帥永波 李傳軍

(山東省水利科學(xué)研究院 濟南 250013)

1 工程地質(zhì)概況

小仕陽水庫位于莒縣縣城東北28km處的沭河支流袁公河上，控制流域面積281km2，加固后水庫總庫容1.364億m3，興利庫容0.6863億m3。水庫是一座以防洪和灌溉為主，結(jié)合發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。

2 壩基垂直截滲設(shè)計

防滲的主要目的是有效減少庫區(qū)滲漏量。同時，還可以解決下游壩腳滲透比降過大、出逸比降偏高的問題，防止壩后產(chǎn)生滲透破環(huán)及壩后浸沒。

結(jié)合壩址區(qū)工程地質(zhì)情況，壩基垂直截滲采用多頭小直徑水泥攪拌樁的設(shè)計方案。水泥深層攪拌法以水泥為固化劑的主劑，通過專用的深層攪拌機械，在地基土中邊鉆進，邊噴射固化劑，邊旋轉(zhuǎn)攪拌，使固化劑與土體充分拌和，形成具有整體性和抗水性的水泥土樁柱體，以達到防止?jié)B漏的目的。

設(shè)計成墻厚度0.3m，水泥摻入量10%，抗?jié)B系數(shù)K＜10-6cm/s，孔斜率小于0.3%，攪拌樁底部入全風(fēng)化巖0.5m。根據(jù)地質(zhì)條件與施工場地情況的不同，分別采用了“兩噴兩攪，一次成墻”與二序成墻作業(yè)的工藝。

3 水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制

3.1 多頭小直徑水泥攪拌樁試驗

施工前結(jié)合地質(zhì)資料首先進行了現(xiàn)場工藝試驗，試驗地點選擇在具有代表性、針對性的區(qū)域。根據(jù)地質(zhì)縱剖面圖，水泥土攪拌樁選擇地層條件相同的位置進行，以驗證設(shè)計施工參數(shù)的合理性、適用性，對防滲工程起指導(dǎo)性作用。

a.水灰比的確定。根據(jù)土體含水量，采用10% ～12%的水泥摻入量，1.0、1.5和2.0三種水灰比做了對比試驗。試驗結(jié)束10天時現(xiàn)場開挖取樣發(fā)現(xiàn)，1.0水灰比的墻體夾泥現(xiàn)象嚴重，水泥土攪拌不均，成墻質(zhì)量較差。水灰比1.5、2.0取樣試驗結(jié)果表明，兩種情況均能滿足設(shè)計要求。但用1.5水灰比時，實際水泥摻入量高達20%，當(dāng)用2.0水灰比時，實際水泥摻入量略大于11%，因此最后選定水灰比為2.0。

b.鉆進提升速度的確定。攪拌頭下鉆速度選擇0.6m/min，并且控制提升噴漿速度以保證攪拌效果。噴漿主要在下鉆提升中進行，下鉆時根據(jù)下沉速度調(diào)節(jié)噴漿量，以微微返漿為宜，避免出現(xiàn)過量返漿現(xiàn)象。

提升速度按下式確定:

式中 v——攪拌頭噴漿鉆進提升速度，m/min;

γd、γ——分別為水泥漿和土的重度，kN/m3;

Q——灰漿泵的排量，m3/min;

F——攪拌樁的截面積，m2;

aw——水泥摻入比;

ac——水泥漿水灰比。

c.水泥摻入量決定了水泥土的破壞比降、抗壓強度、變形模量，對滲透系數(shù)有著較大影響。土層中水泥摻入量取決于天然土體性質(zhì)(孔隙率、土層類別、含水量等)和施工機械的性能。

水泥摻入量按下式確定:

式中 Q——單位墻體水泥摻入量;

v——沿軸線方向每米被加固墻體的體積;

γ——被加固土體的容重;

I——水泥摻入比，該工程取10%。

供漿量按下式確定:

式中 k——水灰比;

Q——單位墻體水泥摻入量。

d.多頭小直徑水泥攪拌樁采用三頭連接方式。最小成墻厚度按下式計算:

式中 h——最小成墻墻厚，mm;

d——鉆頭直徑，mm;

s——樁間距，mm。

經(jīng)現(xiàn)場開挖檢查，截滲墻水泥土分布基本均勻，樁間搭接良好，未發(fā)現(xiàn)開叉現(xiàn)象，樁輪廓垂直度在0.5%以內(nèi)，上部和下部搭接基本一致，樁與樁搭接處最小厚度均大于200mm。證明設(shè)計參數(shù)適用于該地層，可以按照設(shè)計標準進行施工。

表1～表3為單位墻體水泥摻入量。

表1 一序成墻單位墻體水泥摻入量(一)

表2 一序成墻單位墻體水泥摻入量(二)

表3 二序成墻單位墻體水泥摻入量

3.2 水泥攪拌樁質(zhì)量控制

水泥攪拌樁工程屬隱蔽性工程，施工參數(shù)技術(shù)指標直接影響工程質(zhì)量，主要從鉆進速度、噴漿壓力、泥漿比重、提示速度及復(fù)噴深度等工藝進行質(zhì)量控制。

3.2.1 成樁質(zhì)量控制

根據(jù)設(shè)計要求，樁與樁之間搭接長度不小于20cm，施工單元墻搭接長度不小于10cm。

a.鉆機采用ZCJ型三頭樁機施工，主機就位時應(yīng)嚴格對準樁位，對樁就位偏差不大于±1cm，垂直度偏差不大于0.5%，攪拌樁機工作平臺寬度不小于5.0m，施工前對場地進行平整夯實，確保施工期間臺車不因沉降影響攪拌垂直度。施工中采用三個連通水準管或垂直度儀觀測鉆桿的兩個方向垂直度及樁機調(diào)平情況，發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時調(diào)整，確保攪拌桿在施工過程中處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。為保證樁孔不偏斜，開始入土?xí)r不宜用高速鉆進，一般鉆進速度不應(yīng)大于0.8m/min;土層較硬時，鉆進速度不大于0.6m/min。

b.在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動攪拌機，輸漿壓力控制在0.3～1.0MPa，并以60r/min的轉(zhuǎn)速和0.6m/min的鉆進速度，快攪慢進順時針方向邊鉆邊注漿，直至設(shè)計樁長。再繼續(xù)噴漿并按適當(dāng)?shù)奶嵘俣雀臑槟鏁r針方向攪拌噴漿提升，提升到設(shè)計樁頂時，停止提升，攪拌5s，以保證樁頭攪拌均勻密實。

c.為了保證形成連續(xù)、密實的防滲墻，在施工過程中控制鉆頭提升速度，加大噴漿量，以孔口微微返漿使土層盡可能吸漿飽和作為供漿控制標準。攪拌過程中，根據(jù)地層情況選擇合適鉆進檔位，并與供漿泵密切配合，鉆進提升過程中始終保持孔口微微返漿，供漿標準為既能滿足與鉆進提升檔位相匹配的水泥滲入量(10% ～12%)，又能保證下部局部不密實區(qū)吃漿量大的要求，形成密實的水泥土樁，確保截滲墻連續(xù)密實完整。

d.嚴格控制噴桿下入深度，施工之前丈量鉆桿長度，用紅色油漆在鉆桿上劃樁長的明顯標志，樁長應(yīng)大于設(shè)計深度10cm，以確保達到設(shè)計要求。

e.施工時嚴格控制噴漿時間和停漿時間，控制好樁機的鉆進速度、攪拌速度及提升速度。每根樁開鉆后保持連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應(yīng)不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。

f.施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時，要求整樁復(fù)攪，復(fù)噴的噴漿量不小于設(shè)計用量。如遇停電、機械故障，噴漿中斷時，應(yīng)及時記錄中斷深度。在因故停工不超過12h的，應(yīng)采取補噴處理措施，為防止斷樁和缺漿，將攪拌頭提升到停漿點0.5m以上，待恢復(fù)供漿后再噴漿攪拌。如停工40min以上，必須立即進行全面清洗，防止水泥在設(shè)備和管道中結(jié)塊，影響施工質(zhì)量。

g.樁與樁之間擠接時間不允許大于24h，超過上述時間，最后一根樁應(yīng)空鉆留出榫頭，以確保樁間搭接。

3.2.2 漿液制備質(zhì)量控制

a.制漿使用設(shè)備為LJ—0.5雙層水泥漿攪拌機，中間設(shè)置過濾篩，制漿桶直徑1.0m，高0.5m。經(jīng)計算，扣除桶內(nèi)的攪臂等，單位高度容積為7.5L/cm，以此作為計算每盤注水及制漿量的標準。

b.水泥漿的水灰比與被加固土體的含水量、性能、機械的攪拌能力和輸漿情況等有關(guān)。試驗表明:水泥土的性能不但取決于水泥摻入量，還取決于被加固土體的可攪拌性，即使水泥摻入量大，但未攪拌均勻，水泥土力學(xué)指標也不理想。因此水泥土攪拌均勻十分重要，而水灰比對水泥土的均勻性起著重要作用。按設(shè)計給定的水灰比(水和水泥按重量比嚴格控制)在制漿罐中進行拌制，備好的漿液不停地攪拌，使其均勻穩(wěn)定，不得離析或停置時間過長，超過2h的漿液降低標號使用;漿液倒入集料斗時須加篩過濾，以免漿內(nèi)結(jié)塊，損壞泵體。若停置時間過長，不得使用。每盤測定漿液比重一次，對制漿量及比重做詳細記錄。

c.泵送漿液前，管路要保持潮濕，以利輸漿。泵送漿液過程中，泵的壓力必須足夠和穩(wěn)定，用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.3～1.0MPa，并使攪拌提升速度與輸漿速度保持同步。供漿必須連續(xù)，拌和必須均勻。如遇到漿液硬結(jié)堵管，必須立即拆卸輸漿管道，清洗干凈。

3.3 施工質(zhì)量監(jiān)控

為保證攪拌樁工程的施工質(zhì)量，采用SJC水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測系統(tǒng)對整個施工過程進行監(jiān)控。運用該系統(tǒng)，施工操作人員在施工過程中可以有效掌握注漿量的分布狀況，及時做出相應(yīng)處理，控制成樁質(zhì)量，有效減少材料浪費，杜絕斷漿情況的出現(xiàn)。

BJZC—JS—1B型水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測系統(tǒng)由安置在機柜中的SJC型水泥土攪拌樁漿量監(jiān)測記錄儀、安裝在鉆機上的深度測量裝置和串接在漿管中的流量測量裝置三大部分組成。在鉆機平臺上選擇合適處斷開出漿管，將流量裝置串接進去，使該裝置上箭頭所指方向與水泥漿實際流動方向一致。在鉆機平臺上選擇合適處鉆孔，通過羅紋連接，將位移裝置的支柱牢固地固定在鉆機上，并保證鋼索正好處于傳動輪與壓輪的中間。操作時，首先設(shè)置好漿量、樁長等各項參數(shù)，按規(guī)定進行操作，保證成樁資料的打印。深度測量裝置注意防銹，每次使用完需擦拭干凈并涂上潤滑油;流量測量裝置每次使用完也需擦拭干凈，水泥漿管內(nèi)需用清水沖洗干凈。

4 嚴格質(zhì)量控制，達到預(yù)期效果

水泥攪拌樁作業(yè)期間，噴漿記錄以自動記錄儀為主、手工記錄為輔，確保原始記錄資料齊全、清晰、準確，能真實反映噴漿全過程的實際狀況。通過嚴格的質(zhì)量控制和技術(shù)保障措施，水泥攪拌樁達到了預(yù)期的效果。截滲墻在成墻后15天后進行開挖檢驗，每500m開挖一處，開挖深度大于2.5m，長度3～5m，測量墻體中樁的垂直度偏差、樁位偏差、樁頂高程、墻體厚度，觀察攪拌均勻程度、成墻質(zhì)量，檢查墻體搭接和墻體傾斜情況，測量兩樁之間搭接值。以上檢測項目均符合設(shè)計指標。在防滲墻中鉆孔取得水泥土芯樣，室內(nèi)養(yǎng)護到28天，做無側(cè)限抗壓強度和滲透試驗，取得抗壓強度、滲透系數(shù)和滲透破壞比降等指標。滲透系數(shù)分別為8.84×10-7cm/s、9.25 ×10-7cm/s、1.07×10-6cm/s、1.21 × 10-6cm/s，抗壓強度為 1.2MPa。各項指標均符合設(shè)計要求。通過嚴格的質(zhì)量控制，達到了預(yù)期效果，截滲墻有效地阻止了壩基滲漏，保障了水庫正常蓄水和安全運行。■