液壓銑削深攪防滲墻施工參數的選定

(1.山東大禹水務建設集團有限公司,山東 濟南 250013;2.山東省水利工程局有限公司,山東 濟南 250013;3.山東省農業對外經濟合作中心,山東 濟南 250013)

液壓銑削深攪防滲墻施工技術是目前世界上公認的先進止水防滲技術。該技術在國內水利工程、城市地鐵工程、房屋建筑深基坑支護工程等領域均有應用，但在水庫大壩中應用的實例不多。到目前為止，國家和行業還未形成對該技術正式的施工規范和質量控制標準。

本文以山東省重點水利工程——黃水東調應急工程(廣南水庫增容加固工程)試驗段施工為例，闡述了在復雜地質條件下的施工工藝，以及施工參數的選定過程。

1 項目概況

1.1 工程概況

廣南水庫增容加固工程是黃水東調應急工程的重要組成部分，位于東營市新城東南，地處支脈河北，廣利河南，防潮堤西，為退海灘涂的開闊地帶。水庫增容后興利水位由5.0m提高到5.7m，興利庫容增加2338萬m3，總庫容為13528萬m3。水庫樞紐工程由圍壩、隔壩、引水樞紐、泄水閘等部分組成，圍壩為碾壓均質土壩，圍壩防滲采用液壓銑削深攪防滲墻。

為保證廣南水庫增容加固工程液壓銑削深攪防滲墻施工質量，施工前先進行成墻試驗，以檢驗墻體的完整性、抗滲性和耐久性，確定主要技術參數；進行漿液配合比等試驗，提出水泥、外加劑的品種及摻量等，提出墻體的物理性能指標、力學指標。

1.2 主要設計指標

廣南水庫現狀興利水位5.0m，死水位2.0m，圍壩長24.9km；增容后興利水位5.7m，新筑壩體長24.69km，設計壩頂高程6.7m和7.0m，防浪墻頂高程7.5m和7.8m。

防滲墻軸線位于新筑壩體軸線處，采用液壓銑削深攪防滲墻，墻厚不小于0.6m，頂高程6.2m，平均深21m，一般深入③層壤土1m。

1.3 工程地質條件

壩基揭露地層主要為第四系全新統沖積堆積的輕粉質壤土、砂壤土、壤土、粉砂等，自上而下分述如下：

2 液壓銑削深攪防滲墻試驗段施工工藝及參數

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程包括施工準備(清場備料)、放樣接高、安裝調試、開溝鋪板、移機就位、攪拌下沉、攪拌提升(復攪提升)、成墻、成墻檢測等，圖1為施工工藝流程圖。

圖1 工藝流程

2.2 工藝原理

成墻過程分為鉆進和提升兩個階段，通過銑削掘進、注漿供氣、反向銑削提升、全程注漿攪拌的過程，使固化劑(水泥漿)與土體摻和形成水泥土防滲墻。鉆進時，銑輪相對相向旋轉，不斷地向下掘進銑削地層，同時通過供氣、注漿系統不斷地向槽內分別注入高壓氣體、固化劑，直至要求的深度。隨后，銑輪做相反方向旋轉，慢慢提升銑削，并不斷注入氣體和固化劑，與槽內的土體不斷攪拌混合，從而形成由土、固化劑、水、添加劑等組成的水泥土混合物的固化體，形成上下等厚的水泥土連續墻。

2.3 主要施工設備選擇

根據設計要求，本工程選用SC40液壓銑削攪拌鉆機及其配套設備進行施工。SC40液壓銑削攪拌鉆機結合了液壓銑槽機的設備技術特點和深層攪拌技術，可在復雜地質條件下完成攪拌成墻施工，該機具有移動靈活、成墻質量高、施工速度快、噪聲低、污染小等優點，適宜本工程施工。設備主要參數見表1。

表1 設備主要參數

2.4 防滲墻工程技術要求

a.墻體厚度：不小于0.6m，本次施工鉆機固定成墻厚度0.7m，滿足要求。

b.固化劑：固化劑采用42.5級抗侵蝕性復合硅酸鹽水泥。

c.固化劑摻入量：設計要求為20%，試驗中水泥按18%、20%、22%摻入比進行施工。

d.注漿水灰比：通過現場施工試驗確定，一般控制在1.0～2.0左右。

e.28天抗壓強度：大于2MPa。

f.滲透系數：小于1×10-6cm/s。

2.5 試驗段布置

試驗段施工是確定施工參數的關鍵環節，也是檢驗主機、后臺及監控系統運轉情況的手段。試驗段本著邊施工、邊總結的原則，根據不同的地質條件逐漸對相應的施工參數進行優化調整，選擇搭接寬度，檢驗搭接效果，驗證不同水泥摻量對防滲墻墻體強度和滲透性系數的影響。

試驗段選擇在樁號21+500靠近壩基位置處，由4幅搭接墻體組成(見圖2)，每幅樁長320cm，第一幅(1號)墻體與第二幅(2號)墻體搭接15cm，第二幅墻體與第三幅(3號)墻體搭接20cm，第三幅墻體與第四幅(4號)墻體搭接25cm；1號墻體水泥摻入量為18%，2號、3號墻體水泥摻入量為20%，4號墻體水泥摻入量為22%。

圖2 試驗段布置 (單位：cm)

2.6 試驗段施工控制及參數總結

2.6.1 第一幅墻施工

設計樁深20.5m,水泥摻入量18%，水灰比1.5，單幅理論水泥用量14.8t，SMC施工參數監視儀記錄見表2。

表2 1號墻體施工記錄

第一幅防滲墻于2017年9月1日9點18分開鉆，11點41分結束，歷時2h 23min，施工過程未出現異常情況。對第一幅防滲墻施工參數的總結分析如下：

a.施工鉆進速度較慢，耗時長，效率低，不能滿足整體工程進度要求。

b.土質對鉆進速度影響較大，特別是②-1層壤土、③層壤土，下沉和提升供漿量不均勻，影響墻體質量。

c.針對以上情況，第二幅防滲墻施工需提高鉆進速度和提升速度，調整供漿量。

2.6.2 第二幅墻施工

設計樁深20.5m,水泥摻入量20%，水灰比1.5，單幅理論水泥用量16.5t，SMC施工參數監視儀記錄見表3。

表3 2號墻體施工記錄

第二幅防滲墻于2017年9月1日12點整開鉆，13點46分結束，歷時1h 46min，施工過程未出現異常情況。對第二幅防滲墻施工參數的總結分析如下：

a.施工鉆進和提升速度有所加快，單幅墻體施工時間由第一幅的146min提高到106min，若按照此施工成墻速度施工，仍不能滿足整體工程進度要求。

b.各土層水泥用量基本穩定，施工過程中置換漿液不能被完全回槽，特別是鉆進過程中置換漿體有浪費情況出現。

c.針對以上情況，第三幅防滲墻施工繼續提高鉆進速度和提升速度；調整下沉和提升過程中水泥用量比例(由原來鉆進和提升各占50%，調整為鉆進40%、提升60%)；調整水灰比為1.2。

2.6.3 第三幅墻施工

設計樁深20.5m,水泥摻入量20%，水灰比1.2，單幅理論水泥用量16.5t，SMC施工參數監視儀記錄見表4。

表4 3號墻體施工記錄

第三幅防滲墻于2017年9月1日14點6分開鉆，15點26分結束，歷時1h 20min。對第三幅防滲墻施工參數的總結分析如下：

a.單幅成墻時間較第二幅提高26min，若按照此成墻速度施工，現有設備能滿足整體工程進度要求。

b.各土層水泥用量穩定，通過調整鉆進和提升水泥漿用量比，能夠在一定程度上減少有效漿液的流失，但受施工條件影響，棄漿浪費不可避免。

c.鑒于第三幅防滲墻施工情況，第四幅防滲墻施工只將水泥摻入量調整為22%。

2.6.4 第四幅墻施工

設計樁深20.5m,水泥摻入量22%，水灰比1.2，單幅理論水泥用量18.2t，SMC施工參數監視儀記錄見表5。

第四幅防滲墻于2017年9月1日15點41分開鉆，17點2分結束，歷時1h 21min，施工過程未出現異

表5 4號墻體施工記錄

常情況，總體情況跟第三幅施工基本一致。

2.6.5 質量檢測情況

2017年9月29日，采用墻體開挖、鉆孔取芯、注水實驗、滲透實驗、抗壓實驗等手段對墻體防滲效果進行了檢查。

2.6.5.1 墻體開挖外觀效果檢查

墻體開挖沿試驗段上游側進行，開挖長度12m，寬1m，深2～6m。通過墻體開挖外觀檢查可以看出墻體連續性完整，搭接處(15cm、20cm、25cm)無明顯差別，質地色澤均勻，垂直度高，基本無偏斜，滿足設計和相關施工規范要求，外觀質量整體性良好。開挖外觀效果檢查見圖3。

圖3 開挖外觀效果檢查

2.6.5.2 防滲性和強度檢測情況

現場鉆孔取芯、注水試驗、滲透試驗和實驗室抗壓試驗檢測結果顯示：四幅墻體滲透系數最大值1.12×10-7cm/s，最小值9.86×10-8cm/s，均小于設計值1×10-6cm/s；強度試驗每幅各取樣一組，除第四幅墻(水泥摻量22%)28天抗壓強度2.18MPa能滿足設計值外，其余三幅墻強度均達不到設計值，最小值為1.86MPa。

針對前三幅墻體28天抗壓強度達不到設計值的情況，施工單位及時與設計單位和檢測單位進行溝通，決定對前三幅墻體進行第35天強度復檢，復檢結果顯示第一幅墻體35天抗壓強度2.06MPa，第二幅墻體35天抗壓強度2.13MPa，三幅墻體35天抗壓強度2.16MPa，抗壓強度均大于2MPa。由此看出，水泥土抗壓強度隨時間增加而逐漸增大，水泥摻量的多少與水泥土抗壓強度大小有直接關系。

2.6.6 施工參數選擇

經試驗驗證和各參建單位分析研究，本工程施工參數推薦見表6。

表6 液壓銑削深攪防滲墻施工參數推薦

3 結 語

黃水東調應急工程(廣南水庫增容加固工程防滲墻施工)已按照試驗段推薦施工參數正常施工，目前24.69km圍壩防滲墻已全部完工，工程各項指標均滿足設計和相關規范要求，同時該工程也創造了國內外規模最大的液壓銑削深攪防滲墻施工記錄，為今后類似工程提供了很好的參考案例。