楊慧勤，劉新朋，胡曉輝

（河南省水利第一工程局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著我國(guó)水利事業(yè)持續(xù)推進(jìn)，大批水利工程正處于興建階段，防滲墻設(shè)計(jì)施工是重要環(huán)節(jié)之一[1]。近些年，相關(guān)學(xué)者對(duì)防滲墻技術(shù)已展開(kāi)研究，張發(fā)林[2]基于小浪底水利樞紐配套工程西霞院反調(diào)節(jié)水庫(kù)，研究了高壓旋噴灌漿施工技術(shù)的可行性；劉海濤[3]等通過(guò)研究高填方輸水明渠水泥攪拌樁防滲墻施工技術(shù)，發(fā)現(xiàn)水泥攪拌樁施工技術(shù)不僅可以用于地基處理，還可以合理滿(mǎn)足明渠防滲、加固作用；汪建[4]等以安徽績(jī)溪抽水蓄能電站為例，研究了考慮軟巖基礎(chǔ)的防滲墻施工技術(shù)；譚健波[5]以淠河某工程為實(shí)例，將摻加膨潤(rùn)土的低強(qiáng)度塑性混凝土用于防滲墻，并研究其配合比，為防滲墻設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，降低了工程成本。目前，防滲墻主要分為3種：塑性混凝土防滲墻、攪拌防滲墻和高噴防滲墻[6]。本文兼顧三者的優(yōu)點(diǎn)，提出一種新型的防滲墻技術(shù)——高噴攪拌技術(shù)組合防滲墻，將有效地完成3 種工藝的連接搭建工作，使其能進(jìn)行復(fù)雜地基防滲處理工作。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

賈魯河綜合治理工程施工5 標(biāo)包括河道治理和原址拆除重建后曹閘[7]。新建后曹閘位于河道樁號(hào)122+820處，屬于開(kāi)敞式平底板閘，共7孔，單孔凈寬10 m，主要建筑物等級(jí)為1 級(jí)，100 a 一遇洪水設(shè)計(jì)流量、200 a 一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)控泄流量均為634 m3/s，閘前正常蓄水位72 m。閘室段豎向防滲采用防滲墻，平均深度為底板以下10 m，墻厚0.4 m[8]。

1.2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)位于黃淮沖積平原區(qū)，地形平坦開(kāi)闊，閘址附近微地貌屬平原河地貌。場(chǎng)區(qū)地層為黏砂多層結(jié)構(gòu)，由第四系全新統(tǒng)砂壤土、粉砂、輕粉質(zhì)壤土、細(xì)砂和上更新統(tǒng)重粉質(zhì)壤土、細(xì)砂組成，地層分布較穩(wěn)定[9，10]。其中，輕粉質(zhì)壤土含鈣質(zhì)結(jié)核，最大結(jié)核粒徑可達(dá)10 cm 以上，且局部較多；細(xì)砂層屬于中密～密實(shí)狀，偶見(jiàn)3～5 cm 粒徑礫石；重粉質(zhì)壤土屬于可塑～硬塑狀，局部呈堅(jiān)硬狀，含少量粒徑1～3 cm 的鈣質(zhì)結(jié)核。

2 防滲墻設(shè)計(jì)技術(shù)比選

賈魯河后曹閘防滲墻長(zhǎng)度為168 m，閘底板以下10 m，厚40 cm，工程量約1800 m2，計(jì)劃工期1個(gè)月。

2.1 塑性混凝土防滲墻

塑性混凝土防滲墻的材料不同于普通混凝土防滲墻，其選用黏土或膨潤(rùn)土作為柔性墻體材料，使防滲墻變形模量與周?chē)馏w相接近，能更好地適應(yīng)地基變形。

2.1.1 工期

（1）CFG 影響。后曹閘基礎(chǔ)工程中混凝土防滲墻緊鄰CFG 樁的上游側(cè)。塑性混凝土防滲墻施工的液壓抓斗重量在60 t 以上，吊車(chē)、挖掘機(jī)、混凝土運(yùn)輸車(chē)、土方外運(yùn)車(chē)等設(shè)備工作重量很大，來(lái)回移動(dòng)對(duì)CFG 樁及周?chē)貙佑杏绊懀话阈鐲FG 樁養(yǎng)護(hù)約14 d后才能進(jìn)行混凝土防滲墻的施工。

（2）臨時(shí)工程影響。塑性混凝土防滲墻施工需制作鋼筋混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻需養(yǎng)護(hù)14 d 后才能進(jìn)行主體工程施工，施工需建專(zhuān)用的制漿、儲(chǔ)漿、送漿系統(tǒng)，并且需有專(zhuān)用混凝土排漿溝。臨時(shí)工程的施工及達(dá)到使用條件，約需1個(gè)月。

（3）施工及檢測(cè)影響。塑性混凝土防滲墻的施工及檢測(cè)需1.5個(gè)月。

綜上，塑性混凝土防滲墻的綜合施工時(shí)間需3個(gè)月。

2.1.2 成本

（1）塑性混凝土防滲墻施工需修建鋼筋混凝土導(dǎo)墻、具有一定強(qiáng)度的作業(yè)面和制漿、儲(chǔ)漿、送漿、排漿系統(tǒng)，臨時(shí)工程費(fèi)用高。

（2）塑性混凝土防滲墻施工需投入較多重型設(shè)備，如液壓抓斗成槽機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、吊車(chē)、渣土車(chē)等，且設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)需10 余臺(tái)板車(chē)及大車(chē)，設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用較高。

（3）塑性混凝土防滲墻成槽時(shí)，原地層需全部挖掘堆放、裝車(chē)外運(yùn)，抓槽時(shí)需不間斷輸送泥漿護(hù)壁，土方及廢漿的外運(yùn)及處置費(fèi)用高。

綜上，該項(xiàng)目采用塑性混凝土防滲墻設(shè)計(jì)施工，經(jīng)估算工程綜合單價(jià)高。

2.1.3 效果

（1）使用抓斗、沖擊鉆等手段，能適用各種地層及深度。

（2）塑性混凝土防滲墻將原地層全部置換為混凝土，槽段長(zhǎng)度一般為6～8 m，均一性、連續(xù)性最好，工程質(zhì)量最有保證。

2.2 攪拌樁防滲墻

2.2.1 工期

攪拌樁防滲墻施工速度較快，可與CFG 樁同期施工，不占用節(jié)點(diǎn)工期，并且沒(méi)有臨時(shí)工期，綜合施工時(shí)間約需30 d。

2.2.2 成本

攪拌樁防滲墻在施工時(shí)沒(méi)有臨時(shí)工程費(fèi)用，施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)費(fèi)用較低，并且由于原地層機(jī)械攪拌，不產(chǎn)生廢土及廢漿，沒(méi)有土方及廢漿外運(yùn)及處置費(fèi)用。此外，攪拌樁防滲墻水泥用量少，綜合單價(jià)低。

2.2.3 效果

攪拌樁防滲墻僅適用于軟塑～可塑土層和松散～稍密砂層，適用于15 m以?xún)?nèi)的深度，然而該工程防滲墻穿越的地層中有中密～密實(shí)細(xì)砂，局部結(jié)核較多，攪拌樁施工困難，局部無(wú)法施工。并且，由于攪拌樁防滲墻是原位機(jī)械攪拌，無(wú)置換、接頭多，因此其均一性及連續(xù)性均較差，強(qiáng)度低，滲透系數(shù)較大。

2.3 高噴防滲墻

2.3.1 工期

高噴防滲墻的綜合施工時(shí)間約需40 d。高噴防滲墻施工與攪拌樁防滲墻施工相同，可與CFG 樁同期施工。高噴防滲墻施工可不占用節(jié)點(diǎn)工期，并且沒(méi)有臨時(shí)工程，放線后即可施工，施工及檢測(cè)約需40 d。

2.3.2 成本

高噴防滲墻施工設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)僅需3 輛大車(chē)，設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用低，并且其施工產(chǎn)生廢漿較少，廢漿處置費(fèi)用少。高噴防滲墻的綜合單價(jià)低于塑性混凝土防滲墻，高于攪拌樁防滲墻。

2.3.3 效果

高噴防滲墻主要適用于各種土層、砂層、未膠結(jié)的礫石層，使用深度一般在20 m 以?xún)?nèi)，并且由于受地層、巖性、密實(shí)度、硬度、黏粒含量、結(jié)核及礫石的含量等影響，其均一性、成槽厚度不均一。

2.4 高噴攪拌防滲墻

高噴攪拌防滲墻是在鉆孔、噴射一體機(jī)的噴射桿與高噴整流器之間加裝一個(gè)直徑0.5 m 的攪拌鉆頭，使其能在各種土層、砂層進(jìn)行高噴攪拌施工。后曹閘防滲墻工程量小，土層、砂層復(fù)雜，采用高噴攪拌防滲墻優(yōu)點(diǎn)如下：①高噴能解決攪拌樁防滲墻鉆進(jìn)困難的問(wèn)題；②高噴能解決攪拌樁防滲墻搭接多、連續(xù)性較差的問(wèn)題；③攪拌能彌補(bǔ)高噴不均一的問(wèn)題；④攪拌能解決擺噴噴口處墻體較薄的問(wèn)題，能擴(kuò)大有效樁徑；⑤機(jī)械攪拌與高壓漿攪拌相結(jié)合，成槽均一性較好，搭接更有保證，滲透系數(shù)更小，其成墻效果比單一方法好，造價(jià)與高噴防滲墻相同；⑥機(jī)械選用造孔、高噴、攪拌一體機(jī)，省去部分施工環(huán)節(jié)，適應(yīng)各種土層、砂層、含礫土砂層的地層環(huán)境，可提高施工效率。

3 高噴攪拌技術(shù)組合防滲墻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

高噴攪拌防滲墻可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，針對(duì)后曹閘防滲墻工程量小的情況和土層、砂層復(fù)雜問(wèn)題，計(jì)劃選用高噴攪拌防滲墻進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)計(jì)劃

該試驗(yàn)選定在后曹閘附近相同的地質(zhì)條件區(qū)域，制作高噴攪拌防滲墻試驗(yàn)樁。試驗(yàn)工藝采用單管高壓旋噴攪拌樁、單管高壓擺噴攪拌樁及單管高壓定噴攪拌樁搭接，二管高壓旋噴攪拌樁與二管高壓擺噴攪拌樁、二管高壓定噴攪拌樁搭接，三管高壓旋噴攪拌樁與三管高壓擺噴攪拌樁、三管高壓定噴攪拌樁搭接的方式。

該試驗(yàn)共9種施工工藝、3類(lèi)組合，每類(lèi)組合分3個(gè)不同的提升速度施工，共9 組，每組4 根樁，共36根樁。其中，單管法高壓旋噴攪拌樁鉆孔深度10 m、樁長(zhǎng)10 m，其余試驗(yàn)樁鉆孔深度6 m、樁長(zhǎng)6 m。工藝試驗(yàn)流程，如圖1所示。

圖1 工藝試驗(yàn)流程

3.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)?zāi)康闹饕ㄒ韵?個(gè)方面：①確定合理的施工設(shè)備和施工工藝；②確定臺(tái)車(chē)提升速度、灌漿壓力、水灰比、流量等施工參數(shù)；③驗(yàn)證施工技術(shù)和資源配備是否滿(mǎn)足工程質(zhì)量和施工工期要求；④驗(yàn)證高噴攪拌樁的成樁直徑、均勻性、完整性、連續(xù)性、搭接厚度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)要求等；⑤高噴攪拌樁的抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 高噴攪拌防滲墻工藝試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)位置及參數(shù)

該試驗(yàn)于后曹閘附近進(jìn)行，2 個(gè)旋噴攪拌樁左右兩側(cè)各對(duì)應(yīng)1 個(gè)擺噴攪拌樁、1 個(gè)定噴攪拌樁，每組4孔，試驗(yàn)樁示意如圖2所示。單管法高壓旋噴攪拌樁鉆孔深度10 m，其余試驗(yàn)樁鉆孔深度6.0 m。試驗(yàn)主設(shè)備選用鉆孔、高噴、攪拌一體機(jī)。先施工旋噴攪拌樁，再施工定噴攪拌樁，最后施工擺噴攪拌樁。

圖2 試驗(yàn)樁示意

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，灌漿水灰比1∶1，水泥采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，用量約300 kg/m，以3種提升速度分別為0.10、0.15、0.20 m/min進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)配置，詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)參數(shù)配置

4.2 高噴攪拌樁工藝試驗(yàn)施工

高噴攪拌樁工藝試驗(yàn)施工共分為4 個(gè)步驟：①進(jìn)行施工準(zhǔn)備，按照試驗(yàn)方案樁位進(jìn)行放樣定位，測(cè)放高噴攪拌樁灌漿孔軸線位置，并按擬定間距確定鉆孔中心位置；②進(jìn)行設(shè)備安裝，安裝臺(tái)車(chē)、高壓泵、輸漿管、壓力表等設(shè)備，并檢查高壓設(shè)備、管路系統(tǒng)，特別是管路規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)要求且連接密封完好；③進(jìn)行鉆孔噴漿，首先將臺(tái)車(chē)平置于牢固堅(jiān)實(shí)的地方，鉆桿對(duì)準(zhǔn)孔位中心，卷尺測(cè)量偏差均不超過(guò)50 mm，再借助水平十字尺和吊錘調(diào)整臺(tái)車(chē)，垂直度控制在0.5%以?xún)?nèi)；④采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥作為注漿材料進(jìn)行制漿，水灰比采用1∶1，配制完成的漿液使用密度計(jì)測(cè)得漿液密度為1.53 g/cm3，符合設(shè)計(jì)要求。隨后，為使注漿管順利置入預(yù)定位置，進(jìn)行攪拌鉆孔。最后進(jìn)行高噴攪拌注漿，檢查注漿流量、壓力和提升速度等參數(shù)并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行記錄。高噴攪拌樁工藝試驗(yàn)流程，如圖3所示。

圖3 高噴攪拌樁工藝試驗(yàn)流程

4.3 高噴攪拌樁試驗(yàn)成果

測(cè)得的單管法、雙管法、三管法高噴攪拌樁具體試驗(yàn)參數(shù)，詳見(jiàn)表2—4。

表2 單管法高噴攪拌樁具體試驗(yàn)結(jié)果

表3 二管法高噴攪拌樁具體試驗(yàn)結(jié)果

表4 三管法高噴攪拌樁具體試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)高壓旋噴攪拌樁初步試驗(yàn)成果，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖檢查和檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)不同的提升速度對(duì)成樁直徑、樁身的完整性、均勻性均有不同程度的影響。其中，三管法成樁直徑最大，抗壓強(qiáng)度最低，滲透系數(shù)最大；單管法成樁直徑最小，抗壓強(qiáng)度最高，滲透系數(shù)最小，同時(shí)采用0.5 m樁間距成樁搭接處成墻厚度最大、抗壓強(qiáng)度最高、滲透系數(shù)最小。通過(guò)施工期檢查驗(yàn)收評(píng)定，單管法高壓旋噴攪拌樁采用0.5 m樁間距施工能有效保證成墻搭接厚度、成樁直徑、抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，高噴攪拌技術(shù)組合防滲墻施工技術(shù)具有較高的實(shí)用性，在賈魯河綜合治理工程后曹閘施工中得到了成功應(yīng)用。試驗(yàn)及實(shí)踐證明，高噴攪拌技術(shù)組合防滲墻能解決攪拌防滲墻鉆進(jìn)困難及搭接多、連續(xù)性較差等方面的問(wèn)題，并具有成槽均一性較好、搭接可靠性強(qiáng)、成墻效果好、滲透系數(shù)小、施工速度快等特點(diǎn)，值得向工程領(lǐng)域推廣，對(duì)同類(lèi)工程的地基處理具有一定的參考價(jià)值。