防滲。其中，堤基為垂直防滲，庫區(qū)南部“天窗”及隔水層較薄部位，采用水平防滲和垂直防滲相結合的防滲方案。水泥土防滲墻設計參數(shù)：28 d抗壓強度≥1 MPa，滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s，破壞比降≥200，彈性模量≤1 000 MPa。

3 水泥土防滲墻施工

垂直防滲采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻（以下簡稱水泥土防滲墻）。防滲墻深入相對隔水層二層粉土（北部）及四層粉質粘土（南部）1 m，防滲墻厚度為0.3 m。局部輔以高壓噴射灌漿（旋噴）防滲墻，用于連接堤上縱向防滲墻與堤上建筑物的防滲封閉。此外，對于圍堤局部地段有孤石及地下障礙物處均采用旋噴防滲墻與兩側水泥土防滲墻相接。

3.1 水泥土防滲墻防滲方案

3.1.1 壩基、壩體垂直防滲

對圍堤用水泥土防滲墻施工，北部防滲墻進入隔水層二層1 m，南部防滲墻進入隔水層四層1 m。

3.1.2 庫內滲漏“天窗”垂直防滲

防滲北部用二層作為隔水層，南部用四層作為隔水層，首先查明兩個隔水層的分布界限和范圍，其次查明庫區(qū)滲漏“天窗”分布范圍及界限。

庫區(qū)滲漏“天窗”處理，先在滲漏“天窗”周邊用水泥土防滲墻進行防滲處理，防滲墻深入到隔水層四，“天窗”內用防水毯進行水平防滲，防水毯與防滲墻進行搭接，垂直防滲墻與防水毯共同構成“天窗”的防滲體系。

3.2 水泥土防滲墻施工工藝

使用多頭小直徑深層攪拌防滲樁機，就位調平，啟動主機，通過主機的傳動裝置帶動主機上的鉆桿轉動，以一定的推動力把鉆頭向土層鉆進至設計深度，提升攪拌到孔口。在鉆進和提升的同時，用漿泵將水泥漿由輸漿管輸進鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體，經(jīng)過強制攪拌使土體與水泥拌合均勻，硬結后成為具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性并具有一定強度的水泥土防滲墻。

3.3 水泥土防滲墻施工方法

本工程設計防滲墻厚度為300 mm，深度不大于15.0 m，防滲墻總面積為88 067 m2。投入一次成墻設備BJS-18Y型樁機，采用兩序成墻工藝施工。依據(jù)施工設備技術參數(shù)，攪拌樁軸間距為320 mm，采用兩次成墻工藝，樁間搭接180 mm，搭接處最小墻厚達300 mm，單元墻長度960 mm。

掘攪水泥土防滲墻主要施工方法是：使用深層攪拌防滲型樁機，就位調平，啟動主機，通過主機的傳動裝置帶動主機上的鉆桿轉動，以一定的推動力把鉆頭向土層鉆進至設計深度，提升攪拌到孔口。在鉆進和提升的同時，用漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體，使水泥漿和原土充分拌和完成一序墻的施工，縱向移動主機，就位調平，進行下一序墻的施工，多次重復上述過程形成一道水泥土防滲墻。作業(yè)程序如下：主機就位并調試，安裝水泥漿液制備系統(tǒng)；主機調平，制漿系統(tǒng)同時拌制水泥漿；啟動主機，使多鉆頭同時轉動并向下鉆進，同時開啟輸漿系統(tǒng)，邊攪拌鉆進邊噴漿直至達到設計深度；反轉提升并攪拌噴漿到地面，完成一序墻的施工，樁機向前移動160 mm，進行第二序施工，兩序墻都完工后，即完成一個單元的施工；樁機整機沿預定的方向向前移動800 mm，進行第二個單元墻的施工，如此連續(xù)作業(yè)，最終形成一道具有一定強度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性的水泥土防滲墻。

3.4 水泥土防滲墻施工質量控制要點

3.4.1 施工前控制

地質復勘，沿壩軸線每50 m打一先導孔，由監(jiān)理見證，施工人員現(xiàn)場測量巖芯長度，劃分地層，確認透水層與相對不透水層或弱透水層分界線，決定防滲墻深度。

經(jīng)室內和生產(chǎn)試驗并經(jīng)設計單位批準，施工中水泥摻入比按12%，水灰比按1.8∶1控制施工。鉆進提升速度：鉆進速度0.3～1.3 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。機架垂直度：機架偏斜誤差0.2%。

3.4.2 施工過程控制

配制水泥漿：嚴格按照擬定的水灰比配制水泥漿，水泥漿液隨配隨用，灰漿攪拌機同時不斷攪動，制備好的漿液不得離析。停置時間：當氣溫在10℃以上時超過2 h，10℃以下時超過5 h均應按廢漿處理。樁機就位、調平：樁位偏差在10 mm內；施工前對場地進行平整，保證樁機調平后穩(wěn)固不發(fā)生傾斜、移動，保證樁體的垂直度。鉆進：在鉆進過程中，根據(jù)土層情況保持適當?shù)你@進速度，一般在0.3～1.3 m/min，為減少鉆進阻力，鉆進時適量噴漿。樁機安裝深度自動記錄儀，嚴格按照施工要求控制下鉆深度、噴漿面停漿面，確保樁長、深度。提升噴漿攪拌：在提升過程中，控制提升速度，0.8～1.2 m/min，提升速度和輸漿量相匹配且輸漿連續(xù)，并有專人記錄。樁機移位：沿施工方向每10～15 m設置軸線控制線，設備沿軸線控制線移動，對位按定位標尺距離移動，確保軸線偏差和樁位偏差控制在允許范圍內。

為確保成墻厚度，鉆頭直徑使用350 mm并定期復核檢查，其直徑磨耗量不大于10 mm，否則進行補焊。

相交樁體時間不超過16 h，特殊原因超過16 h，采取貼樁處理措施。

特殊情況處理：在掘攪水泥土防滲墻施工過程中遇到塊石、地下涵洞等地下障礙物無法施工時，先施工至障礙物深度或暫時跳過障礙物施工，以后采用高噴灌漿處理。

3.5 水泥土防滲墻質量檢測結果

在水泥土防滲墻取樣54組、高噴防滲墻取樣32組，檢測抗壓強度、滲透系數(shù)、破壞比降和彈性模量，檢驗結果滿足設計要求，具體見表1。

表1 水泥土防滲墻有關設計指標及檢測結果

4 工程完工后觀測資料分析

4.1 初期運行監(jiān)測資料分析

2012年，通過御河干渠從御河河道引水200萬m3，從孤山水庫引水800萬m3，通過冊田供水管道從冊田水庫引水700萬m3，共引水1 700萬m3，蓄水9個月，目前庫存水量800萬m3。不考慮沿程損失和初始地下庫容，初步估算日損失水量3.3萬m3。

從水庫水位觀測資料分析，水位1 048.1 m（對應水面面積302萬m3），水位日下降0.01 m（連續(xù)3 d），日損失水量3.02萬m3。水庫改造前日滲漏量7.9萬m3，說明水庫防滲效果明顯。

4.2 2016年水庫滲漏分析

2016年文瀛湖水庫日滲漏量用水量平衡法計算，結果見表2。

表2 2016年文瀛湖水庫日滲漏量

4.3 庫區(qū)周圍地區(qū)的浸沒定性分析

庫水位抬高必然引起庫區(qū)周圍地下水位上升，當?shù)叵滤簧叩脚R界高程以上時，將會出現(xiàn)以下情況：一是將使森林死亡，旱田作物受澇，并可能引起農(nóng)田鹽堿化；二是黃土地區(qū)或土質較松軟的地區(qū)可能引起建筑物地基不均勻沉陷，發(fā)生裂縫甚至倒塌；三是可能形成局部沼澤地區(qū)，使環(huán)境衛(wèi)生條件惡化；四是地下水位的抬高還會影響庫區(qū)附近城鎮(zhèn)排水也可能增加礦井積水。

從文瀛湖水庫2012—2016年連續(xù)5年的觀測情況看，一是壩后無滲水現(xiàn)象，防治效果明顯；二是周邊地區(qū)5年期間建了五大場館、太陽宮及住宅小區(qū)若干，無一處有滲水而影響工程施工的現(xiàn)象發(fā)生，說明無浸沒損失發(fā)生。

5 結論

文瀛湖水庫經(jīng)防滲改造，對圍堤進行了垂直防滲處理，對庫區(qū)滲漏“天窗”采取垂直防滲與水平防滲相結合的方案，將原有的滲漏通道截斷，徹底根治了庫區(qū)蓄水后因圍堤滲漏形成的庫外庫現(xiàn)象；起到了比較好的防滲效果。根據(jù)對庫區(qū)改造后的觀測資料分析，文瀛湖水庫經(jīng)防滲、除險加固工程措施后，壩（堤）體安全穩(wěn)定，側向滲漏量、垂直滲漏量滿足設計要求，達到了工程目的，說明多頭小直徑深層攪拌樁水泥土防滲墻在大同市文瀛水庫的應用是成功的，可為今后類似工程提供借鑒。

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1004-7042（2017）10-0036-03

王天云（1960-），男，1983年畢業(yè)于太原工學院學校水利水電工程建筑專業(yè)，工程師。

2017-08-14；

2017-09-26