深層攪拌法在涼馬水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

2011-08-15 00:45董懷葉

陜西水利 2011年4期

董懷葉

（禮泉縣水利局陜西禮泉 713200）

在水利工程建設(shè)中，隨著施工條件及地質(zhì)狀況發(fā)生變化，采用新的設(shè)計(jì)思路引發(fā)新的施工方法在水利工程建設(shè)中越來越多。在禮泉縣涼馬水庫除險(xiǎn)加固工程中，引用深層攪拌技術(shù)對(duì)壩體軟弱夾層進(jìn)行基礎(chǔ)處理，達(dá)到了與設(shè)計(jì)要求一致的效果，其技術(shù)的成功應(yīng)用為水利工程建設(shè)引進(jìn)新技術(shù)施工提供了新思路。

1 禮泉縣涼馬水庫除險(xiǎn)加固工程概況

涼馬水庫位于禮泉縣建陵鎮(zhèn)涼東村溝道中，工程修建于上世紀(jì)70年代初期，總庫容106.8萬m3，有效庫容 81.9萬m3，是一座以防洪保安為主,兼有抗旱灌溉和農(nóng)村供水等綜合效益的?。ㄒ唬┬退畮?。由于水庫設(shè)計(jì)先天不足，建設(shè)技術(shù)手段滯后，加之近半個(gè)世紀(jì)的長(zhǎng)期運(yùn)行，工程年久失修，質(zhì)量隱患突出，被鑒定為三類病險(xiǎn)水庫，列入國(guó)家重點(diǎn)小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固投資計(jì)劃。2009年該工程開工建設(shè)，先后對(duì)大壩除險(xiǎn)加固、溢洪道處理整修、新建放空泄洪洞、進(jìn)壩道路拓寬硬化、觀測(cè)管理設(shè)施和環(huán)境工程進(jìn)行改造。經(jīng)過加固改造后，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)由過去的20年一遇提高到現(xiàn)在的百年一遇，為下游的昭陵、趙鎮(zhèn)2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、8個(gè)行政村、5所中小學(xué)共6700多人生存安全打造了一道牢靠的防御屏障，并有效地緩解了區(qū)域用水供需緊張的突出矛盾。

2 引用深層攪拌法進(jìn)行基礎(chǔ)處理施工工藝

禮泉縣涼馬水庫除險(xiǎn)加固工程中壩體基礎(chǔ)處理原設(shè)計(jì)采用垂直鋪塑的方法進(jìn)行基礎(chǔ)處理，但在實(shí)際施工過程中由于鋪塑地質(zhì)條件較差，地質(zhì)勘探探明深度加大，由原設(shè)計(jì)的6m需鋪塑到12m，且該基礎(chǔ)處土質(zhì)為粉砂或粉質(zhì)粘土，部分地質(zhì)情況不明，如采用鋪塑技術(shù)施工，由于基層過軟，容易在槽未形成前就塌方，因此，引用深層攪拌法代替垂直鋪塑成為解決該問題的關(guān)鍵。

深層攪拌法技術(shù)是利用水泥土的容重雖然與天然土容重相近，但是其比重比天然土的比重大的物理性質(zhì)，以及水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為0.5MPa～3MPa比天然土大幾十倍至百倍的原理，將水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處就在將軟弱易滲漏土層和水泥漿液強(qiáng)制攪拌后，使水泥和軟土發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，形成連續(xù)的防滲樁柱凝固成墻，達(dá)到該基礎(chǔ)處理的設(shè)計(jì)要求。其原理是將軟土與水泥漿液（1:1）用機(jī)械攪拌，使軟土中的含水率降低，增加顆粒之間的粘結(jié)力，以此增強(qiáng)水泥土的強(qiáng)度和足夠的水穩(wěn)定性。在水泥加固中，由于水泥的摻量較小，一般占被加固土重的10%～15%，水泥的水化反應(yīng)是在具有一定活性的介質(zhì)土的圍繞下進(jìn)行，硬化速度較慢且穩(wěn)定。由于引用到大壩防滲基層處理，采用425#水泥的普通硅酸鹽水泥濕法施工，水泥土壁設(shè)計(jì)厚度為20cm，攪拌深度同原設(shè)計(jì)深度，上部與PE塑料膜相接，該擋墻具有較高的抗?jié)B性能，防滲能力為 1.0×10-6～1.0×10-8，形成了良好的防水帷幕，達(dá)到了原工程設(shè)計(jì)要求。

3 深層攪拌技術(shù)施工的程序

（1）定位。利用起重機(jī)或開動(dòng)絞車移動(dòng)深層攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位對(duì)中。為保證樁位準(zhǔn)確，必須使用定位卡將其定位，樁位對(duì)中誤差不大于5cm，導(dǎo)向架和攪拌軸應(yīng)與地面垂直，垂直度的偏度不應(yīng)超過1.5%。

（2）預(yù)攪下沉。將深層攪拌機(jī)的冷卻水循環(huán)正常后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉。下沉速度可由電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)表控制，工作電流不應(yīng)大于70A，如果下沉速度太慢，可從輸漿系統(tǒng)補(bǔ)給清水以利鉆進(jìn)。

（3）制備水泥漿。采用425#普通的硅酸鹽水泥，配制時(shí)水灰比為0.45～0.5,攪拌制漿時(shí)不宜少于3min。為改善水泥和易性，提高水泥土的強(qiáng)度和耐久性，可摻入適量的石膏做外加劑，一般為水泥質(zhì)量的1%～2%。三乙醇胺是一種早強(qiáng)劑，可增加攪拌樁的早期強(qiáng)度，木質(zhì)素磺酸鈣主要起到減水作用，能增加水泥漿的稠度，有利于泵送，一般摻入量為水泥量的0.2%，制備好的水泥漿不得停置時(shí)間過長(zhǎng)，超過2h應(yīng)降低標(biāo)號(hào)使用，漿液在攪拌機(jī)中不斷攪拌，直到送漿前。

（4）提升噴漿攪拌。深層攪拌機(jī)提升到設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，并且邊噴漿，邊旋轉(zhuǎn)，按照設(shè)計(jì)確定提升速度提升攪拌機(jī)。噴漿壓力控制在1.0MPa～1.4MPa，噴漿量控制在30L/min，深度誤差不得大于5.0cm。

（5）重復(fù)上、下攪拌。深層攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)加固深度的頂面標(biāo)高時(shí)，集料斗中的水泥漿應(yīng)正好排空。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，可再次將攪拌機(jī)邊放置邊沉入土中，至設(shè)計(jì)加固深度后再將攪拌機(jī)提升至地面。

（6）清洗和位移。向集料斗中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈，位移，進(jìn)行下一個(gè)樁位的施工。

4 深層攪拌施工中質(zhì)量控制

（1）制備水泥漿時(shí)做好軟土層的預(yù)攪,將軟土層完全預(yù)攪切碎,以利于同水泥漿均勻攪拌。同時(shí)，水泥漿要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的配合比配置，預(yù)先篩除水泥中的結(jié)塊，可在灰漿拌制機(jī)中不斷攪拌，防止水泥漿離析，待壓漿前再將水泥漿倒入集料斗中。

（2）壓漿過程中質(zhì)量控制。在壓漿過程中不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，輸漿管道不能發(fā)生堵塞，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)確定的數(shù)據(jù)，控制噴漿和攪拌提升速度，誤差不得大于10cm/min。注意起重機(jī)的平整度和導(dǎo)向架對(duì)地面的垂直度，保證攪拌樁基本垂直于地面，控制好重復(fù)攪拌時(shí)的下沉和提升速度，保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢?，同時(shí)確保壁狀加固體的連續(xù)性。如在設(shè)計(jì)要求相鄰柱體搭接一定長(zhǎng)度時(shí)，原則上每一施工段宜連續(xù)施工，相鄰柱體施工期間不得超過24h。

（3）施工過程中質(zhì)量的檢驗(yàn)。對(duì)施工過程中詳盡、完善，如實(shí)記錄并對(duì)原始資料進(jìn)行匯總分析，尤其在施工中應(yīng)專人詳細(xì)記錄攪拌機(jī)下沉或提升每米的時(shí)間、供漿或停漿的時(shí)間，記錄深度誤差不大于5cm，時(shí)間誤差不得大于5s，在施工中發(fā)生的問題及處理情況均應(yīng)加以記錄并說明。做好開挖時(shí)的檢驗(yàn)，選取五組樁體進(jìn)行開挖，檢查加固柱體的外觀質(zhì)量、搭接質(zhì)量、整體性等，如有質(zhì)量事故，可及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。對(duì)開挖外露柱體中鑿取試塊或采用巖芯鉆孔取樣制成試件，每組取3個(gè)試塊，與室內(nèi)制作的試塊進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比和滲透性試驗(yàn)。同時(shí)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或輕便釬探等動(dòng)力觸探方法檢查樁體的均勻性和現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度，當(dāng)攪拌樁達(dá)到28d齡期后，采用動(dòng)測(cè)方法隨機(jī)抽查10%的樁數(shù)進(jìn)行動(dòng)測(cè)檢查，以確定是否出現(xiàn)斷裂，蜂窩狀結(jié)構(gòu)及夾泥等攪拌不均勻等缺陷。定期對(duì)采用深度攪拌加固的基礎(chǔ)工程，進(jìn)行沉降、側(cè)向位移等進(jìn)行觀測(cè)，確保工程投入使用正常效益的發(fā)揮。

5 結(jié)論

（1）深度攪拌技術(shù)可采用不同的加固形式，如柱式或壁狀式，不同的樁長(zhǎng)和置換率，可以采用原軟土，做到施工中無棄土，滿足不同土質(zhì)條件和不同荷載要求的加固。在泔河水庫基礎(chǔ)處理中，深度攪拌技術(shù)加固效果好，方式靈活，適用面廣。

（2）深度攪拌技術(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)泔河水庫基礎(chǔ)深層攪拌處理工程的質(zhì)量檢查,強(qiáng)度為1.5MPa～3MPa，實(shí)測(cè)滲透系數(shù)為5.1×10-7。垂直鋪塑法在施工中搭接方法不妥，或施工中材料撕破未發(fā)現(xiàn)，加之施工中邊鋪塑邊回填，如發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事故，補(bǔ)救工作也不好開展。與垂直鋪塑法相比，深度攪拌則僅需控制好材料水泥與水配比即可，可見深度攪拌的質(zhì)量要高于垂直鋪塑。