龍湖防滲墻工程砂塘回填加固施工技術

謝長福 金 昊 白耀坤

(中國水電基礎局有限公司 鄭州 415000)

1 工程概述

鄭州市引黃灌區龍湖調蓄工程位于鄭州市城區的東北部——鄭東新區，具體位置是東風渠北、魏河南、鄭州市森林公園以東、107國道輔道以西，西距市中心約6～8km，南距鄭州新鄭機場約26km，北距黃河9～10km。行政區劃分屬鄭州市金水區的祭城鎮、柳林鎮和姚橋鄉。

根據龍湖水系主池區的總體規劃成果，龍湖主池區平面形態類似恐龍，其水域面積在正常水位85.50m高程時為5.7km2，其中主池區水域面積為5.6km2，主要是指龍湖水系在東風渠以北的水域，包括龍湖調蓄池主池、中心池和出口4條河道，新建出水閘4座。

本次一期工程施工的區域為龍湖調蓄池主池區，主要施工內容為池區的土方開挖、回填、防滲墻工程、護岸工程。包括池周防滲墻的開挖和混凝土澆筑、池區土方開挖等。

龍湖調蓄工程防滲墻軸線23.3km，其中砂塘占軸線962m，這些砂塘分布在防滲墻龍背防滲墻軸線和湖心島龍背軸線處，其中龍背防滲墻軸線橫穿五個大小不一的砂塘，湖心島穿過大小不一的兩個砂塘(如圖1所示)。砂塘最大面積達 3.4hm2，最小面積為1.27hm2，水深平均在8～9m，其最深處水深達14m，必須將砂塘回填以形成滿足防滲墻施工的平臺。

圖1 砂塘平面位置布置示意圖(藍色為防滲墻軸線，紅色部分為砂塘)

2 砂塘回填

根據實地勘察，砂塘底部地層為砂層，其滲透系數1.0×10－2～7.0×10－3cm/s，地下水位為 3.0～4.0m，且砂塘的面積大、水面寬，水深最深達14m左右。最初的施工方案為將這些砂坑的水抽干，然后進行土方回填、分層碾壓，然后進行防滲墻施工。但由于砂坑滲透系數大，地下水豐富，經業主、設計、監理同意，直接采用水上填筑，然后自然沉降3個月。具體為:采用自卸汽車進占法卸料，就近取料，土料主要為砂、壤土及部分淤質土組成，由于回填層大部分在水下，無法碾壓，因此，松散的回填層對防滲墻施工將帶來如下不利影響:

a.防滲墻軸線穿過回填的砂塘，若能將砂塘內的水抽干，對填筑的土方可以進行碾壓形成防滲墻施工平臺地基。但砂塘的深度如果超過地下水位，砂層的滲透系數較大，抽排砂塘內的水時，地下水又會補給砂塘內的水，因此砂塘內的水短時間內就不太可能被抽干。

b.在水中填筑土方，其填筑的土料經過水的浸泡后變得松軟，其承載力達不到工程施工的要求，防滲墻抓斗在成槽過程中將會出現塌孔而導致設備塌陷，容易出現人機安全事故。

3 加固方案

3.1 方案的提出

回填的土料在自然情況下沉降3個月，基本能達到穩定狀態，但是，由于征地和拆遷的影響，滯后的工期和后續的土方開挖以及整體工程的任務已經使工程不能再拖延下去。因此，結合防滲墻施工工期的要求，對回填后的砂塘進行加固處理，顯得尤為重要。根據施工經驗，加固此類地層主要有高壓噴射灌漿、振沖碎石樁、深層攪拌樁3種施工方案。

3.2 方案的選擇

回填的地層加固后，再進行防滲墻造孔作業，既要加固地層，又不能影響防滲墻造孔，而且加固工期很緊。

第一種方案:高壓噴射灌漿。有旋噴、定噴、擺噴三種方式，在施工過程中，單孔單噴，施工功效較低;噴水泥漿而形成的直徑不容易控制，容易影響防滲墻造孔，因此，這種方案不予考慮。

第二種方案:振沖碎石樁。鄭州位于平原地區，距離碎石場較遠，采購碎石成本較高，并且施工場地狹窄，不利于碎石的存放，因此，這種方案不適用。

第三種方案:單排聯體深層攪拌樁。采用四頭深攪機進行施工，形成的樁徑容易控制，且施工功效較高，適用于本工程。

深攪法是利用水泥類漿液與土通過深層攪拌樁機葉片強制攪拌成樁，各幅鉆孔攪拌樁搭接形成連成一體的墻體。深層攪拌法和其他造墻工法相比，深層攪拌法表現出如下特點:

a.適用范圍廣，適用于淤泥、淤泥質土、粉質黏土、粉土的軟地基，目前在粉砂土地基中最大的施工深度可達25m。

b.成墻效果好，成墻速度快，特別是雙頭和多頭攪拌樁機，加快了成墻速度。墻體厚度均勻連續，且不需要開槽，工藝簡單，可避免成孔固壁問題。

c.攪拌樁機施工機具簡單，移位靈活。深層攪拌機械均設有油壓移位裝置，機具可以靈活準確地移位，從而保證相鄰樁體的搭接質量。

d.對周圍的環境污染較少，在加固過程中對周圍土體無振動、無噪音，對周圍環境影響較小。

3.3 方案的實施

3.3.1 單排聯體攪拌樁的布置

砂塘填筑完畢后，在防滲墻軸線兩側各60cm處進行2排單排聯體深層攪拌樁(見圖2、圖3)。其直徑為30cm，深度以深入砂塘底部50cm為準。

圖2 深層攪拌樁平面布置圖

圖3 深層攪拌樁立面布置圖(單位:mm)

3.3.2 機械設備

機具設備包括:4頭深層攪拌機、起重機、水泥制配系統、導向設備及提升速度量測設備等。深層攪拌機及與之配套的起吊設備、固化劑制配系統技術性能要求見表1。

表1 深層攪拌法施工主要機械設備技術性能

3.3.3 材料及配比

本深攪的固化劑采用水泥，摻入量一般為加固土重的8% ～16%，每加固1m3土體，摻入水泥約120～160kg，本次攪拌水泥的加入量為12%;經現場取樣測量與計算，回填土層水泥摻量為52.5 kg/m2。

如用水泥砂漿作固化劑，其配合比為1∶1～2。

為增強流動性，利于泵送，可摻入水泥重量0.2%～0.25%的木質素磺酸鈣減水劑，但它有緩凝性，為此用硫酸鈉(摻量為水泥用量的1%)和石膏(摻量為水泥用量的2%)與之復合使用，以促進速凝、早強。水灰比為1∶1。

3.3.4 施工方法及工藝流程

3.3.4.1 施工方法

a.施工準備:施工前對道路、風、水、電、施工平臺、泥漿系統進行布置，對將要進行深層攪拌法施工的場地事先加以平整。徹底清除地上、地下和空中的一切障礙。

b.樁位放樣:由現場技術員和測量技術員根據設計圖紙和測量控制點放出樁位，樁位平面偏差不大于5cm。

c.攪拌樁機就位，樁身垂直度控制:為保證樁體垂直，首先根據現場施工條件將樁機支穩、底座墊平，樁機支穩后，采用水平尺檢測，使得樁身垂直度達到1%以上。

d.預攪下沉:啟動深層攪拌機電動機，根據土質情況按計算速率，放松卷揚機，使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進至樁底標高。

e.注漿、攪拌、提升:深層攪拌機下沉至設計深度后，開動灰漿泵，待純水泥漿到達攪拌頭后，按計算要求的速度提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，直提升到離地面50cm處或樁頂設計標高后再關閉灰漿泵。

f.重復攪拌下沉:攪拌機注漿提升至設計頂面標高時，關閉水泥灰漿泵，為使地層和漿液攪拌均勻，再次將攪拌機邊攪拌邊下沉至樁底設計標高。

g.重復攪拌提升:邊攪拌邊提升(不注漿)至離地面30cm處，回填水泥土并壓實，即完成一根樁的成樁。

h.關閉攪拌機、移位:關閉攪拌機，移動攪拌機至下一個樁位。

3.3.4.2 工藝流程

施工工藝流程見圖4。

3.3.5 主要施工參數

下沉速度為:0.5～0.8m/min;提升速度為:0.5m/min;

攪拌轉速為:30～50rod/min;漿液流量為:50L/min。

3.4 方案的效果

單排聯體深層攪拌樁總共完成8700m2，折合29000延米。加固完成之后，隨即進行了防滲墻造孔作業，在回填層未出現塌孔漏漿現象。深攪法加固地層起到了明顯的效果。

圖4 攪拌樁施工流程圖

3.5 質量檢測

在施工過程中，對水泥進行了2組取樣檢測，檢測結果滿足質量要求。深攪結束后，對攪拌樁進行了抽樣檢測，共取樣4組，在試驗室進行了7天無側限抗壓強度檢測，其平均抗壓強度為0.57MPa。

4 結語

a.砂塘回填層的成功加固，直接關系到龍湖外圍防滲墻的封閉，關系到龍湖內部基坑排水，關系到地下水面以下的土方開挖。砂塘回填層的成功加固將龍湖調蓄工程整個工期提前了3個月，其經濟效益及社會效益顯而易見。

b.為了加快工程進度，不受填筑材料的限制，將砂塘進行快速回填。回填無需排水及碾壓，回填之后在防滲墻兩側進行單排聯體深層攪拌樁加固處理回填區，加固結束后，再填筑50cm左后的磚渣予以硬化，形成滿足抓斗行走及混凝土罐車澆筑的施工平臺，以達到采用抓斗施工的目的，大大加快了施工效率。這種在砂塘回填或者松散地層采用的快速加固技術，在龍湖龍背部分防滲墻施工中得到了成功的應用，可供其他類似工程參考。