水泥土截滲墻在哈達山防護區中的試驗研究

趙玉蓮，尚殿鈞

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

0 引言

“引松之水，潤澤西部”的哈達山水利樞紐工程，是吉林省增產百億斤商品糧能力建設的骨干水源工程。是以工農業供水為主兼顧生態環境保護、發電等綜合利用的大Ⅰ型樞紐工程，是保障國家糧食安全、改善吉林西部水環境、振興和發展松原地區工農業的大型基礎工程。該工程設計年供水水量19億m3，灌溉面積17.2萬hm2，裝機容量34.5 MW，年平均發電量1.1億kW·h，年增產糧食能力8.609億kg，總投資36億元。

由于修建哈達山水利樞紐工程，將對沿岸的防洪排水工程帶來不利影響，根據水庫淹沒區回水水面，工程完工蓄水后，庫區左岸將有約16.5 km受到影響。其中原有二松堤防8.5 km堤段由于堤前水頭加大，堤防長期擋水，運用方式發生變化，需要對堤防采取必要的加高、加固及防滲措施，才能保證原有的防洪能力及樞紐效益的正常發揮，堤防防滲處理是防護區工程中面臨的關鍵技術問題。

該試驗的完成不僅能解決當前工程存在的問題，而且對于水泥土截滲墻在類似工程中的應用有重要的現實意義。

1 水泥土截滲墻試驗

1.1 基本情況

1.1.1 試驗段施工設備

1）型號：SPM-5III25型三頭一次成墻攪拌樁機；

2）設備動力：主電機2×45 kW；

3）最大鉆進成墻深度：24 m；

4）鉆頭直徑：350 mm。

1.1.2 試驗段地質狀況

地面以下0～3 m為砂土，3～10.5 m為中砂，10.5～15.3 m為砂礫，15.3 m以下為泥巖。

1.2 試驗段施工情況

1.2.1 試驗目的

水泥土截滲墻試成墻試驗是為確定水泥土截滲墻施工的水泥摻入量、水灰比、入巖時間以及其它施工參數，并檢驗所選施工設備型號、性能是否能夠滿足設計要求。

1.2.2 設計指標

墻體抗壓強度不小于1 MPa；彈性模量小于1000 MPa；滲透系數不大于 i×10-6cm/s；滲透破壞比降不小于100；成墻最小厚度200 mm。

1.2.3 試驗段施工工藝流程

1）主機就位，鉆頭對準樁位并校正鉆塔垂直度。

2）噴漿系統按試驗施工組織設計水灰比，完成制漿操作后進行直噴。

3）傳動系統驅動鉆具正轉鉆進，噴漿系統進行噴漿，根據樁機負荷電流值（額度）判斷入巖。

4）傳動系統驅動鉆機，反轉提升，噴漿成樁至地基標高。

5）移動進入下一個樁位。

6）移動0.84 m后，對準樁位調平，重復1）-5）過程，完成第二組施工。

7）重復1）-6）進行另一種水灰比試驗施工。

8）換一種水泥摻入比重復 1）-7），直到完成試驗工程。

1.2.4 施工情況

1）施工準備。試驗前項目部對試驗區原地面高程進行測量，并用經緯儀放出截滲墻試驗段定位軸線，釘樁并掛線，水泥漿檢測用溫度計、波美式比重計準備齊全。施工機械試運行一切正常。

2）垂直度、移位控制。施工中利用樁機上布設的水準管及鉛垂有效的控制了樁機的垂直度，垂直度誤差不大于5%，采用虛擬線法控制了樁機延軸線移動的橫向偏差。

3）水泥漿質量控制。試驗中項目部技術人員嚴格控制水泥漿液質量，制備的每罐水泥漿均取樣檢測其溫度和比重，并詳細記錄。理論比重值為1.5水灰比水泥漿液1.38、1.2水灰比水泥漿液1.45，試驗中實測比重值在理論值±0.02范圍內波動，水泥漿液比重穩定。

4）鉆頭鉆進及提升速度控制。根據鉆頭鉆進情況結合鉆頭下沉速度，實時調整鉆頭下沉及轉速控制檔位，鉆頭提升控制在四檔，確保攪拌均勻。

5）成墻情況。該次試成墻按試驗段施工組織設計共施工64組樁，其中60組樁為正式試驗樁。

1.2.6 其他情況

1）由于試驗位置砂層較厚且密實、沙礫層后，三頭樁機在施工過程中鉆進阻力及反壓力較大，鉆機有時不能平穩工作。

2）由于基礎局部存在砂礫層，為了穿透沙礫層，樁機鉆進過程中需將鉆機先提升二次鉆進或多次提升再鉆進，材料消耗增大，采取以上措施仍不能保證鉆透砂礫層。

3）三頭樁機在施工過程中在鉆進砂層或砂礫層時，需注入壓縮空氣以避免夾鉆，使用壓縮空氣或影響成墻效果。

1.2.7 試驗檢測情況

1）開挖檢測。開挖深度4.5 m，可見墻體攪拌均勻、樁頭連續完好、成墻外觀質量較好、墻體較順直，成墻厚度滿足設計要求（大于200 mm）。

2）取樣試驗。根據試驗施工組織設計按不同的水泥參入量及水灰比，每組墻分別取試塊二組，共12組試塊，經檢測中心檢測，所有試塊強度、滲透系數均能滿足設計要求。

1.2.8 試驗結果

1）水泥參入量。該試驗施工組織設計所選水泥參入量10%，12%，15%均能滿足設計要求。

2）水灰比。該試驗施工組織設計所選水灰比1.2∶1，1.5∶1 均能滿足設計要求。

3）施工設備。該試驗施工組織設計所選SPM-5III25型三頭一次成墻攪拌樁機，基本能夠完成現有地質情況水泥土截滲墻施工，但局部有無法鉆進沙礫層情況。

2 結論

哈達山水利樞紐工程（一期）防護堤截滲墻方案通過試驗論證后，在中、細砂中采用水泥土截滲墻技術可行、經濟合理，但是穿越礫石層及下部密實度較高的含礫中砂層較為困難，需要采用大功率攪拌墻設備，實際施工中基礎上層中、細砂層采用了水泥土截滲墻，下部礫石層采用了高噴灌漿封閉，水泥土截滲墻具有施工速度快、造價低等優點，在工程防滲處理中有著較為廣泛的應用前景。

1）施工技術參數。由于現有地質條件復雜，局部粗砂層厚，并含有礫石、卵石，且地下水比較豐富，為更好保證成墻效果，水泥參入量宜選擇15%或 12%，水灰比宜選擇 1.2∶1。

2）施工設備。SPM-5III25型三頭一次成墻攪拌樁機施工反壓力大，樁機鉆進阻力大（受力面積大），動力相對不足（2×45 kW電機分配至3個鉆頭30 kW/個鉆頭）,需要采用大功率攪拌樁機進行施工。

3）成墻厚度。因為巖面線較深并且地質條件不好，可以增加成墻厚度，更好滿足成墻連續性需要。

4）下層基礎處理措施。因堤防基礎下臥砂礫層較厚，試驗成墻未能全部通過，正式施工時需采取其它措施輔助成墻。

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