多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工簡述

單建軍

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工簡述

單建軍

目前，用于堤防防滲施工的方法主要有：垂直鋪塑灌漿、多頭小直徑深層攪拌樁、高壓噴漿灌漿、充填灌漿等。多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻以施工難度小、費用低、效果好，在堤防防滲設計中多被采用。其主要是利用水泥作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，把水泥漿（固化劑）噴入地層中，使土體與水泥漿強制攪拌，利用水泥漿和土體之間產生的一系列物理化學反應，使水泥土硬結成連續防滲墻體，形成具有整體性、均勻性、強度性及抗滲性的優質水泥土防滲墻體。

本文以南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑防滲墻施工為例，對多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻施工進行簡述。

一、工程概況

湖腰段是湖西大堤的一部分，南起大屯閘（樁號為55+000），北止楊屯河以南1.65km（樁號為61+250），全長6.25km。樁號55+000～55+365和樁號60+382～61+250段分別為大屯煤電公司下屬徐莊和姚橋兩礦的采煤沉陷段，由于地下采煤，引起地表塌陷沉降。大屯煤電公司從1984年開始對湖西大堤湖腰段塌陷段堤防陸續進行復堤加固。南四湖湖腰段（樁號55+365～60+382），長4.957km，該段堤防單薄，現狀堤頂高程在38.5m左右，頂寬4～5m，邊坡嚴重不足，防洪標準低。由于大堤填料層位不同，填筑期、間隔期不同，致使試段透水性有垂直分段現象，尤其在兩填筑期之間隔期，受地表水淋洗等作用，形成一個強滲漏帶。

湖西大堤湖腰段堤身地層自上而下依次為：

1-1層雜填土（Q4ml）：色雜，主要由煤矸石、煤渣、碎磚和粘土組成。

1-2層素填土（Q4ml）：黃棕～棕黃色，局部灰黃色，稍濕，可塑，主要由粘土組成，夾砂壤土薄層，局部為中～重粉質壤土。

2-1層粘土、粉質粘土（Q4al）：黃棕～灰黃色，稍濕～飽和，可塑，局部軟塑，局部為中粉質壤土和重粉質壤土。

2-2層輕粉質壤土、砂壤土（Q4al）：灰～灰黃色，稍濕～飽和，軟塑。

3-1層淤泥（Q4l+h）：淺灰～灰色，飽和，流塑，局部淤泥質粘土，含貝殼和小螺，局部富含有機質。

3-2層粘土（Q4l+h）：淺灰～深灰色，飽和，軟塑，局部可塑，含貝殼碎片和小螺。

4-1層粘土、粉質粘土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，可塑，局部硬塑，含鈣質結核和鐵錳質結核。

4-2層輕粉質壤土（Q3al+pl）：灰黃色，飽和，可塑，局部砂壤土，含鈣質結核。

4-3層細砂、中砂（Q3al+pl）：灰～灰黃色，飽和，稍密，含礫石，局部為粗砂和粉砂。

5-1層中粉質壤土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，可塑，局部硬塑和軟塑，含鈣質結核，局部為輕粉質壤土和重粉質壤土。

5-2層細砂（Q3al+pl）：灰黃色，飽和，中密，含礫石，局部為粗砂。

6層粘土（Q3al+pl）：灰黃～棕黃色，飽和，硬塑，局部可塑，含鈣質結核和鐵錳質結核。

二、工程設計

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑攪拌樁防滲墻主要設計參數如下：

①防滲墻滲透系數K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）；

②防滲墻無側壓抗壓強度不小于0.3MPa；

③防滲墻滲透破壞比降大于200；

④防滲墻最小成墻厚度不小于16cm；

⑤水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量10%～12%。

三、機組選型

目前，用于防滲墻施工的機組主要有兩種形式：一種是一序成墻，另一種是二序成墻。一序成墻機組鉆桿中心距為325mm，二序成墻機組鉆桿中心距為450mm。機組選型步驟：

①根據防滲墻最小成墻厚度的要求，結合兩種成墻方式的鉆桿中心距分別確定最小鉆頭直徑；

②根據確定的鉆頭直徑，計算兩種成墻方式下防滲墻單位阻水面積的水泥消耗量；

③比較水泥消耗量選擇合適機組。

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多頭小直徑防滲墻施工項目通過計算，鉆桿中心距450mm二序成墻機組每平米水泥消耗量約52kg，鉆桿中心距325mm一序成墻機組每平米水泥消耗量約61kg，故該項目主要采用鉆桿為450mm的二序成墻機組。

值得說明的是，針對三頭樁機而言，一序成墻樁機組成墻工作效率大于二序成墻機組，對于工期緊的項目，可以結合工期要求選擇機組。

四、工藝試驗

在項目正式施工前，應進行工藝試驗確定水泥摻入比，泥漿比重、鉆進（提升）速度等技術參數。

該項目選取臨近堤段，樁號60+382～60+412作為試驗段。試驗段分四段，分別按12%、10%的水泥摻入比，水灰比分別按1.5∶1、1.4∶1，下鉆速度0.4～0.6m/min，提升速度0.4～0.6m/min，進行試驗，機組選用450mm二序成墻機組，每種參數打12序樁，6個單元墻。成墻后開挖檢測和取樣送檢，樁體連續性、均勻性、搭接厚度、垂直度、滲透系數均滿足設計要求。為了確保工程質量，該項目水泥摻入比按12%施工。

五、防滲技術的施工成墻工藝

主要施工順序：樁機定位、調平→下鉆攪拌至設計深度→提升攪拌至孔口→樁機縱移定位、調平，多次重復上述過程形成連續防滲墻體。

1.第一步：樁機定位、調平

根據施工樁位平面圖，使多頭小直徑深層攪拌樁機就位，并把樁機調整水平，采用三根標桿上刻度標記與各處的聯通器管中油液面重疊方式來控制水平，以保證施工中不傾斜、不偏位，做到垂直度、樁位對中偏差均滿足設計要求。

2.第二步：樁機下鉆及提升

通過主機的雙驅動力裝置，帶動主機上的多個并列的鉆桿轉動，并以一定的推進力使鉆桿的鉆頭向土層鉆進，同時鉆頭噴漿，達到設計深度時，鉆桿堤升復攪，直到設計防滲墻頂標高時，停止噴漿。

在上述過程中，通過一、二級攪拌系統，用可調泵速的三缸單作用活塞泥漿泵，將水泥漿分別單獨向三根高壓輸漿管均勻輸送到各根鉆桿，經鉆頭噴入土體中，在鉆進及提升的同時，使水泥漿和原土充分拌和。

3.第三步：樁機縱移定位、調平

重復第二、三步，就能完成單元墻體，如此連續重復完成單元墻體，就能形成連續防滲墻體。

六、質量控制

1.鉆進質量控制

①樁位控制：為確保搭接長度、墻體厚度及整體性，施工時放一條醒目平行設計防滲墻體軸線的輔助線，為保證樁位的準確度，根據樁孔距、搭接要求，制作樁位放樣定位尺，可在輔助線上定出每序成墻孔號位置，使樁位偏差滿足設計要求。

②墻體垂直度控制：在施工前，用經緯儀調整樁機塔架或鉆桿垂直于地面，因樁機底座平臺上有三根標桿均固定聯通器管，待管中注入油后，就在管中油液面處的標桿上做出醒目刻度標記，使油液面與刻度標記重疊，最后將聯通器管口封閉。因此在施工時，只要保持樁機底座平臺上的三根標桿上刻度標記與各處的聯通器管中油液面重疊，所成的防滲墻體垂直度就能滿足設計要求。

③樁徑控制：主要是控制鉆頭直徑，一般選擇鉆頭直徑都稍微大于設計樁徑要求，因此在施工過程中，要經常檢查鉆頭尺寸是否達到設計要求時所選鉆頭最小尺寸，特別是在砂性土層中；若鉆頭磨損利害，尺寸不符合，則應更換合格的鉆頭。

④樁長控制：根據設計要求的樁長，選定較為適宜的機型，以確保樁長及施工質量。

2.漿液及灌漿質量控制

①嚴格按照水灰比要求配制水泥漿液，對配制好的水泥漿液及時檢測，合格后才能使用。

②攪拌好的水泥漿液放置時間不得超過2h，離析的水泥漿液禁止使用。

③在一、二級攪拌系統中，都應裝上過濾篩網，可防止結塊水泥、水泥漿塊及雜物堵塞漿管，保證輸漿系統暢通，盡量避免施工中因輸漿系統發生障礙而出現斷樁現象。

④在施工中如發現溢漿嚴重或不溢漿現象，施工人員要向現場技術員及施工員匯報，適當調整水灰比或增、減注漿量，保證成墻質量。

3.材料質量控制

①水泥質量：施工所用的水泥，必須有出廠合格證及化驗單，且按國家有關規范、規定進行檢測，合格后方可使用。

②施工現場水泥必須嚴格保管好，以免淋雨受潮，控制儲備，加速周轉，監督使用，降低消耗。

4.特殊處理

①施工過程中因事故停漿，應及時記錄停漿單元成墻深度及時間；若在24h內恢復施工，再次噴漿時應將樁機攪拌下鉆到停漿面以下0.5m；若超過24h，要考慮該樁和前一根樁進行搭接，對該樁進行噴水空鉆留出榫頭，待恢復施工時該樁水泥滲入量稍增加些。

②施工過程中如遇意外故障，鉆桿在地下無法提起時，可用抽水泵接入送漿系統中，用清水沖洗鉆桿及管道，待恢復時須重鉆此單元墻號，水泥漿注入量也稍增加些。

③施工過程中，必須隨時檢查單元成墻施工原始記錄及了解施工情況，因鉆頭直徑磨損較大使搭接長度不夠，故障處理不當使單元成墻不合格或發現單元墻體不連續等，可考慮在防滲墻體前、后進行補樁，此時，注漿壓力加大，注量增多。

七、質量檢測

1.開挖檢測

在防滲墻體的強度達到一定值后，對防滲墻體進行開挖，深度可在3～5m，可檢查墻體外觀搭接質量、整體性、均勻性以及采用吊垂檢查墻體垂直度等。

2.防滲墻體取樣檢測

從開挖外露的墻體中鑿取試塊或采用巖芯鉆孔取樣，進行室內試驗，直接測定防滲墻體的強度及抗滲性是否達到設計要求，還可觀察防滲墻體攪拌均勻程度。

3.地質雷達檢測

采用地質雷達檢測樁的均勻性與連續性。

八、結語

①多頭小直徑防滲墻設計時，應該考慮不同鉆桿中心距機組選用同一直徑的鉆頭最小成墻厚度是不同的。

②多頭小直徑深層攪拌樁防滲技術是一門新的防滲技術，具有工效高、成本低、施工安全等特點。

③采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻技術施工時，考慮摻入合適的外摻劑，既可節省水泥用量，降低工程造價，還可提高水泥土的強度

（作者單位：淮河工程有限公司221009）