多頭小直徑深層水泥攪拌樁在高云水庫除險加固中的應(yīng)用

柳湘平，孫福威，冷淑芬

(林口縣水利勘測設(shè)計隊，黑龍江林口157600)

1 工程概況

高云水庫位于黑龍江省林口縣龍爪鎮(zhèn)境內(nèi)，該水庫始建于“文革”期間，由于當時施工條件很差，主要靠農(nóng)民工用牛馬車、手推車、人挑等修建起來的，沒有專業(yè)施工隊伍，更沒有具備資質(zhì)單位的正規(guī)勘測設(shè)計，工程質(zhì)量很差，再經(jīng)過多年運行，工程管理工作又跟不上去，使水庫存在多處工程安全問題，其中大壩滲漏問題就比較嚴重，為處理滲漏，本次除險加固采用多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻方案進行防滲處理，該壩基礎(chǔ)屬于礫石結(jié)構(gòu)，壩身為黏土心墻壩。

2 多頭小直徑深層水泥攪拌樁的技術(shù)特點

2.1 技術(shù)原理

多頭小直徑深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑，通過特制的多頭小直徑深層水泥攪拌樁機械，在地基中就地將原位土和固化劑(漿液或粉體)強制拌合，單體形成圓柱體，若連續(xù)施工，則形成連續(xù)的墻體。由于固化劑和其他的摻合料與地基土之間產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)，使地基土形成具有整體性，水穩(wěn)定性和一定強度的水泥柱體或墻體，以達到提高堤身、地基的滲透穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性。

2.2 性能指標與技術(shù)特點

工法先進，采用3頭小直徑、大深度、帶氣帶漿深層攪拌施工工藝。重心低，穩(wěn)定性好，掘削精度高，施工功效高。

墻體密實，厚度均勻，壁面平整，延續(xù)性好，滲透系數(shù)< 10～6 cm/s，墻體強度高，抗壓強度>300 Mpa。

墻體薄且深度大，墻體厚度在0.2～0.4 m，深度在20 m以內(nèi)選用。

環(huán)境影響小，①不影響原有的地基應(yīng)力;②噪音低，振動小;③由于不用泥漿護壁，減少了對環(huán)境的污染，有利于文明施工。

由于造墻材料是水泥和水，取材方便，并且利用了原狀土，節(jié)省材料，成墻的造價相對較低，目前一般為100～120元/m2。與一般攪拌樁防滲墻、混凝土防滲墻、高噴灌漿防滲墻相比，各有優(yōu)缺點，見表1。

多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻耐久性與高噴灌漿防滲墻、混凝土防滲墻相當;造價是高噴灌漿防滲墻的20%，是一般混凝土防滲墻的30%～50%，對黏土、砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、墻身20 m病險堤壩防滲都可以滿足。

表1 三種防滲墻優(yōu)缺點的比較

3 設(shè)備選型及施工前期準備

3.1 主要施工設(shè)備及其技術(shù)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計要求，本工程選用SP－5A型大扭深層攪拌樁機及其配套設(shè)備進行施工，該機具有移動靈活、成樁質(zhì)量高、施工速度快、噪音低等優(yōu)點，適宜本工程施工。

主要施工設(shè)備:①樁機型號:SP－5A型大扭矩深層攪拌機;②攪拌頭轉(zhuǎn)速:60 r/min;③最大施工深度:20 m;④額定扭矩:8 500 N.m;⑤發(fā)電機組150 kW。

3.2 施工前期準備

1)清除地表下各種障礙物，將施工場地填墊平整。

2)保證進場臨時道路暢通，施工用電采用發(fā)電機，施工用水庫內(nèi)提取。

3)組織材料進場，進場水泥必須具備出廠合格證，并經(jīng)現(xiàn)場取樣送試驗室復(fù)檢合格，存放場地要充分滿足施工需要，現(xiàn)場布局合理。

4)根據(jù)樁位平面圖及主要軸線，用經(jīng)緯儀定向，鋼尺量距，確定樁位。

5)測量現(xiàn)場地面標高，確定樁頂標高。

4 施工方法過程及注意問題

4.1 施工方法過程

1)樁機就位:確定鉆桿長度，鉆頭直徑采用35 cm，連接好輸漿管路，將樁機移到指定位置對好樁位，由現(xiàn)場質(zhì)檢人員檢查確認無誤后開始開機作業(yè)。

2)啟動攪拌裝置，確定合適泥漿泵壓力，一般0.2－0.5 MPa，水泥摻入量12%～16%。

3)噴攪下沉:開啟深層攪拌機主電機，樁機鉆桿垂直下沉，下沉速度1.0～1.2 m/min，下沉過程中，工作電流不大于額定值，遇較硬地層不能下沉?xí)r，適當調(diào)整水泥漿量，隨時觀察設(shè)備運行及地層變化情況，鉆頭下沉至設(shè)計深度。

4)攪拌提升:深層攪拌機下沉到達設(shè)計深度，在樁端攪拌噴漿30 s后勻速攪拌提升。提升過程中始終保持送漿連續(xù)，中間不得間斷。如有間斷應(yīng)進行處理。同時在輸漿管沖水下沉的部位應(yīng)略停加強攪拌噴漿。

5)重復(fù)攪拌下沉:重復(fù)前次作業(yè)。每根樁均要進行復(fù)攪復(fù)噴。

6)移位:樁機移至下一樁位，重復(fù)進行上述步驟的施工。

4.2 應(yīng)注意的問題

1)施工現(xiàn)場事先予以平整，不得回填雜填土或生活垃圾。施工前檢驗機具性能和施工工藝各項技術(shù)參數(shù)，并進行實際標定，有關(guān)技術(shù)參數(shù)及時提供現(xiàn)場監(jiān)理工程師，以作為控制攪拌樁質(zhì)量的依據(jù)。

2)根據(jù)設(shè)計要求進行工藝性試驗，確定出各項施工參數(shù)，施工過程中嚴格按設(shè)計及工藝要求進行。當樁周為成層土?xí)r，應(yīng)對相對軟弱土層增加攪拌次數(shù)或增加水泥摻量。

3)攪拌頭翼片的枚數(shù)、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度相互匹配，確保加固深度范圍內(nèi)土體的攪拌次數(shù)滿足規(guī)范要求。

4)施工中始終保持攪拌樁機底盤的水平和導(dǎo)向架的垂直，攪拌樁的垂直偏差不得超過1%，樁位的偏差不大于50 mm，成樁直徑及樁長滿足設(shè)計要求。

5)制備好的漿液不得離析，不得停放時間過長，灰漿泵輸漿量，泵送必須連續(xù)。灰漿經(jīng)輸漿管到達噴漿口時間以及鉆頭起吊提升速度按試驗標定參數(shù)進行。

6)前臺操作與后臺供漿應(yīng)密切配合，前臺攪拌機噴漿提升的次數(shù)和速度與試驗樁已標定的施工工藝參數(shù)相吻合。

7)后臺供漿停機時，及時通知前臺以防止斷樁和缺漿。使攪拌樁機下沉至停漿點以下0.5 m，待恢復(fù)供漿時再噴漿提升。停機后3 h，將輸漿管拆下，妥為清洗。噴漿攪拌提升的速度和攪拌次數(shù)符合設(shè)計及施工工藝要求，噴漿量及提升速度等由流量計控制并有專人記錄。

8)當攪拌樁樁頂接近設(shè)計標高時，應(yīng)特別注意樁頭的施工質(zhì)量，樁頂0.5 m范圍內(nèi)增加噴漿攪拌一次。同時攪拌自地面以下1 m噴漿攪拌提升出地面時，宜應(yīng)慢速，當噴漿口至樁頂標高時，宜停止提升，攪拌10～20 s，以保證樁頭密實均勻。

9)當輸漿管有彎折、外壓或漏漿情況時要及時檢查、理順管道，清除外壓，發(fā)現(xiàn)漏漿點應(yīng)進行補漏，嚴重時停機換管，當輸漿管道過長，沿程壓力損失增大時可使制漿池布置靠近樁位，以縮短送漿管道。當場地條件不具備時，可適當調(diào)整泵送壓力。

5 適用條件

多頭小直徑深層水泥攪拌樁是以水泥土為防滲材料的防滲墻，其施工工法決定了它的適用條件及范圍，其適用土層范圍較廣，黏土、砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、小粒徑的砂礫土、淤泥均適用，且施工期不影響水庫的蓄水。

對多彎道、小半徑的堤壩，以及含礫<10 cm的復(fù)雜土層有較好的適應(yīng)性，且不受場地空間和毗鄰建筑物的影響。

6 墻體施工工藝及質(zhì)量控制

為保證構(gòu)成連續(xù)完整的防滲墻，在施工過程中，攪拌樁機應(yīng)保持樁體傾斜誤差<0.5%，樁位誤差<3 cm。樁間搭接長度≥100 mm，單元搭接長度≥100 mm。

一般情況水泥滲入量≥100 kg/m2，水灰比為1∶1～1.4∶1，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。在具體工程施工時水泥滲入量和水灰比要由施工單位根據(jù)堤壩土層性質(zhì)、孔隙率、含水量等實驗確定。

為保證防滲墻的施工質(zhì)量，需要控制攪拌的下沉和提升速度≤0.5 m/min。施工時間間隔不能超過12 h，否則應(yīng)補樁，保證防滲墻的連續(xù)性。

在成樁噴漿階段不允許噴漿現(xiàn)象，如果在上提噴漿時斷漿，應(yīng)將攪拌頭下沉到斷漿位置0.5 m，待恢復(fù)供漿后繼續(xù)成樁;如果在下沉噴漿時斷漿，應(yīng)將攪拌頭上提到斷漿位置1.0 m，待恢復(fù)供漿后繼續(xù)成樁;攪拌機葉片尺寸必須隨時檢查，葉片直徑磨損量不大于葉輪直徑的2%。

高云水庫除險加固時，對水庫大壩防滲處理，采用了多頭小直徑深層水泥攪拌樁防滲墻，最小成墻厚度0.20 m，深度至基礎(chǔ)強風(fēng)化0.5 m，墻體最大深度17.0 m。墻體要求滲透系數(shù)在10～6 cm/s，抗壓強度>1.0 MPa。工程于2009年竣工完成。