李云洲

(滁州市沙河集水庫(kù)管理處， 安徽 滁州　239060)

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

李云洲

(滁州市沙河集水庫(kù)管理處， 安徽 滁州239060)

【摘要】結(jié)合青春水庫(kù)工程實(shí)際，探討多頭小直徑截滲墻在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中所采用的設(shè)計(jì)及施工工藝，分析成墻原理，并提出了施工過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。工程應(yīng)用效果表明多頭小直徑截滲墻技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固方面具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】壩體截滲； 多頭小直徑深層攪拌樁； 施工工藝； 質(zhì)量檢測(cè)

1引言

受歷史條件和生產(chǎn)力水平的限制，我國(guó)20世紀(jì)修建的大部分堤防大壩都存在著一定程度的先天不足和后期老化問(wèn)題，如：填土疏松、抗?jié)B透能力偏低，在河道中下游沖積平原地區(qū)的不同深度都存有較強(qiáng)的透水層，易產(chǎn)生管涌、冒沙等滲透破壞[1]。因此堤防除險(xiǎn)加固迫在眉睫，而壩體的截滲工程又是除險(xiǎn)加固工作中的重中之重。截滲的目的是隔斷堤壩兩側(cè)的水力聯(lián)系，降低堤壩的滲透系數(shù)，通常通過(guò)修建塑性混凝土心墻、黏土心墻、多頭小直徑防滲墻及注漿等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。大壩防滲技術(shù)是水利工程施工的關(guān)鍵技術(shù)，歷來(lái)都是水利工程工作者廣泛關(guān)注的重點(diǎn)，通過(guò)多年的研究和探索，人們?cè)诖髩谓貪B技術(shù)上取得了一定的成果[3-6]，但為了切實(shí)保證人民生命財(cái)產(chǎn)及大壩水庫(kù)的安全，該項(xiàng)技術(shù)還有待于進(jìn)一步的研究。

多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲的目的。該技術(shù)是在普通深層攪拌樁技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，除保留了普通深層攪拌樁技術(shù)取材方便、施工無(wú)噪音、無(wú)污染、工程效果好等優(yōu)點(diǎn)外，還在一機(jī)多頭和小直徑成墻兩個(gè)方面有所突破，可連續(xù)成墻。本文結(jié)合青春水庫(kù)除險(xiǎn)加固的工程實(shí)際，主要介紹了多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)在青春水庫(kù)大壩截滲工程中的應(yīng)用。

2多頭小直徑截滲墻的設(shè)計(jì)

2.1截滲墻的滲透系數(shù)

從多頭小直徑截滲墻的使用功能來(lái)看，截滲是第一目的，所以墻體的抗?jié)B透性能至關(guān)重要。從滲流理論上講，截滲墻的滲透性與其所穿過(guò)地層的滲透系數(shù)之間的比例關(guān)系和墻體厚度共同決定了截滲墻的截滲作用。因此，在設(shè)計(jì)上應(yīng)綜合考慮截滲墻的成墻厚度[3]。

2.2截滲墻厚度

一般水利工程中使用的都是單排樁深攪多頭小直徑截滲墻，意味著每根樁及每相鄰兩根樁的搭接部分都必須滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，所以截滲墻的厚度指標(biāo)是指墻體的最小厚度。其成墻厚度可按下式計(jì)算：

(1)

式中T——最小成墻厚度，m；

ΔH——最大上、下游水頭差；

[J] —— 允許水力坡降；

η——安全系數(shù)。

2.3水泥土抗壓強(qiáng)度

水泥土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的選取除了考慮多頭小直徑截滲墻在設(shè)計(jì)水位下的受力狀態(tài)外，還涉及到截滲墻的力學(xué)破壞評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和安全系數(shù)的選取兩個(gè)問(wèn)題。通常情況下，多頭小直徑截滲墻的抗壓強(qiáng)度取值不宜低于0.5MPa[3]。

3成墻原理及施工工藝

3.1成墻原理

多頭小直徑截滲墻采用普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥作為固化劑，水泥摻量一般為8%～12%(占天然土的質(zhì)量百分比)，利用深層攪拌機(jī)械在松軟的地層中，邊鉆進(jìn)邊噴射水泥漿，通過(guò)鉆頭旋轉(zhuǎn)攪拌，使軟土與水泥漿強(qiáng)制拌和。水泥水化反應(yīng)生成水化物，水化物膠結(jié)并與顆粒發(fā)生粒子交換，因?；饔靡约坝材磻?yīng)形成一定的抗壓強(qiáng)度，并形成具有整體性和抗水性的樁柱體。將這些樁柱體相割搭接排成一列，形成連續(xù)墻體，用以提高地基防滲或承載能力，達(dá)到防滲加固堤防的目的[7]。

3.2施工工藝

施工工藝流程如圖1所示。

圖1　截滲墻施工工藝流程

具體步驟為：

a.制漿。第一攪拌站按照先進(jìn)水后上灰的順序按現(xiàn)場(chǎng)成墻試驗(yàn)確定的水泥摻入比、水灰比配制并拌制水泥漿，充分拌和，每制一次水泥漿，用比重計(jì)檢測(cè)一次漿液比重。將制好后的水泥漿通過(guò)泥漿泵輸送到第二攪拌站備用。重點(diǎn)進(jìn)行水泥摻入比控制。

b.樁機(jī)就位、調(diào)平。按標(biāo)準(zhǔn)制作施工模具，定好樁位，使對(duì)樁位置誤差不大于20mm。平整施工設(shè)備行走范圍內(nèi)的場(chǎng)地，使設(shè)備行走平穩(wěn)。用主機(jī)調(diào)平裝置使主機(jī)機(jī)身處于水平狀態(tài)，使用吊錘或經(jīng)緯儀檢查導(dǎo)向架的垂直度，偏差不超過(guò)0.3%。重點(diǎn)進(jìn)行對(duì)樁位置和垂直度控制。

c.樁機(jī)造墻。施工前每個(gè)班組測(cè)量一次鉆頭直徑，當(dāng)小于規(guī)定尺寸445mm時(shí)(直徑磨耗量小于10mm)，立即更換鉆頭，以保證樁體直徑。第一次成墻施工，樁機(jī)鉆頭攪拌下沉，同時(shí)開(kāi)啟噴漿泵送漿。下沉過(guò)程中漿液泵送連續(xù)，至設(shè)計(jì)深度時(shí)停止鉆進(jìn)；重復(fù)攪拌提升，同時(shí)噴漿直至設(shè)計(jì)墻頂后關(guān)閉送漿泵。嚴(yán)格控制噴漿下沉和噴漿提升的速度，根據(jù)不同的施工速度，確定每米相應(yīng)輸漿量。漿液泵送全過(guò)程用流量?jī)x記錄輸漿量，專人負(fù)責(zé)按單位深度米為記錄單位進(jìn)行記錄，保證均勻供漿。重點(diǎn)進(jìn)行樁體直徑、施工深度、攪拌均勻性和噴漿均勻性控制。

d.連續(xù)造墻。樁機(jī)向前移動(dòng)一個(gè)單元墻長(zhǎng)度，重復(fù)上述?～?步驟，進(jìn)行下一序截滲墻施工，連續(xù)造墻，如圖2所示。施工質(zhì)量控制采用“三檢制”，設(shè)置工地試驗(yàn)室，進(jìn)行必要的施工過(guò)程檢驗(yàn)。

圖2　多頭小直徑截滲墻連續(xù)造墻工藝

4施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

a.施工制漿過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)材料比例制漿，漿體攪拌時(shí)間不小于3min，確保漿體的均勻性，制漿后漿體在儲(chǔ)漿罐中停置時(shí)間一般不應(yīng)大于4h，超時(shí)后應(yīng)作廢漿處理，隨時(shí)檢查漿體的稠度，確保制好的水泥土漿體質(zhì)量符合要求。

b.在水泥漿攪拌過(guò)程中應(yīng)盡量少加水或不加水，可采取加壓等措施幫助下沉，但是新近回填的土層孔隙較大，會(huì)導(dǎo)致水泥漿擴(kuò)散太遠(yuǎn)，不僅影響樁體的水泥用量和成樁質(zhì)量，還可能使?jié){液擴(kuò)散到鄰樁，造成鄰樁攪拌困難。因此，在預(yù)攪時(shí)加適量水助攪，可以對(duì)樁周孔隙起堵塞或充填作用，避免水泥漿擴(kuò)散。多頭小直徑深層攪拌樁的注漿壓力不可太大，宜小于0.3MPa。

c.深層攪拌多頭小直徑防滲墻施工由于不同的地質(zhì)條件(地層水質(zhì)、地下水含量等)對(duì)確定工藝參數(shù)影響較大，通過(guò)對(duì)施工區(qū)進(jìn)行試樁來(lái)確定合理的漿液配比及水泥用量是決定防滲墻止水效果的關(guān)鍵因素。

d.施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制樁機(jī)鉆桿的直徑，每個(gè)單元施工中至少測(cè)量?jī)纱?，保證鉆桿直徑不變進(jìn)而控制防滲墻的厚度。

e.施工中，樁機(jī)鉆桿是否垂直決定成墻后墻體的垂直度，因此在設(shè)備安裝后,應(yīng)采用經(jīng)緯儀校核鉆桿導(dǎo)向滑軌的垂直度，校核調(diào)平裝置。

5工程實(shí)例應(yīng)用

青春水庫(kù)位于定遠(yuǎn)縣境內(nèi)淮河流域池河支流青春河上游，壩址坐落在定遠(yuǎn)縣池河鎮(zhèn)劉鋪辦事處西北約7.5km處，控制流域面積39.5km2，總庫(kù)容2193萬(wàn)m3，是一座以灌溉、防洪兼養(yǎng)殖等綜合運(yùn)用為一體的水利工程。青春水庫(kù)樞紐工程等別為Ⅲ等，水庫(kù)大壩、溢洪道及東、西灌溉放水涵等主要建筑物為3級(jí)，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，溢洪道消能防沖設(shè)施為30年一遇。目前堤外壩基下魚(yú)塘遍布，土層復(fù)雜多變，原壩身填筑質(zhì)量差、壩基滲水、砌石護(hù)坡標(biāo)準(zhǔn)不足、破壞嚴(yán)重。根據(jù)壩身和壩基具體情況經(jīng)過(guò)方案比選，采用復(fù)堤加寬堤頂及截滲墻加固方案。大壩防滲工程采用多頭小直徑截滲墻，起止樁號(hào)為0+176.00～1+300.00。截滲墻設(shè)計(jì)指標(biāo)為：抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa；滲透系數(shù)不大于1×10-6；設(shè)計(jì)樁徑不小于440mm；墻體厚度不小于300mm；垂直度偏差不大于0.3%。

工程完工后，對(duì)青春水庫(kù)壩體防滲工程進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下：?外觀檢查表明，樁體表面光滑，垂直度較好，墻體厚度滿足要求；?鉆芯取樣室內(nèi)檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥土強(qiáng)度及滲透系數(shù)滿足大壩截滲要求；?連續(xù)性檢測(cè)表明，墻體的完整性較好，墻體對(duì)周邊壩體的疏松土體有明顯的改善。通過(guò)截滲墻施工前后斷面兩測(cè)壓管水頭差和滲透系數(shù)的計(jì)算對(duì)比分析，說(shuō)明多頭小直徑截滲墻具有明顯的截滲效果，滿足了設(shè)計(jì)和實(shí)際的需要。

6結(jié)語(yǔ)

多頭小直徑截滲墻技術(shù)所需設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，施工過(guò)程中無(wú)噪音、無(wú)污染。多頭小直徑截滲墻為塑性墻，具有一定的抗震能力。作為一種軟土基礎(chǔ)防滲處理新方法，多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TV543

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2015)02-0010-03

Application of Multi-head Small-diameter Deep Mixing Pile Cutoff
Wall in Reservoir Danger Elimination Reinforcement Project

LI Yun-zhou

(ChuzhouShahejiReservoirManagementDepartment,Chuzhou239060,China)

Abstract：Engineering practice of Qingchun Reservoir is combined for discussing the design and construction process of multi-head small-diameter cutoff wall, which are adopted in reservoir danger elimination reinforcement project. Wall formation principles are analyzed, and issues that should be focused in construction process are proposed. Engineering application effects show that multi-head small-diameter cutoff wall technology has higher promotion and application value in the aspect of reservoir danger elimination reinforcement.

Keywords：dam seepage cutoff; multi-head small-diameter deep mixing pile; construction technology; quality testing