劉 召

（山西省水利建筑工程局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006）

1 工程概況

汾河干流河津段防洪能力提升工程2022 年度施工02 標(biāo)，包含的施工項目有：對已有陽村排水泵站進(jìn)行更新改造、在連伯村新建分洪閘一座等內(nèi)容，由于新建分洪閘部位基礎(chǔ)地基以粉細(xì)砂為主，含水率高，承載力差，設(shè)計要求對分洪閘鋪蓋和閘室段的基礎(chǔ)進(jìn)行振沖碎石樁形成復(fù)合地基，以解決地基原狀土體液化，提高地基強(qiáng)度和承載力，減少地基變形，同時在閘室上游側(cè)布置水泥土攪拌防滲墻進(jìn)行防滲處理。

水泥土攪拌防滲墻軸線長度100 m，樁距50 cm，孔徑60 cm，樁頂標(biāo)高368.10 m，樁底標(biāo)高350.10 m，有效樁長18 m，防滲墻最大限度利用原土，攪拌無振動，對周圍建筑物影響很小，同時將水泥作為固化劑，通過成樁機(jī)將土與水泥強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性和一定強(qiáng)度的水泥土增強(qiáng)體，提高地基土強(qiáng)度增大變形模量減少滲漏。

2 施工主要技術(shù)參數(shù)的確定

為了保證除設(shè)計提供的樁徑與樁距以外其他主要技術(shù)參數(shù)能滿足本工程的需要，防滲墻施工前進(jìn)行了3 根工藝性成樁試驗，試驗樁布置范圍位于平行于防滲墻軸線外圍10 m 范圍內(nèi)（確保了不影響其他永久建筑的運(yùn)行），每個樁距離約30 m。

試樁完成后，在相應(yīng)的間隔時間段內(nèi)，對試驗樁進(jìn)行了開挖和鉆孔取芯檢查，驗證了主體工程施工中采用關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的可行性。通過測量成樁直徑以及查看攪拌均勻程度等成型后的效果，并結(jié)合芯樣抗壓強(qiáng)度取值，均達(dá)到了設(shè)計要求以及相關(guān)規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 土體天然濕密度、固化劑、天然含水率的確定

2.1.1 土體天然濕密度確定

防滲墻的固化劑主要是水泥，水泥的摻入量又以土體濕密度的大小為依據(jù)，兩者成正比關(guān)系。根據(jù)分洪閘的閘址，在平行于防滲墻軸線下游側(cè)不同部位不同樁號對土體的天然濕密度進(jìn)行了抽查取樣，取樣部位分別位于設(shè)計防滲墻樁頂高程以下1.0 m、3.0 m、4.0 m、4.5 m 處，通過檢測，天然濕密度分別為1.762 g/cm3、1.819 g/cm3、1.879 g/cm3、1.866 g/cm3。

原狀地層中加入的水泥越多，水泥土增強(qiáng)體強(qiáng)度就越大?？紤]到水泥出廠重量誤差、人類活動、外界自然環(huán)境等因素的影響，結(jié)合素土擊實(shí)試驗報告，本工程天然濕密度確定采用取樣檢測結(jié)果中最大值1.879 g/cm3進(jìn)行水泥摻入量計算。

2.1.2 固化劑確定

原狀土層若為塊狀土體，相對于水泥土混合物凝結(jié)體的強(qiáng)度要求不是太高，施工中可以選用32.5 級水泥，這樣可以節(jié)約水泥，降低成本。

本工程原狀土以粉細(xì)砂為主，整體均勻，幾乎沒有塊狀加固體存在，確定固化劑選用強(qiáng)度等級P.O42.5 普通硅酸鹽水泥。

2.1.3 天然含水率確定

通過對取樣部位土體天然含水率檢測，4 個部位樣本的天然含水率分別為40%、42%、45%、46%，均超過技術(shù)規(guī)范所要求不小于30%的要求，可以保證水泥充分水化反應(yīng)，進(jìn)一步驗證了采用水泥土攪拌樁漿液攪拌濕法施工在本工程實(shí)施防滲的可行性。

2.2 水泥摻入比的確定

水泥重量摻入比的計算基數(shù)為天然濕密度。

一般情況下，水泥攪拌樁水泥摻量為天然土重的5%～20%，由于本工程以粉細(xì)砂為主，結(jié)合多年類似工程施工經(jīng)驗，根據(jù)試樁開挖觀察、成型效果測量、抗壓強(qiáng)度取值，在既能滿足砂性土水泥摻量不小于12%，又能保證施工質(zhì)量、節(jié)約水泥、降低工程成本的前提下，確定本工程水泥土增強(qiáng)體的水泥摻入比為天然土重的15%。

2.3 注漿量的確定

在滿足單個樁長內(nèi)所注漿液量達(dá)到規(guī)定水泥摻入量標(biāo)準(zhǔn)的同時，需將單個樁長總注漿量在注漿攪拌鉆進(jìn)和注漿攪拌提升兩個關(guān)鍵工序上進(jìn)行合理的分配。分配的原則是：注漿攪拌鉆進(jìn)時注漿量滿足漿液能達(dá)到攪拌頭出口且能保證成股狀流動；注漿攪拌提升因原狀土已被鉆進(jìn)攪拌過程中擾動成為更為松散地層，提升時應(yīng)加大注漿量，可以保證重復(fù)攪拌時水泥土攪拌更加均勻，增強(qiáng)體強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

注漿量的分配在有關(guān)技術(shù)規(guī)范中沒有明確規(guī)定，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)場土體濕密度、地質(zhì)情況、施工機(jī)械以及試樁的成樁效果進(jìn)行了確定。

2.3.1 注漿攪拌鉆進(jìn)注漿量確定

本工程選用250/50 多缸柱塞式無級電機(jī)調(diào)速灌漿泵，灌漿泵額定最大工作壓力5 MPa，最大排量250 L/min；選用單頭深層攪拌樁機(jī)，導(dǎo)向架高度22 m，滿足一次性鉆孔19.5 m 的要求。

漿液先通過灌漿泵和高壓軟膠管輸送至導(dǎo)向架頂部，再通過掘進(jìn)鉆桿內(nèi)嵌套的鐵質(zhì)輸漿管利用重力落差到達(dá)出漿口。因?qū)蚣芨叨?2 m，所以漿液到達(dá)導(dǎo)向架頂部的自重壓力相當(dāng)于0.22 MPa。

根據(jù)本工程成樁機(jī)械的選型，注漿量通過各種組合方式調(diào)試，確定的調(diào)試結(jié)果如下：在灌漿泵工作壓力0.45 MPa、無級調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速80 r/min 下，攪拌頭出漿口漿液均勻成股狀流出，分別進(jìn)行了5 min、10 min 和15 min，累計30 min 的流量觀測，通過查看灌漿自動記錄儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，結(jié)合測量攪拌桶內(nèi)漿液流出量的校核驗證，出漿量分別為75 L、150 L、225 L。通過以上數(shù)據(jù)，確定注漿攪拌鉆進(jìn)注漿量為15 L/min。

2.3.2 注漿攪拌提升注漿量確定

單個樁長總注漿量施工前已根據(jù)土體天然濕密度以及水泥摻入量基本確定，原則上注漿攪拌提升注漿量應(yīng)為單個樁長總注漿量減去注漿攪拌鉆進(jìn)時的注漿量。

因原狀土已被鉆進(jìn)攪拌過程中擾動成為更為松散的水泥土地層，為了保證全樁復(fù)攪提升時水泥土攪拌更加均勻，進(jìn)一步提高增強(qiáng)體強(qiáng)度，考慮到水泥出廠重量誤差、人類活動、外界自然環(huán)境等因素的影響，3 個試樁在滿足應(yīng)有提升注漿量的前提下，適當(dāng)?shù)募哟罅颂嵘{量，分別按照75 L/min、80 L/min、85 L/min 的注漿量進(jìn)行了控制，通過查看試樁成型外觀效果，水泥土增強(qiáng)體攪拌均勻，光澤度高，樁體表面風(fēng)干后仍成深灰色，樁體試塊28 d 抗壓強(qiáng)度平均值3.66 MPa，說明在不浪費(fèi)水泥的情況下，質(zhì)量滿足設(shè)計要求。確定本工程注漿攪拌提升注漿量為80 L/min。

2.4 水泥漿水灰比、重度的確定

本工程采用濕法施工，從取得原狀土樣本來看，地層天然含水率平均值43.25%，如選用較大水灰比，漿液濃度低，在鉆進(jìn)和提升攪拌中遇水會被進(jìn)一步稀釋，影響水泥土增強(qiáng)體強(qiáng)度；如選用較小水灰比，漿液濃度大，會造成水泥的不必要浪費(fèi)。

2.4.1 水灰比的確定

3 個試樁分別用水灰比2∶1、1∶1、0.5∶1 進(jìn)行了漿液調(diào)配，開挖后通過觀察風(fēng)干后的樁體外觀無明顯色差變化，對樁頂以下4 m 處進(jìn)行了試塊取樣，抗壓強(qiáng)度最小值為3.36 MPa。在既保質(zhì)量又節(jié)約水泥的前提下，確定水泥漿水灰比為1∶1。

2.4.2 重度的確定

水泥的比重按3 計算，按水灰比1∶1 的比例配制1m3的漿液，通過計算水泥漿重度為1 500 kN/m3。

2.5 攪拌樁截面積的確定

攪拌樁按照設(shè)計要求樁間距50 cm、樁徑60 cm 進(jìn)行布孔，樁與樁搭接10 cm，搭接部位墻體最薄處厚度33 cm，滿足設(shè)計最小墻厚不小于30 cm 的要求。

通過計算樁體半徑30 cm，確定攪拌樁截面積為0.282 6 m2。

2.6 攪拌頭噴漿提升速度的確定

成樁質(zhì)量的好壞直徑關(guān)系到防滲墻的防滲效果，為了保證樁體水泥土攪拌的均勻性，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿提升速度。

噴漿提升速度按照公式（1）進(jìn)行計算：

式中：ac——水泥漿水灰比，1∶1；

aw——水泥摻入比，15%；

F——攪拌樁的截面積，0.282 6 m2；

Q——灰漿泵的排量，0.080 m3/min（注漿攪拌提升注漿量）；

γ——土的重度，1 879 kN/m3；

γd——水泥漿重度，1 500 kN/m3。

通過以上數(shù)據(jù)確定噴漿提升速度V 為0.75 m/min。

2.7 攪拌頭噴漿鉆進(jìn)速度的確定

水泥土攪拌樁鉆進(jìn)速度有關(guān)技術(shù)規(guī)范中沒有明確規(guī)定，但是提升速度確定以后，為鉆進(jìn)速度提供了參考性依據(jù)。如鉆進(jìn)速度低于提升速度，施工用時長效率低，人材機(jī)等施工成本會相應(yīng)增加，如鉆進(jìn)速度高于提升速度較多，攪拌軸轉(zhuǎn)速無法與之匹配，達(dá)不到每點(diǎn)攪拌次數(shù)要求，同時鉆進(jìn)與注漿量不匹配，使得原狀土與漿液攪拌不是特別均勻。3 個試樁分別按照提升速度的1.1 倍、1.2 倍、1.3 倍進(jìn)行了鉆進(jìn)，結(jié)合本工程地層、試樁成型效果、提升速度、以及類似工程施工經(jīng)驗，確定攪拌頭噴漿鉆進(jìn)速度為提升速度的1.2 倍（不得超過1.00m/min），即0.90 m/min。

2.8 每遍攪拌次數(shù)的確定

攪拌樁施工過程中，原狀土與漿液攪拌次數(shù)越多，水泥土拌和的越均勻，其增強(qiáng)體強(qiáng)度就越高，但攪拌次數(shù)過多施工效率就會降低。根據(jù)施工經(jīng)驗以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，在攪拌加固土體范圍內(nèi)任一點(diǎn)水泥土經(jīng)過20 次的拌合，水泥土強(qiáng)度可以達(dá)到較高值。

每遍攪拌次數(shù)按照公式（2）進(jìn)行計算：

式中：h——直尺測量攪拌葉片的寬度，0.12 m；

EZ——觀測攪拌葉片的總枚數(shù)，6 片；

n——讀表攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)，26 rev/min；

β——角度測量攪拌葉片與攪拌軸的垂直夾角，15 度；

v——攪拌頭的提升速度，0.75 m/min。

通過以上數(shù)據(jù)確定每遍攪拌次數(shù)N 為24 次，按現(xiàn)有參數(shù)配置，每個點(diǎn)均大于20 次的拌和要求。

通過分析、研究，確定本工程施工技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 水泥土攪拌防滲墻施工技術(shù)參數(shù)表

3 水泥土攪拌防滲墻施工

本工程防滲墻采用兩攪兩噴法從防滲墻軸線一端向另一端逐孔套接方式進(jìn)行施工。工藝流程為：清場備料→開溝鋪板→定樁位→樁機(jī)就位→制備漿液→注漿攪拌鉆進(jìn)→注漿攪拌提升→成樁移機(jī)→質(zhì)量檢查。

3.1 清場備料

施工前清除了平行于防滲墻軸線下游10 m 范圍的障礙物，并對場地進(jìn)行了平整壓實(shí)，基本確保整個施工面為一個高程369.5 m，方便對樁頂標(biāo)高和樁底標(biāo)高進(jìn)行控制，同時按每兩天一循環(huán)備足了水泥用量。

3.2 開溝鋪板

開挖泥漿溝以解決鉆進(jìn)和提升過程中從孔口返出水泥土的儲存。泥漿溝平行于防滲墻軸線布置，長度與防滲墻軸線一致，位置位于靠近防滲墻軸線且距離防滲墻軸線下游2 m 范圍以外，寬度和深度滿足要求即可。

在鉆機(jī)液壓伸降腿底部鋪設(shè)鋼板，以均衡鉆機(jī)對基礎(chǔ)表面的壓力，保證在鉆提過程中鉆機(jī)穩(wěn)定。

3.3 定樁位

按照設(shè)計提供的樁距50 cm、孔徑60 cm 和坐標(biāo)點(diǎn)在防滲墻軸線上精確定位布孔，在每個樁中心位置插入直徑1 cm 長度40 cm 的筆直木棍，長度深入基礎(chǔ)面以下35 cm 外露5 cm，以確保樁位不易擾動。在施工范圍以外布置一個高程控制樁，每天對當(dāng)日計劃完成的樁位進(jìn)行復(fù)核。

3.4 樁機(jī)就位

本工程選用PH-5D 旋噴攪拌樁機(jī)。樁機(jī)就位前，在防滲墻軸線兩端及中心各布一孔，總計3 個孔，在無注漿的情況下較快的鉆進(jìn)，以再次探清基礎(chǔ)深層部位是否有障礙物，提前采取相應(yīng)措施。

對安裝調(diào)式好的樁機(jī)按設(shè)計樁位移機(jī)就位，樁位對中偏差控制在允許范圍內(nèi)。

用吊線錘法調(diào)整導(dǎo)向架的垂直，再用導(dǎo)向架的垂直保證鉆桿的垂直度。在導(dǎo)向架上劃分標(biāo)尺，在底盤部位安裝刻度盤，通過讀數(shù)間的相互校核，以保證攪拌樁的孔深和每個成樁高程達(dá)到設(shè)計要求。

3.5 制備漿液

3.5.1 原材料

1）水泥：本工程選用袋裝PO42.5 普通硅酸鹽水泥。2）水：水從水井抽取，水質(zhì)符合有關(guān)質(zhì)量要求。

3.5.2 漿液配制

漿液水灰比1∶1，通過雙桶1 000 L 強(qiáng)制高速攪拌機(jī)攪拌。拌制好的漿液隨拌隨用防止離析。漿液用量、漿液密度、灌漿壓力等參數(shù)通過傳感器監(jiān)測，灌漿自動記錄儀自動記錄，發(fā)現(xiàn)參數(shù)有誤時，立即調(diào)整。

3.6 注漿攪拌鉆進(jìn)

3.6.1 注漿

注漿選用定量無級變速、額定灌漿壓力不小于5.0 MPa 的注漿泵輸送漿液，保證漿液在鉆進(jìn)和提升過程中定量不間斷供應(yīng)。

3.6.2 鉆進(jìn)

啟動攪拌樁機(jī)，并徐徐下降攪拌頭與基土接觸，按規(guī)定的參數(shù)送漿，當(dāng)漿液到達(dá)攪拌頭出漿口且成股狀流速均勻后，開始注漿鉆進(jìn)，在樁頂高程以上50 cm處，先注漿攪拌約30 s，待漿液與樁端土充分?jǐn)嚢韬螅侔匆?guī)定的鉆進(jìn)速度向下注漿攪拌，直至設(shè)計樁底高程。同時在鉆進(jìn)與提升過程中隨時監(jiān)測鉆桿的垂直度。

3.7 注漿攪拌提升

攪拌鉆進(jìn)至樁底高程后，攪拌頭開始反向回轉(zhuǎn)，還是只注漿攪拌約30 s，在漿液與樁端土充分?jǐn)嚢韬?，再按?guī)定的參數(shù)提升攪拌頭，以確保全樁長上下至少重復(fù)攪拌一次。

攪拌法施工到設(shè)計樁頂高程時，因上覆土壓力較小，攪拌質(zhì)量相對薄弱，所以提升停攪高程不低于設(shè)計樁頂高程50 cm。開挖基坑時，為保證水泥土不被碰撞損壞，設(shè)計樁頂以上的水泥土采用人工挖除。

3.8 成樁移機(jī)

攪拌提升完成后，按同樣流程進(jìn)行下一個相鄰孔的施工，兩個相鄰孔攪拌成樁時間不超過12 h。

3.9 質(zhì)量檢查

3.9.1 開挖檢查

防滲墻全部完工7 d 后，采用開挖樁頭進(jìn)行了檢查，開挖深度超過設(shè)計樁頂高程以下50 cm。

通過檢查墻體，樁與樁搭接成型效果良好，攪拌均勻，風(fēng)干后成深灰色，搭接厚度最小35 cm，樁中心最小樁徑66 cm，滿足設(shè)計要求。

3.9.2 水泥土強(qiáng)度

水泥土強(qiáng)度隨齡期的增長而增大，考慮到防滲墻上部建筑物盡早開工，以確保分洪閘總工期實(shí)現(xiàn)等因素，結(jié)合相關(guān)規(guī)范并結(jié)合工程實(shí)際，選用28 d 齡期作為標(biāo)準(zhǔn)齡期。

達(dá)到齡期后，在墻體側(cè)部采用雙管單動鉆具進(jìn)行了取芯，測得試塊最小無限側(cè)抗壓強(qiáng)度為3.68 MPa，滿足設(shè)計要求。

3.9.3 滲透系數(shù)

在墻體上進(jìn)行了注水試驗，測得滲透系數(shù)為5.86×10-8cm/s，滿足設(shè)計滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s 的要求。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）通過對施工人員知識培訓(xùn)和技術(shù)交底，提高其工作責(zé)任心，同時加強(qiáng)施工全過程管理，對每個技術(shù)參數(shù)嚴(yán)格控制，保證工程質(zhì)量。

2）施工中保持?jǐn)嚢铇稒C(jī)底盤的水平和導(dǎo)向架的豎直，保證墻體垂直度滿足要求。

3）攪拌頭葉片每天進(jìn)行一次外徑測量，如不滿足要求及時進(jìn)行焊補(bǔ)或更換。

4）施工因故停攪使成樁工藝中斷，鉆進(jìn)時將攪拌頭提升至停攪點(diǎn)以上50 cm 處，提升時將攪拌頭下沉至停攪點(diǎn)以下50 cm 處，排除故障后正常施工。若停攪超過3 h，拆卸管路進(jìn)行清洗。

5）因防滲墻水泥土終凝時間約為24 h，所以相鄰樁的施工時間間隔不宜超過12 h。如遇到無法搭接時，可采用局部補(bǔ)樁或注漿等補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行處理。

6）防滲墻樁頂開挖后，如發(fā)現(xiàn)樁位、樁數(shù)、樁頂質(zhì)量存在缺陷，采取有效補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行處理。