銑削攪拌水泥土防滲墻的均勻性檢查分析

(中國水電基礎局有限公司，天津 301700)

1 工程概況

希尼爾水庫位于新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市境內，北距庫爾勒市20km，南距尉犁縣城27km，是一座以下游灌溉用水為主的注入式反調節平原水庫，水庫等別為Ⅲ等，工程規模為中型，設計總庫容0.98億m3，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級[1]。

1.1 水庫地質條件

希尼爾水庫位于孔雀河中段的庫魯克塔格山前剝蝕平原區，庫盤為天然洼地，工程地質條件較為復雜。主壩段防滲線主要處于天然洼地內，地基上部為第四系沖洪積中粗砂夾砂礫石及局部低液限粉土，層厚在1.3～4.2m之間，下伏地層巖性為新近系砂巖、泥巖，互層狀。水庫東副壩處于天然臺地之上，表層為砂礫石層，層厚0.3～0.6m，下伏地層巖性主要以泥巖為主夾砂巖；西副壩地層上部巖性為第四系沖洪積中粗砂，層厚1.0～4.0m，下伏地層巖性以新近系砂巖為主夾泥巖(局部夾薄層礫巖透鏡體)，強風化層厚5.0～8.0m。

1.2 施工工藝及設計參數

銑削攪拌水泥土防滲墻施工原理與多頭小直徑水泥土深層攪拌樁[2]施工原理基本相同，均是通過深層攪拌設備在地基深處對原狀土體進行切削破碎，并與注入的水泥液等膠凝材料強制拌和，使原狀土固結成具有良好整體性、穩定性、較高強度和抗滲性能的銑削攪拌水泥土防滲墻[3]，其工藝流程見圖1。

銑削攪拌水泥土防滲墻采用的膠凝材料主要是P·O42.5 級水泥，摻入量為土體質量[4]的15%，按照1 ∶1 的水灰比制備水泥漿后集中供漿。銑削攪拌攪水泥土防滲墻按Ⅰ序、Ⅱ序分序施工，主要設計參數如下：墻厚0.7m，單幅長2.8m，墻體間搭接長度為0.2m，墻體深度按照深入5Lu線以下1m控制，墻體28天無側限抗壓強度[5]不小于1.0MPa，滲透系數不大于1×10-5cm/s。孔位示意圖見圖2。

圖1 銑削攪拌水泥土防滲墻成墻工藝流程

圖2 銑削攪拌水泥土防滲墻孔位示意圖

2 銑削攪拌水泥土防滲墻均勻性質量檢查

銑削攪拌水泥土防滲墻滲透系數、抗壓強度等技術指標均與墻體均勻性密切相關，由于施工機械、地質情況等原因，施工時不可避免地會有一些較大粒徑的塊狀泥團(約10cm左右)或砂塊(約3cm)。若噴漿攪拌提升過程中水泥漿液未能完全滲透進泥團或砂塊則會形成兩種不利于墻體均勻性的塊體：一種是抗壓強度較高但滲透系數較大的砂塊；另一種是抗壓強度較低但滲透系數性較小的黏土塊。因此，項目部采用了局部開挖[6]、超聲波檢測、鉆孔取樣[7]和孔內攝像等多種方式對墻體的均勻性進行檢測，以便真實地反映出墻體的均勻性質量情況，并從中發現總結出規律。

2.1 墻體局部開挖檢查

墻體局部開挖法常用于銑削攪拌水泥土防滲墻的外觀質量檢查，具有良好的直觀性，但一般開挖深度較淺。在墻體達到設計齡期后就可對墻體進行局部開挖檢查，開挖時應根據地質、開挖深度等情況進行放坡，墻體兩側開挖高差應控制在3m內，以防止墻體側壓破損。根據工程地質(泥巖、砂巖)、膠凝材料(水泥和粉煤灰)摻量不同等情況，分段開挖檢查墻體表面水泥是否拌和均勻，有無較大尺寸的泥團、砂塊，墻體兩側一定范圍是否存在膠凝材料擴散等情況。試驗段1號、2號、3號墻體局部開挖檢測見圖3。

圖3 墻體開挖檢查照片

2.2 墻體鉆孔取樣、孔內攝像檢查

在墻體鉆孔取樣的方法常用于防滲墻實體的非破壞性檢測，而孔內攝像技術依據光學原理可以實現對鉆孔內部的直觀觀察，常用于墻體內部均勻性質量檢查，兩者均具有良好的直觀性、真實性，以及對墻體破壞性小等優點。在墻體齡期滿足設計要求后，選取代表性地質區段的墻體進行鉆孔取樣和孔內攝像[8]檢查。芯樣取出后通過軸向切削加工和破碎性試驗，查看芯樣內部水泥土拌和是否均勻，有無較大尺寸的泥團或砂塊。孔內攝像能更直觀地反映出鉆孔孔壁的外觀質量具體情況，也可消除鉆孔取樣時因機械等原因造成的芯樣表面破損情況。試驗段1號、2號墻體孔內成像結果見圖4。

2.3 墻體聲波檢測

聲波檢測方法常用于防滲墻均勻性、連續性等質量檢測，具有直觀性好、可靠性高、無破壞等優點。在銑削攪拌水泥土防滲墻達到28天齡期后，在墻體搭接縫兩側進行跨孔聲波[9]或聲波CT圖像[10]檢測，通過觀察檢測波速的變化和CT圖像，可以直觀地判斷墻體的均勻性和孔洞、裂縫等質量缺陷。

圖4 孔內攝像檢查照片

3 銑削攪拌水泥土防滲墻均勻性研究

3.1 芯樣抗壓強度與均勻性的關系

在銑削攪拌水泥土防滲墻達到28天齡期后進行墻體鉆孔取樣，通過檢測芯樣的無側限抗壓強度，觀察破碎后的芯樣均勻性，分析確定芯樣均勻性與強度的關系。通過多組芯樣檢測得出如下結論：試驗段銑削攪拌水泥土防滲墻的芯樣抗壓強度均滿足設計要求，抗壓強度普遍在1.3～2.4MPa之間，在地層相同的情況下，抗壓強度隨深度的增加呈減小趨勢。通過對各段芯樣進行破碎對比，發現造成墻底芯樣抗壓強度低的主要原因是膠凝材料與原狀土的拌和均勻性較差，芯樣中存在未破碎的泥塊或砂塊。經分析，導致以上情況的主要因素如下：一是槽孔原狀土體銑削攪拌時間短，土體未能均勻破碎；二是槽孔底部水泥漿在聯動氣體的沸騰作用下上移，使墻底噴漿量變少。試驗段1號、2號墻體芯樣抗壓強度檢測數據見表1。

表1 檢查孔芯樣無側限抗壓強度與均勻性的關系

3.2 滲透性與均勻性的關系

通過對1號、2號檢查孔芯樣的滲透試驗數值與芯樣破壞后的均勻性進行觀察對比，得出如下試驗結論：試驗段銑削攪拌水泥土防滲墻芯樣滲透系數普遍在1.0×10-6～9.5×10-7cm/s之間，相同地質條件下滲透系數隨深度的增加而呈現增大趨勢。通過對各段芯樣進行破碎試驗對比，發現造成墻底芯樣滲透系數大的主要原因是地質條件以及膠凝材料與原狀土的拌和均勻性差。試驗段1號、2號墻體芯樣抗壓強度檢測測數據見表2。

表2 檢查孔芯樣滲透系數與均勻性的關系

4 結 語

通過對試驗段銑削攪拌水泥土防滲墻進行檢測與分析，發現槽孔原狀土體與膠凝材料的攪拌均勻性是影響防滲墻抗壓強度、滲透系數等關鍵質量指標的主要因素，本文據此提出了一些有助于提高水泥土防滲墻施工質量的建議，如采取增加銑輪刀片數量、復攪、增加槽底預注漿量等措施，使膠凝材料與原狀土體拌和的均勻性更好。