賓 斌 王導(dǎo)勇 馮志兵

(1.湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙 410117；2.湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007；3.鐵建重工南通有限公司，江蘇 南通 226007)

湖南省有湘、資、沅、澧四大水系及洞庭湖，共有堤防13000多公里,大小水庫13000多座。而目前對于堤身堤基滲漏隱患治理，主要采用高壓旋噴樁、深層攪拌樁、防滲墻等施工工法。但由于各種施工工藝自身的局限性，如樁與樁間連續(xù)性不好、墻體較薄、造價高等使得每年應(yīng)用于堤基處理的投資額仍然巨大，洪澇災(zāi)害依然較為頻繁。

TRD工法由于穩(wěn)定性好，精度高、施工能力強，止水性強而均勻，連續(xù)墻的厚度均勻；連續(xù)墻沿深度方向密實度均勻等特點而被廣泛應(yīng)用于交通、市政工程中[1-3]。趙峰等[4]對TRD工法的施工機械性能、組成、成墻原理、施工程序、固化灰漿組成、施工效率、工程造價等進行了較為詳細的介紹。邢政華等[5]通過系統(tǒng)研究水泥混合土的滲透系數(shù)，討論了土質(zhì)因素對水泥混合土工程性能的影響，得出混合土質(zhì)水泥土的防滲性能受滲透性強的土質(zhì)含量占比所控制的結(jié)論。察雙元等[6]經(jīng)過一系列室內(nèi)試驗和現(xiàn)場原位試驗，研究了TRD工法構(gòu)建等厚水泥土連續(xù)墻在青島地區(qū)富水砂土層中的適用性，得出其具有良好的均勻性和整體性，滿足圍護結(jié)構(gòu)強度和抗?jié)B性要求的結(jié)論。馮師[7]以硬X射線自由電子激光裝置項目4號工作井工程為背景，介紹了超深工法TRD 70m，為后續(xù)超深基坑工程止水帷幕施工提供了較強的參考和借鑒意義。魏巍[8]以高架下方車站施工為依托工程，采用TRD工法作為圍護體的止水帷幕，從而克服低凈空施工的難度，而且在降水階段消除或降低基坑降水對周圍環(huán)境的影響。TRD工法作為一種成墻均勻性好且施工能力高的基礎(chǔ)處理方法已在深基坑工程中得到較為成熟的應(yīng)用，但其在水利工程中的應(yīng)用較少，有關(guān)防滲能力的研究還不足，因此，有必要開展TRD工法在堤防工程中的適用性探究。本文以洞庭湖良心堡三標防滲工程為依托，在1+660～1+760處100m段進行了成墻試驗，探究了TRD工法在洞庭湖區(qū)的施工工藝及防滲效果。

1 工程概況

錢糧湖垸蓄洪工程安全建設(shè)一期工程(君山部分)位于湖南省洞庭湖區(qū)東洞庭湖西岸，北臨墨山，南抵藕池河，西靠南山和華容縣護城大圈，華容河從中穿過，河道蜿蜒曲折，以近南東向流入東洞庭湖。據(jù)前期地勘資料，該段堤基存在透鏡體狀粉細砂層，汛期外湖達到一定水位后，堤內(nèi)存在滲漏隱患。在新建堤防選取典型區(qū)段使用LSJ60-C型TRD設(shè)備進行了現(xiàn)場試驗，試驗歷時14天，共完成連續(xù)墻50m深墻長23.6m，35m深墻長19.1m，總計成墻面積1849m2。圖1為試驗現(xiàn)場鳥瞰圖。

圖1 現(xiàn)場施工鳥瞰圖

1.1 工程地質(zhì)條件

錢糧湖垸工程處于河湖相沖積平原，地勢平坦開闊，垸內(nèi)中部層山一帶高程為30～36m，其他地面高程為26～38m，垸內(nèi)河流、古河道、水渠、水塘、湖泊眾多。

通過鉆孔取芯，試驗區(qū)堤基地層自老至新分布如下：

人工堆積(Qs)：主要為堤身土，成分為黃褐、灰黃色粉質(zhì)黏土間夾少量粉細砂及碎石等，呈可塑～硬塑狀，厚度2.0～7.0m。

1.2 水文地質(zhì)條件

據(jù)場地附近水質(zhì)分析結(jié)果，工程區(qū)地下水化學類型分別為碳酸硫酸鈣型水和硫酸鈣型水，pH值為7.6～7.7，河水對混凝土無腐蝕性。

1.3 TRD工法施工工藝流程

TRD施工工序分為切割箱自行打入挖掘工序、水泥土攪拌墻建造工序、切割箱拔出分解工序。

1.3.1 測量放線

施工前，根據(jù)設(shè)計圖紙和業(yè)主提供的坐標基準點，精確計算出防滲墻中心線角點坐標，利用測量儀器進行放樣，并進行坐標數(shù)據(jù)復(fù)核，同時，做好護樁，并通知相關(guān)單位進行放線復(fù)核。

1.3.2 開挖溝槽

根據(jù)TRD工法設(shè)備重量，防滲墻中心線放樣后，對施工場地采取鋪設(shè)路基箱板等加固處理措施(如施工深度超過60m需采用槽壁加固措施)，確保施工場地滿足機械設(shè)備對地基承載力的要求，確保樁機的穩(wěn)定性。用挖掘機沿圍護墻中心線平行方向開挖工作溝槽，槽寬約1.2～1.5m(根據(jù)成墻厚度適度調(diào)整)，溝槽深度大于1.0m(見圖2)。

圖2 開挖溝槽

1.3.3 吊放預(yù)埋箱

用挖掘機開挖深度約5m、長度約2.5m、寬度約1.5m的預(yù)埋孔，利用吊車并將預(yù)埋箱吊放入預(yù)埋孔內(nèi)(見圖3)。

圖3 吊放預(yù)埋箱

1.3.4 主機就位

由當班班長統(tǒng)一指揮主機就位，移動前看清上、下、左、右各方向的情況，發(fā)現(xiàn)有障礙物應(yīng)及時清除，移動結(jié)束后檢查定位情況并及時糾正，主機應(yīng)平穩(wěn)、平正(見圖4)。

圖4 主機就位

1.3.5 切割箱與主機連接

用指定的履帶式吊車將切割箱逐段吊放入預(yù)埋孔，利用支撐臺固定；TRD主機移動至預(yù)埋孔位置連接切割箱(見圖5)，然后再返回預(yù)定施工位置進行切割箱自行打入挖掘。

圖5 連接切割箱與主機

1.3.6 安裝測斜儀

切割箱自行打入到設(shè)計深度后，安裝測斜儀。通過安裝在切割箱內(nèi)部的多段式測斜儀，可進行墻體的垂直精度管理，通?？纱_保1/250以內(nèi)的精度。

1.3.7 TRD工法成墻

測斜儀安裝完畢后，主機與切割箱連接。進行“三步成墻法”或者“一步成墻法”施工(見圖6、圖7)。其中“三步成墻法”的施工方法為：先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌，即鋸鏈式切割箱鉆至預(yù)定深度后，首先注入挖掘液先行挖掘、松動土層一段距離，然后回撤挖掘至原處，再注入固化液向前推進攪拌成墻。

圖6 “三步成墻法”施工工藝流程

圖7 “一步成墻法”施工工藝流程

1.3.8 測試漿液流動度與切割箱拔提

通過測試混合泥漿的流動度進行成墻品質(zhì)的管理(見圖8)；將等厚度型鋼水泥土攪拌墻施工過程中產(chǎn)生的廢棄泥漿統(tǒng)一堆放，集中處理。一段工作面施工結(jié)束后，利用TRD主機將切割箱分段拔出(見圖9)。

圖8 漿液流動度測試

圖9 拔出切割箱

1.4 TRD工法施工材料配合比

整個場地的試驗分為A、B、C、D、E、F、G共7段進行。成墻深度為穿透第④層粉細砂層后，進入粉質(zhì)黏層中。分段長度、成墻厚度及固化劑添加量見表1。

表1 材料配比

2 TRD工法連續(xù)成墻質(zhì)量研究

TRD工法連續(xù)墻質(zhì)量，國內(nèi)外大多數(shù)相關(guān)研究采取測試芯樣強度進行評價，其效果受鉆孔取芯影響較大；另一種方法是用固化液和地層充分混合后的漿液制作試塊，留樣養(yǎng)護后進行強度和抗?jié)B性的測試。然而這兩種方法均無法真實反映TRD工法連續(xù)墻墻體的完整性和均勻性。本文在取芯檢測連續(xù)墻強度的基礎(chǔ)上，采取鉆孔內(nèi)變水頭壓水試驗、注水試驗對TRD工法的成墻質(zhì)量進行評價。

2.1 堤基土層物理力學指標

本次野外取原狀土樣31組，進行標貫試驗23次。依據(jù)室內(nèi)土工試驗及野外標貫試驗參數(shù)，類比已建同類工程經(jīng)驗，推薦力學指標見表2。

表2 土層物理力學指標推薦值

2.2 鉆孔檢測分析

施工結(jié)束28天后，對墻體進行鉆孔取芯。對芯樣進行滲透系數(shù)測試和抗壓強度測試。施工5個檢查孔，各區(qū)均布一個。結(jié)合現(xiàn)場實際條件，確定檢查孔注水試驗滲透系數(shù)(見表3)。

表3 TRD試驗項目檢查孔注水試驗滲透系數(shù)

結(jié)果表明：“三步成墻法”與“一步成墻法”成墻后的注水試驗結(jié)果相近，除孔偏或壓水破壞段，數(shù)據(jù)主要集中于(1～5)×10-6cm/s之間。

采用“三步成墻法”與“一步成墻法”攪拌后的土體，未添加水泥，注水試驗所得的數(shù)據(jù)主要集中于(0.8～2.0)×10-5cm/s之間。相比原狀土，滲透系數(shù)有所減小。且在加入水泥后，對滲透系數(shù)的降低有明顯的效果。

由檢查孔芯樣抗壓強度數(shù)據(jù)(見表4、圖10)可知，28天取芯抗壓強度為0.1～0.22MPa之間，防滲墻28天強度偏低。水泥土在深度范圍5～15m之間時，表觀密度為1.537～1.68g/cm3，上部相比下部要小；隨水泥添加量增加，水泥土的平均表觀密度降低，而防滲墻強度變化不明顯。這是因為在提高水泥摻量過程中水泥土黏聚力增加，塑限增大，槽內(nèi)漿體黏滯阻力大，為防止刀箱被溝槽抱死，需加入大量水降低漿體比重，漿體含水率高，同時產(chǎn)生大量的廢棄漿體，廢棄漿里帶走了大量水泥，以至于槽內(nèi)實際水泥摻量較少，水泥土的固化速度慢，自然沉積時間長，所以下部比重相比上部要大，而防滲墻整體強度較低。由此可見，在黏粒含量較高的地層很難通過增加水泥摻量達到提高防滲墻墻體強度的目的。

表4 鉆孔取芯28天抗壓強度

圖10 檢查孔芯樣抗壓強度豎向分布(單位：MPa)

3 TRD工法在堤防工程中的適用性分析

3.1 設(shè)備適用性分析

本次試驗采用LSJ60-C型TRD工法機進行，該機有自走能力，在場地內(nèi)可通過自身動力行走，場外需通過平板車運輸。TRD施工機安裝刀具等需借助起重機械，且鏈條、刀片板、刀具箱等需分開裝箱，按件運輸。其他機械或設(shè)備，如水泥筒倉、注漿設(shè)備等，可通過平板車運輸。施工現(xiàn)場對場地要求較高，需要修筑施工臨時道路，遇暗浜、低洼地等不良地質(zhì)條件時，需采取抽水、清淤、回填素土并分層夯實的手段，確?，F(xiàn)場道路的承載力滿足樁機和起重機械平穩(wěn)行走的要求?，F(xiàn)有TRD設(shè)備難以適應(yīng)堤壩頂部寬度6～8m的場地施工，需要研制一款適用于堤壩工程的輕量化TRD成套設(shè)備。

3.2 工藝適用性分析

本次TRD工法試驗，試驗了50m和35m不同深度，試驗了6%～15%水泥和固化劑不同摻量，試驗了“一步成墻法”和“三步成墻法”施工工藝，其中“三步成墻法”試驗深度50m時，試驗日進尺達8延米；“一步成墻法”試驗深度35m時，日(20h)進尺達16.7延米，日成墻面積達580m2。在施工工效方面，達到了預(yù)期效果；在成墻均勻性方面，“一步成墻法”和“三步成墻法”均可形成完整均勻的防滲墻，但墻體強度和抗?jié)B性有待進一步提高。

通過本次施工，驗證了TRD工法施工的如下特點：TRD工法成墻深度大，墻身連續(xù)無接頭；原地加入切削液、固化劑，切削攪拌一次成墻，成墻施工工序較少，速度較快；成墻機械化程度高；施工過程中產(chǎn)生的泥漿和廢漿量較大，需要提前制定泥漿處理措施；對于黏粒含量較高的地層，難以通過提高水泥摻量增加墻體的強度和抗?jié)B性。

4 結(jié) 語

本文依托湖南省洞庭湖區(qū)錢糧湖垸蓄洪工程安全建設(shè)一期工程三標防滲工程，首次在水利堤防工程中采用TRD工法進行防滲加固處理試驗，研究其在水利工程中防滲處理的可行性、適用性，經(jīng)現(xiàn)場試驗后得出以下結(jié)論：

TRD工法可用于堤防工程防滲處理，成墻連續(xù)完整、均勻，深度可施工50m以上，厚度可達550mm，是一種經(jīng)濟有效的防滲施工工藝。

水泥土連續(xù)墻芯樣28天的無側(cè)限抗壓強度偏低，而留樣測試的強度與墻體強度有較大差異，但試樣的整體強度都不高。對于黏粒含量較高的地層，難以通過增加水泥摻量提高墻體強度，如何有效減少廢棄漿量，提高水泥土連續(xù)墻的強度是后續(xù)需要重點解決的難題。

鉆孔取芯、注水試驗等檢測方法能綜合考慮防滲墻的強度、滲透系數(shù)、完整性、均勻性等指標，能較為全面地評價等厚地下連續(xù)墻的成墻質(zhì)量，可推廣應(yīng)用。