黃澤均 熊志平

(湖北盛達(dá)泰水利水電工程有限公司，湖北 武漢 430060)

以水泥漿為主要固化劑的深層攪拌技術(shù)在水利行業(yè)已被廣泛應(yīng)用于堤壩及其基礎(chǔ)的防滲加固和水閘、泵站的基礎(chǔ)加固，累積了大量的施工經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于堤壩的深層攪拌防滲加固，早期常采用多頭樁機(jī)和“二噴三攪”的工藝進(jìn)行施工。其優(yōu)點(diǎn)是一機(jī)多頭同時(shí)成樁，施工效率較高；缺點(diǎn)是設(shè)備占用施工場(chǎng)地面積大、用電負(fù)荷大；對(duì)砂礫層復(fù)雜地基克服地層阻力能力差。針對(duì)多頭樁機(jī)無(wú)法穿透砂礫地層的缺點(diǎn)，采用單頭樁機(jī)和 “二噴二攪”的工藝，應(yīng)用于地基夾砂礫層的深層攪拌防滲加固施工，既能保證水泥土攪拌樁防滲墻的施工質(zhì)量，又能提高施工效率，且可廣泛適用于施工場(chǎng)地相對(duì)狹小的堤頂、涵閘基坑等部位的深層攪拌防滲加固。

1 工程概況

湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)第三標(biāo)段位于湖北省孝感市孝南區(qū)，工程對(duì)澴河右堤樁號(hào)13+984～20+938共計(jì)6954m長(zhǎng)的堤段進(jìn)行加固。澴河右堤堤身和堤基巖土層主要包括填土、壤土、黏土、砂壤土、砂、砂礫，設(shè)計(jì)采用深層水泥土攪拌樁防滲墻對(duì)堤身和堤基進(jìn)行防滲加固。2018年4月13日—7月16日，該標(biāo)段工程的堤身結(jié)合堤基深層水泥土攪拌樁防滲墻施工，共完成深層水泥土攪拌樁防滲墻76362m2。防滲墻設(shè)計(jì)深度15m，施工堤段總長(zhǎng)度5090.8m，其中防滲加固深度范圍內(nèi)地層含砂礫層的堤段長(zhǎng)度約200m，砂礫夾層厚2.5～3m。設(shè)計(jì)指標(biāo)為墻體抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa，滲透系數(shù)K≤5×10-6cm/s，滲透比降J>50。

2 技術(shù)原理

砂礫層地基深層水泥土攪拌樁防滲墻采用單頭大扭矩深層水泥土攪拌樁機(jī)，配雙層十字旋轉(zhuǎn)式葉片攪拌鉆頭(葉片噴漿方式)，采用二噴二攪(鉆進(jìn)噴漿攪拌、提升噴漿攪拌)的方式一次成樁連續(xù)搭接成墻。

樁機(jī)施工階段，先按預(yù)先確定的鉆進(jìn)速度、攪拌速度、輸漿量等施工參數(shù)鉆進(jìn)，在進(jìn)入砂礫層時(shí)，降低鉆進(jìn)(提升)及攪拌速度，輸漿流量不變，當(dāng)鉆頭穿透砂礫層后，后續(xù)鉆進(jìn)和提升攪拌作業(yè)恢復(fù)原定的施工參數(shù)，通過(guò)電腦自動(dòng)記錄儀記錄輸漿量和深度，確保樁體的水泥摻入量和有效樁深滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 砂礫層堤基深層水泥土攪拌樁防滲墻施工工藝流程

3.2 軟土層和砂礫層施工參數(shù)

施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樁機(jī)在軟土層和砂礫層施工參數(shù)

3.3 水泥漿液控制參數(shù)

控制參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 攪拌樁水泥漿液控制參數(shù)

3.4 軟土層和砂礫層的水泥摻入量

原狀土見(jiàn)證取樣送實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，軟土層砂土的自然容重為1970kg/m3，砂礫層自然容重為1820kg/m3。軟土層和砂礫層的水泥摻入量對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 軟土層和砂礫層的水泥摻入量對(duì)比

3.5 操作要點(diǎn)

3.5.1 施工準(zhǔn)備

a.排查地下管線(xiàn)并妥善處理，清理地面障礙物，平整施工場(chǎng)地，沿防滲墻軸線(xiàn)開(kāi)挖0.5m寬、0.6m深的導(dǎo)向溝。

b.施工作業(yè)面高程測(cè)量，根據(jù)防滲墻深度匹配合適長(zhǎng)度的鉆桿。樁機(jī)的鉆桿和機(jī)架組裝前，應(yīng)量測(cè)校核鉆桿長(zhǎng)度。

c.修筑制漿供漿設(shè)備平臺(tái)。制漿供漿設(shè)備與樁機(jī)的距離控制在100m左右，隨樁機(jī)作業(yè)每200m移動(dòng)一次平臺(tái)。

d.漿液制備：嚴(yán)格控制漿液水灰比，水泥漿材料配制誤差應(yīng)控制在1%以?xún)?nèi)，采用比重計(jì)隨時(shí)抽查、檢測(cè)。攪拌機(jī)制漿液的時(shí)間不少于60s，制備好的漿液應(yīng)在3h內(nèi)用完。

e.樁機(jī)定位調(diào)平。樁位偏差不大于20mm，控制鉆桿垂直度偏差不大于0.5%。鉆桿垂直度偏差的控制采用在鉆桿導(dǎo)向架的正面和側(cè)面中心安置垂球配合鋼直尺，以控制錘球線(xiàn)的擺動(dòng)范圍，達(dá)到控制鉆桿的垂直度偏差的目的?？紤]到自然風(fēng)對(duì)垂球的影響，樁機(jī)水平上底架的縱橫方向應(yīng)配備水平尺進(jìn)行輔助調(diào)平。

3.5.2 噴漿鉆進(jìn)攪拌

a.鉆頭鉆進(jìn)前，應(yīng)先啟動(dòng)注漿泵供漿，直至鉆頭葉片上的噴漿口連續(xù)出漿。在樁機(jī)鉆進(jìn)和提升的整個(gè)施工過(guò)程中應(yīng)保證連續(xù)供漿。采用調(diào)速器調(diào)整注漿泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整注漿壓力和輸漿流量。施工前應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定注漿泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注漿壓力和輸漿流量的關(guān)系。

b.每個(gè)樁位開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，采用低鉆進(jìn)速度、低攪拌轉(zhuǎn)速操作，以減小樁機(jī)的振動(dòng)和搖晃。一般鉆進(jìn)土層深度達(dá)到1.5～2m后，可按預(yù)定的鉆進(jìn)及攪拌轉(zhuǎn)速進(jìn)行操作。

c.當(dāng)鉆進(jìn)至砂礫層時(shí)，樁機(jī)鉆進(jìn)和攪拌負(fù)荷增大，樁機(jī)操作臺(tái)的電流表顯示電流增加，此時(shí)記錄砂礫層頂面深度，并將鉆進(jìn)速度和攪拌速度調(diào)減至預(yù)定砂礫層中相應(yīng)鉆進(jìn)攪拌參數(shù)。

d.當(dāng)鉆頭穿越砂礫層后，記錄砂礫層底面深度，并將鉆進(jìn)速度和攪拌速度恢復(fù)至預(yù)定的速度，繼續(xù)鉆進(jìn)至預(yù)定的鉆進(jìn)深度(設(shè)計(jì)深度超深0.3m)。

3.5.3 噴漿提升攪拌

a.施工時(shí)，因鉆進(jìn)深度比設(shè)計(jì)深度超深0.3m，故鉆進(jìn)達(dá)到預(yù)定的鉆進(jìn)深度后，即可反向調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，控制參數(shù)，邊噴漿邊攪拌提升。

b.根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)記錄的砂礫層底面和頂面深度，在砂礫層中提升噴漿攪拌作業(yè)時(shí)保持輸漿流量不變，提升和攪拌速度調(diào)減至預(yù)定砂礫層中相應(yīng)提升攪拌參數(shù)。當(dāng)鉆頭提升至砂礫層頂面后，恢復(fù)預(yù)定的軟土層中提升速度、攪拌速度和輸漿流量連續(xù)作業(yè)，直至提出地面，完成單樁施工。

3.5.4 停機(jī)移機(jī)位及鉆頭檢查

a.上一根樁施工完成后，收起液壓支腿，利用縱移油缸推動(dòng)樁機(jī)上底架前移，移位距離由上底架的移位指針和下底架的移位標(biāo)記控制，每次移機(jī)位400mm，同時(shí)根據(jù)設(shè)置的防滲墻的軸線(xiàn)平行線(xiàn)控制前移方向，移位偏差控制在20mm以?xún)?nèi)。檢查無(wú)誤后調(diào)平樁機(jī)。

b.因在砂礫層中成樁對(duì)鉆頭的磨損量將會(huì)增加，故每根樁施工完成鉆頭提出地面后，應(yīng)目測(cè)檢查鉆頭的葉片是否完好，每班次量測(cè)一次鉆頭直徑(直徑不應(yīng)小于500mm)，并根據(jù)磨損量提前更換鉆頭。

c.一般樁機(jī)移位、調(diào)平、鉆頭檢查的工作在不更換鉆頭的情況下，1min內(nèi)可完成，整個(gè)過(guò)程可不需暫停供漿。如需更換鉆頭，則應(yīng)暫停供漿。

d.水泥土攪拌樁防滲墻樁距見(jiàn)圖2。

圖2 水泥土攪拌樁防滲墻樁距示意圖

3.5.5 進(jìn)入下一根樁施工

樁機(jī)移位、調(diào)平、鉆頭檢查完成后，即可按上述3.5.2、3.5.3、3.5.4的工作步驟，連續(xù)搭接作業(yè)，完成后續(xù)樁的施工，直至完成設(shè)計(jì)堤段范圍內(nèi)的攪拌樁，形成防滲墻。

3.6 特殊情況處理

3.6.1 施工中設(shè)備需要短時(shí)間檢修

先預(yù)留榫頭(注水空鉆)，檢修完后繼續(xù)沿榫頭施工即可。

3.6.2 施工鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生噴漿中斷

將鉆頭上提至停漿點(diǎn)以上0.5m，待恢復(fù)供漿時(shí)再施噴鉆進(jìn)。施工提升過(guò)程中若發(fā)生噴漿中斷，將鉆頭下沉至停漿點(diǎn)以下0.5m，待恢復(fù)供漿時(shí)再施噴提升。

3.6.3 因故中斷施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成斷樁

在防滲墻軸線(xiàn)一側(cè)346mm處平行于防滲墻軸線(xiàn)上補(bǔ)樁3根，補(bǔ)樁在斷樁和先序樁搭接處切割搭接，再返回防滲墻軸線(xiàn)樁位繼續(xù)施工后續(xù)樁。

3.6.4 計(jì)劃性停工未造成斷樁

先預(yù)留榫頭(注水空鉆)，恢復(fù)施工后在防滲墻軸線(xiàn)兩側(cè)346mm處平行于防滲墻軸線(xiàn)上先序樁和后續(xù)樁的搭接處各補(bǔ)樁1根，或者在防滲墻軸線(xiàn)一側(cè)346mm處平行于防滲墻軸線(xiàn)上補(bǔ)樁2根，再返回防滲墻軸線(xiàn)樁位繼續(xù)施工后續(xù)樁。

3.6.5 遇堅(jiān)硬物的處理

遇到塊石、地下構(gòu)筑物或掉鉆頭等情況，樁機(jī)無(wú)法在原樁位鉆進(jìn)時(shí)，可采用繞開(kāi)的方法處理。

4 材料與設(shè)備

4.1 主要原材料

固化劑采用P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，且可根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件，選用具有早強(qiáng)、減水作用的外加劑。

4.2 施工設(shè)備、裝置

施工采用ZGZ-A型單頭樁機(jī)，配套電子記錄儀、電磁流量計(jì)、深度計(jì)、水平尺、垂球、鋼尺等裝置和工具進(jìn)行漿量、垂直度、深度控制，配備雙層十字葉片攪拌鉆頭、攪漿機(jī)、儲(chǔ)漿桶、注漿泵、潛水泵、挖掘機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)等輔助設(shè)備。

5 質(zhì)量控制

5.1 施工過(guò)程質(zhì)量控制要素

深層水泥土攪拌樁防滲墻施工主要以漿液比重、攪拌葉片直徑、樁頂標(biāo)高、鉆進(jìn)深度、鉆桿垂直度、移機(jī)位、鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、輸漿量等為主控要素，在施工過(guò)程中由作業(yè)班組長(zhǎng)、施工員、質(zhì)檢員分別對(duì)上述要素進(jìn)行檢查、量測(cè)；通過(guò)施工過(guò)程的三檢，達(dá)到控制樁體的水泥摻入比(摻入量)、攪拌均勻性、樁深、樁間搭接、樁的垂直度、成墻厚度等參數(shù)滿(mǎn)足要求，進(jìn)而確保墻體的深度、抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、允許破壞比降等指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5.2 施工質(zhì)量控制措施

a.嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”。施工前對(duì)全員進(jìn)行技術(shù)交底。

b.水泥應(yīng)新鮮無(wú)結(jié)塊，儲(chǔ)存期超過(guò)3個(gè)月的不得使用。

c.嚴(yán)格按照經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的水灰比拌制水泥漿液，經(jīng)常檢測(cè)水泥漿液的比重，確保攪拌樁的水泥摻量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。施工過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注漿液輸送情況，避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

d.施工過(guò)程中密切注意樁機(jī)的垂直度和樁位偏差，出現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。

e.施工過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度等參數(shù)。在鉆進(jìn)至砂礫層和穿透砂礫層時(shí)，按要求調(diào)整鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度。

f.攪拌深度和輸漿量采用電子記錄儀自動(dòng)記錄；電子記錄儀、電磁流量計(jì)等裝置在開(kāi)工前送計(jì)量認(rèn)證單位進(jìn)行率定；樁機(jī)配備電子記錄儀打印機(jī)。

g.攪拌葉片直徑在每根樁施工完成后目測(cè)檢查一次，每班次測(cè)量一次鉆頭直徑，及時(shí)更換鉆頭。

h.確保樁機(jī)正常運(yùn)行，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)修復(fù)。

i.施工操作人員交接班時(shí)要嚴(yán)格履行交接手續(xù)，避免出現(xiàn)漏樁現(xiàn)象。

6 安全及環(huán)保措施

6.1 安全措施

貫徹執(zhí)行國(guó)家及地方相關(guān)安全生產(chǎn)法規(guī)，建立并落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主”。施工現(xiàn)場(chǎng)安全措施從人、機(jī)、環(huán)等方面，制定安全措施方案，排查消除隱患，配置安全員和操作員，配備防護(hù)用品和設(shè)施，定期排查消除安全隱患，避免各類(lèi)安全事故的發(fā)生。

6.2 環(huán)保措施

遵守國(guó)家和地方的環(huán)保法律法規(guī)，加強(qiáng)環(huán)保施工管理，盡量減少噪聲、廢氣、廢水及粉塵等污染，及時(shí)收集廢水、廢漿、廢油等廢棄污染物，防止污染水源和土壤。

7 結(jié) 果

堤防加固的重點(diǎn)是堤身、堤基的防滲處理，由于不同的地質(zhì)條件、地形條件、作業(yè)場(chǎng)地條件、防滲加固深度等的差異，防滲處理的型式呈多樣化，主要有深層水泥土攪拌樁防滲墻、混凝土(塑性混凝土)防滲墻、高壓噴射灌漿防滲墻等。對(duì)于防滲加固深18m以?xún)?nèi)的均質(zhì)土堤壩，深層水泥土攪拌樁防滲墻無(wú)疑是較經(jīng)濟(jì)有效的方式。經(jīng)測(cè)算，深層水泥土攪拌樁防滲墻的造價(jià)僅為塑性混凝土防滲墻的34.3%左右，工效相當(dāng)；深層水泥土攪拌樁防滲墻的造價(jià)僅為高壓噴射灌漿防滲墻的10.6%左右，工效大約是高壓噴射灌漿防滲墻的3～4倍。

砂礫層地基深層水泥土攪拌樁防滲墻施工技術(shù)在湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)第三標(biāo)段應(yīng)用后，克服了砂礫層地基成樁鉆進(jìn)和攪拌困難的問(wèn)題，避免了原設(shè)計(jì)方案的變更，順利完成了防滲墻的施工。

該工程深層水泥土攪拌樁防滲墻成墻28天后，采取鉆孔取芯和注水試驗(yàn)進(jìn)行墻體的實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)，檢查孔孔深14m，共鉆孔檢測(cè)18組，檢測(cè)結(jié)果如下：芯樣抗壓強(qiáng)度1.2～2.0MPa、滲透系數(shù)2.5×10-7～7.5×10-7cm/s、滲透比降均大于50，檢測(cè)結(jié)果表明墻體實(shí)體質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。工程經(jīng)歷了2020年7月澴河超警戒水位洪水的考驗(yàn)，堤身無(wú)滲漏現(xiàn)象，防滲墻防滲效果良好。

工程采用該施工技術(shù)雖然樁機(jī)在砂礫層成樁鉆進(jìn)過(guò)程中降低了鉆進(jìn)和提升速度，但是按砂礫層平均厚度2.5m計(jì)算，單樁施工時(shí)間僅增加約5～6min，施工時(shí)間增加18%左右，單樁水泥摻量增加9%，但相對(duì)于變更為高壓噴射防滲墻或塑性混凝土防滲墻的施工方式，仍大大節(jié)約了工程造價(jià)，加快了施工進(jìn)度，防滲效果顯著，取得了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié) 語(yǔ)

單頭樁機(jī)施工具有設(shè)備輕便靈活、占用施工場(chǎng)地面積小、操作簡(jiǎn)便、施工效率高、節(jié)能環(huán)保效益顯著等特點(diǎn)。相對(duì)于素填土、黏性土、粉土、砂土等軟土層，砂礫層在自然條件下由于相鄰?fù)翆拥臄D壓密實(shí)作用，在單頭樁機(jī)鉆進(jìn)和攪拌過(guò)程中，難以對(duì)砂礫層進(jìn)行鉆進(jìn)切割攪拌。在樁機(jī)攪拌鉆頭進(jìn)入砂礫層后，降低攪拌速度和鉆進(jìn)(提升)速度，在輸漿量不變的情況下，達(dá)到增加砂礫層的水泥摻量從而填補(bǔ)砂礫層空隙的目的。

該施工技術(shù)適用于加固地層以軟土層為主，但地層中夾砂礫層，且砂礫夾層中含礫石直徑小于50mm、砂礫夾層中20～50mm的砂礫含量不大于60%、加固地層范圍內(nèi)施工期地下水水頭不大于3m的深層水泥土攪拌樁施工，尤其適用于加固深度18m以?xún)?nèi)(且砂礫夾層厚度小于3m)的堤壩的懸掛式防滲墻施工。