王明甫 周 輝

多頭小直徑深層攪拌樁在清水畔水庫除險加固中的應用

王明甫 周 輝

一、工程基本情況

清水畔水庫位于江蘇省睢寧縣姚集鎮(zhèn)清水畔村境內，建于1957年。設計洪水位28.09m，校核洪水位28.45m，總庫容 627.28×104m3，水庫主要建筑物有粉質粘性土壩1座，長1373m，進水閘1座，灌溉涵洞1座，泄洪涵洞1座，以防洪、灌溉為主結合水面養(yǎng)殖等綜合利用的小（一）型水庫。根據地質條件，壩體加固采取深層攪拌樁進行防滲處理。

二、多頭小直徑深層攪拌樁施工原理及工藝流程

1.施工原理

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻的施工原理是運用深層攪拌樁機在地基一定深度范圍內把水泥漿噴入土體，使水泥和土體產生一系列的物理—化學反應凝結形成具有整體性、水穩(wěn)性、一定強度和防滲能力的水泥土樁體。

2.施工工藝流程

（1）按設計圖紙測量放樣，確定截滲墻的軸線。

（2）測放具體孔位，設置鉆機標志。

（3）移動主機至設計鉆孔位置，并進行機械調平，水平對中孔位。

（4）啟動鉆機，樁機鉆頭攪拌下沉——到達設計墻頂高程后，開啟噴漿泵送漿——至設計深度，記錄輸漿量。

（5）重復攪拌提升，同時噴漿直至設計墻頂，再攪拌提升到地面。

（6）關閉攪拌樁機。樁機前移就位，調平后，重復上述過程，進行下一單元墻施工。

三、施工技術方案

1.施工準備

（1）施工機具選擇

攪拌樁防滲墻施工設備由鉆機裝置和灌漿裝置構成。根據清水畔水庫大壩的地質資料，本工程鉆機采用3頭小直徑深層攪拌樁機，灌漿裝置有擠壓式灰漿泵、水泥漿引漿筒、儲漿筒、集料斗等，噴漿系統(tǒng)采用電腦計量，自動控制每根漿管的漿量及密度。

（2）施工參數選擇

根據清水畔水庫施工圖設計要求，攪拌樁防滲墻的各參數為：滲透系數K應小于A×10-6cm/s(1＜A＜10）；墻體最小厚度16cm；無側限抗壓強度不小于0.3M Pa；水泥摻入量15%；水灰比一般要求不低于1.2。

（3）材料選用

按施工圖紙的要求，攪拌樁的水泥漿液所需的水泥品種選用42.5普通硅酸鹽水泥。水泥漿用水直接采用庫中蓄水（滿足拌和要求）。

2.測量放樣

（1）防滲墻軸線測放

清水畔水庫原大壩軸線比較順直，根據設計大壩軸線偏上游側布置，利用測量控制網測設截滲墻中心線位置，確定截滲墻施工軸線。

（2）高程接測

為了保證高程的準確無誤，利用監(jiān)理提供的的水準點，沿截滲墻軸線在堤頂每30m施測一個高程點，根據設計樁頂底高程及實測堤頂高程，編制成樁控制表。

3.樁機定位

攪拌樁機每幅單序施工成墻有效長度為750m m，一序孔施工完后，前移150m m施工二序孔，一、二序孔均施工完成后即完成一個有效長度為900m m的單元墻體，然后前移750m m移至下一單元的一序孔施工，如此往復，形成連續(xù)套接的攪拌樁截滲墻體。

4.漿液配制

根據清水畔水庫施工圖設計要求，結合試驗確定水泥摻入量為15%，每一攪拌桶水泥用量按照攪拌桶容積進行摻量計算。制漿時每桶均先放水到計算用量，然后放入摻量的水泥進行攪拌，每桶進行正反方向攪拌不少于2m i n。

5.攪拌噴漿

攪拌機準確定位后，啟動攪拌機電機，放松起重機或樁架的鋼絲繩，攪拌機開始切土攪拌下沉，至防滲墻設計底線深度以后，同時開啟灰漿泵，使水泥漿自動連續(xù)噴入地層中，噴漿開始30s～60s內不提升，并使攪拌頭在樁底1m范圍內上下活動一次，然后按下沉及上提平均速度小于0.8m/m i n或Ⅲ～Ⅴ檔的速度提升攪拌頭。提升過程中不斷噴入新漿，提升至設計樁頂高程0.5m以上，停止提升，繼續(xù)攪拌數秒，使?jié){液完全到達樁頂。第一次攪拌完成后，停止注漿，再次將攪拌頭邊旋轉邊沉入土體中，直至設計深度以后，回轉提升至地面完成二次攪拌。隨后，向集漿桶內注入適量的清水，清洗管路中殘存的水泥漿，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。然后樁機向前平移額定距離，重復以上過程開始下一單元墻施工。

截滲墻體施工順序橫斷面形狀如圖1。

四、攪拌樁施工質量控制

1.定位控制

根據單、雙序及單元幅之間中心距，在墻體中心線一側劃定每幅間的間隔位置，并按標準規(guī)定做好施工模具定樁位，控制平面偏差在±3cm以內。

2.垂直精度控制

成樁設備就位平整穩(wěn)固，采用經緯儀作樁架垂直度的初始零點校準，并用兩側垂直角度儀或吊垂跟蹤調整導桿立柱的垂直度，用三支點導桿立柱的垂直度控制鉆具垂直度偏差在±0.3%以內。攪拌掘進過程中，隨時檢測攪拌軸的垂直度，以保證攪拌樁垂直度。

3.鉆進攪拌控制

開動攪拌主機，并徐徐下降鉆頭與壩基土接觸，開始慢速攪拌進尺，鉆頭下沉設計樁頂開始噴漿，用樁架導柱標尺和計時器聯合控制鉆進攪拌速度。鉆進攪拌時，通過在導桿立柱上劃分標尺來量測鉆具鉆進速度。挖掘攪拌前，先調試好深度記錄儀，以鉆頭接觸地面時定為0深度，以確保深度記錄儀與鉆頭深度的同步性和準確性，控制鉆進深度不小于設計深度深層攪拌樁施工時，攪拌次數越多，則拌和越均勻，防滲效果越好。試驗證明，當加固范圍內土體任一點的水泥土每遍經過20次的拌和，其強度即可達到較高值。

本工程采用的刀片為6片，葉片寬度10cm,攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角約60°，攪拌頭的回轉數為50rev/m i n，攪噴下沉速度為1.0m/m i n、攪拌提升速度為1.5 m/m i n，根據每遍攪拌次數公式N=h·cosβ·∑Z·n/V，得 N=0.1×cos60°×6×50/1.0+0.1×cos60°×6×50/1.5=25次>20次，滿足攪拌次數要求。

圖1 多頭小直徑攪拌樁水泥土截滲墻分單元分序施工示意圖

表1 截滲墻鉆芯檢測成果表

表2 滲透系數試驗結果表

表3 抗壓強度試驗

4.配制漿液控制

采用電子計數器控制水量，嚴格按預定配合比制作漿液，用比重計量測控制漿液的比重。水泥漿液隨配隨用，且不斷攪動。在灰漿攪拌機與集料斗之間設置過濾網。漿液存放時注意以下幾點：①當氣溫在10℃以下時，不宜超過5h。②當氣溫在10℃以上時，不宜超過3h。③漿液溫度應控制在5℃～40℃，超出規(guī)定應予以廢棄。漿液存放時間超過以上規(guī)定的有效時間，作廢漿處理。

5.注漿控制

挖掘攪拌時按規(guī)定一次注漿完畢，漿液由注漿泵經管路送至挖掘頭，注漿量由無級電機調速器和自動瞬時流速計及累計流量計監(jiān)控。若中途出現堵管、斷漿等現象，應立即停泵，查找原因進行修理，待故障排除后再掘進攪拌。當因故停機超過半小時，應對泵體和輸漿管路妥善清洗。

6.成墻質量控制

為保證攪拌樁的樁徑、成墻厚度及攪拌均勻程度，鉆頭齒片端部焊接合金塊，對使用的鉆頭定期復核檢查，控制其磨耗量不大于2m m。為確保墻體均勻度，應嚴格控制掘進過程中的注漿均勻性。幅間樁體的連結是水泥土防滲墻施工最關鍵的一道工序，在施工時嚴格控制樁位和垂直度，保證幅間套接質量和墻體的整體連續(xù)性。

五、施工質量檢測

攪拌樁防滲墻的質量檢測主要有開挖檢測、鉆孔取芯檢測、雷達檢測等3種形式。

1.有效性深度檢測

采用地質工程鉆機鉆取了3組芯樣，檢測結果見表1。

截滲墻有效深度均大于8.0m的設計深度。

2.滲透系數檢測

上述3組芯樣取出部分芯段，室內加工成錐形試塊，檢測了水泥土截滲墻體的滲透系數，試驗結果如表2。

水泥土滲透系數抽檢3組，檢測值為 8.49×10-8cm/s～8.84×10-6cm/s，滿足設計要求（1＜A＜10）。

3.抗壓強度檢測

另取部分上述3組芯樣，加工后形成直徑 71.1m m～72.1m m，高度100m m～101m m的試樣，進行抗壓強度試驗，試驗結果如表3：

3組無側限抗壓強度推定值為0.74M Pa～5.87M Pa,滿足設計要求（≥0.3 M Pa）

4.墻體連續(xù)性檢測

采用瑞典M ALA公司的RAM AC地質雷達法對壩體防滲墻連續(xù)性進行檢測，表明壩體防滲墻連續(xù)，其頂界面位于距頂約2m深處，底界面位于距堤頂10m深處，滿足設計要求。

六、結語

采用多頭直徑深層攪拌樁的方案加固水庫大壩，有效深度、滲透系數、抗壓強度、樁的連續(xù)性各項指標均滿足設計要求，與其他加固方案相比，具有防滲效果較好、施工工期短等優(yōu)點，可以在各類水利工程的防滲處理中廣泛應用

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