雙輪銑深層攪拌法(CSM)防滲墻在復堤堵口中的應用

張曉臻

(福建省泰成建設工程有限公司，福建 龍巖 366300)

1 地下連續墻傳統施工技術與工藝存在的問題

長期以來，在水利、市政與公路等工程建設中，地下連續墻施工技術被廣泛應用于防滲墻、擋土墻或者樁基礎等主體結構施工。傳統的地下連續墻施工主要采用高壓旋噴樁、射水成槽灌注混凝土、抓取成槽灌注混凝土等施工方法。但是，這種傳統的施工方法存在以下幾個問題。

(1)在施工過程中造成大量的施工廢渣、廢水，污染水源、影響施工環境。

(2)遇到特殊的地質條件(如軟土、淤質土、強透水層)容易造成塌孔，甚至發生安全事故；如果遇到巖石地層導致施工難度大，影響工程進度。

(3)在處理相鄰墻段的結合墻時，防滲漏水問題突出。還存在能耗大、工作效率低等問題。

總之，傳統連續墻的施工技術與工藝在防滲、安全、節能、環保、效率方面都存在弱點和不足，已不能滿足當前施工技術要求，通過改進施工技術與工藝、引進先進的施工設備，實現綠色環保智慧施工是工程實踐中的重要研究內容。

2 雙輪銑深層攪拌法施工技術

“雙輪銑深層攪拌法”地下連續墻施工，簡稱CSM，彌補了傳統地下連續墻施工技術的不足。該技術能滿足質量穩定、安全實用、節能環保、提高工作效率的要求，并很好地解決了地下連續墻相鄰墻結合處防滲漏水的問題[1- 2]。雙輪銑(CSM)是一種新型工法的名稱。雙輪銑深層攪拌設備有2種：導桿式和懸吊式，導桿式雙輪銑深層攪拌設備可以銑削掘進攪拌深度達45m，懸吊式雙輪銑深層攪拌設備銑削掘進攪拌深度可達65m。

2.1 技術原理

CSM工藝原理：①通過二組雙輪銑攪拌頭對原狀地層的銑削與攪拌；②通過空壓機噴射高壓氣體；③通過注漿泵注入水泥漿。集銑削、注漿、攪拌于一體，由原狀土、水泥漿、固化劑等材料構筑成具有力學性能及防滲效果的地下墻體[3]。這種工藝直接由地下連續墻原狀土與水泥漿攪拌而成，不需要建造槽孔導墻及泥漿池，沒有棄渣、廢液；工藝簡單、使用便捷，滿足綠色環保、高效施工的要求。

2.2 施工流程

場地清理—整平壓實—測量放樣—開挖導槽—設備就位—安裝調試—銑削掘進—噴漿攪拌—回轉提升—成墻移機。根據工程量備好施工材料，清理施工現場，把安放雙輪銑槽機械設備的場地整平壓實，確保有足夠的施工平面寬度。根據圖紙在防滲墻位置測量放樣，然后安裝機械設備并定位調試，隨后開始銑削掘進，噴漿攪拌，達到設計深度后提升噴漿攪拌頭，成墻后移機到下個槽段繼續施工[4- 6]。

2.3 技術要點

CSM工藝原理是根據設計圖紙控制雙輪銑攪頭銑削長度、深度，根據地下連續墻的設計強度控制攪拌速度、噴射壓力、漿液稠度與流量；利用原狀土、水泥漿、固化劑等材料構筑具有一定力學性能及防滲效果的墻體。其主要技術要點如下。

(1)墻體軸線控制。為了確保地下連續墻的軸線偏差控制在±10cm以內，在開始銑削時應對銑頭定位。

(2)墻體垂直度控制。在雙輪銑深層攪拌設備銑頭內部安裝垂直度監測裝置，控制傳動桿銑頭垂直度。

(3)銑輪轉速控制。開機時由慢到快，控制銑進速度約為1.2～1.4m/min。到達設計深度時，延時約10s，在墻體深度以上2～3m范圍以內重復提升1～2次，然后慢慢提升，速度控制在0.28～0.5m/min以內。

(4)銑削深度控制。其銑削深度控制在設計深度的±20cm以內。

(5)注漿量的控制。注漿量應通過實驗段參數計算確定，一般通過提升速度、注漿壓力與流量控制注漿量，注漿壓力一般控制在2.0～2.5MPa。

(6)水灰比控制。防汛墻漿液水灰比一般控制在1.0～2.0之間。

2.4 技術亮點

(1)參數控制簡單、施工精度高。雙輪銑深層攪拌設備裝有性能先進的監控系統，設備自動化程度高，可以實時采集顯示墻體的垂直度、噴漿量、鉆進與提升速率、施工深度等詳細的施工參數，施工人員可以實時掌握和修正，參數控制直觀、簡單、施工精度高。

(2)攪拌方式獨特、墻體質量好。雙輪銑以大刀片垂直旋轉的方式銑削、攪拌原位土體，單幅槽長度可達280cm，寬度可達64cm；形成的矩形槽段墻體平整、連續，墻體接頭呈鋸齒狀無縫搭接；質量更有保證，力學性能及防滲效果好，墻體滲透系數可達n×10-8cm/s。

(3)工序優化集成、施工速度快。傳統的防滲墻成墻方法，如抓取成槽法，需要經過導墻建造、泥漿制備、挖槽棄渣、清孔換漿、生產運輸和灌注水下混凝土等諸多工序，施工環節多、工效低；高壓旋噴成墻，因樁徑小，形成同槽幅寬的防滲墻所需時間更長，工作效率則更低。而雙輪銑深層攪拌法，在設備就位后，通過鉆進和提升，銑削、注漿攪拌原位土體直接成墻，單幅成墻長度可達280cm，成墻效率大大提高，在密實砂卵石地層施工，每天可完成約400m2，是傳統施工方法的2～3倍，如單純在軟土層施工，其工作效率更高。

(4)能源消耗減少、施工更環保。雙輪銑深層攪拌法施工，施工設備投入少，節約了動力能源、減少了碳排放。因充分利用原位土體噴漿攪拌成墻，不置換土體、無施工廢渣，不制備泥漿、無施工廢液，不灌注混凝土、無砂石料消耗，能有效節約資源、保護環境。以每萬平米防滲墻施工為例，雙輪銑與其他傳統的成墻方式相比較，可減少工程棄渣5000m3、減少砂石材料消耗5900m3、減少外加劑和摻和料消耗近100t。雙輪銑深層攪拌與液壓抓斗能耗對比見表1。

(5)設備性能優異、適用范圍廣。①可完成較大深度地下連續墻的施工。②可廣泛適用于不同地質條件，地層適應性強[7]。雙輪銑設備導桿采用加壓系統，銑頭刀具采用合金材料，設備扭矩大，削掘性能高，可削掘密實土層、砂卵礫石層、15MPa巖層等硬質地層，入巖能力強，能夠截斷地下水通過墻底風化巖進行滲透的途徑；③可貼近建筑物施工。雙輪銑深層攪拌施工，在鉆進提升過程中攪拌原位土體成墻，不存在塌孔風險，施工震動對周邊建筑物基礎擾動小，不影響建筑物安全。

3 工程實例探討

3.1 工程簡介

蓮北圩位于饒河下游左岸、鄱陽湖東北岸，坐落在鄱陽縣蓮湖鄉境內。圩堤起自四望湖，沿饒河止于小鳴湖，堤線總長17.425km。蓮北圩保護面積4166.67hm2，保護耕地面積1533.33hm2，受益人口5.08萬人，屬江西省鄱陽湖區保護面積萬畝以上的單退圩堤。進入汛期以來，江西省遭受多輪強暴雨洪水，五河來水劇增，鄱陽遭遇超1998年的特大洪澇災害侵襲。2020年7月12日，蓮北圩水位超進洪水位20.00m，進洪堰在進洪過程中，樁號7+190～7+430堤段發生潰決，潰口長約240m，圩內1533.33hm2耕地受淹，群眾生產生活秩序受到嚴重破壞，造成歷史性損失。當前，鄱陽湖水正高位緩退，2020年8月某省水利規劃設計研究院受鄱陽縣水利局委托，開展鄱陽縣蓮北圩復堤堵口方案設計工作，并及時出具了潰口封堵方案。根據潰口封堵設計方案，開展前期準備工作，并制定本施工方案，待外河水位下降，具備條件即可開始堵口施工。

表1 雙輪銑深層攪拌與液壓抓斗能耗對比

3.2 工程地質情況

根據施工前期地勘資料及施工先導孔鉆探取芯顯示，蓮北圩復堤地質鉆探芯樣分4層，第一層為本次回填黏土(高程范圍13.0～20.5m)，第二層為砂層(沖坑回填砂與原狀砂界限不明，芯樣無法判斷具體分界點，高程范圍-5.8～13.0m)，第三層為砂礫石層(礫石直徑5～8mm，高程范圍-6.6～-5.3m)，第四層為基巖層(紅砂巖，基巖面高程為-6.6～-6.1m)。

3.3 施工組織與安排

根據探明的工程地質情況，組織安排蓮北圩復堤堵口施工。本工程采用CSM工法進行堵口防滲墻施工，選用導桿式雙輪銑深層攪拌設備，采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥等施工材料，組織施工隊伍進行堵口施工。設計堵口堤防施工長度275m，堤頂寬度7m，在堤防頂迎水面2m位置新建防汛墻，墻厚0.60m，平均墻深33.5m，墻體面積約9300m2。根據導桿式雙輪銑深層攪拌設備的正常工作效率，一般每天可完成約400m2；所以計劃安排一臺導桿式雙輪銑攪拌設備能滿足施工要求。墻體施工從上游向下游每2.8m長分段推進施工，墻體施工工期安排30d。施工前沿防滲墻軸線每隔50m進行先導孔鉆芯取樣，獲取施工參數。若發現實際地質情況與地勘報告不符，應及時向業主單位反映并與相關單位研究調整方案。設備就位后，先進行成墻試驗，以確定設備、工藝及各項參數，試驗段孔數應不少于4孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔各2孔。經檢查驗收合格后，按照試驗參數進行后續施工。

根據設計有關資料、工地現場查勘情況以及工程的性質和特點，本工程施工總工期計劃為150d，即2020年10月10日開工，2021年3月10日前竣工。

3.4 施工工藝主要控制點

首先準確定位銑頭，將雙輪銑攪拌鉆機的銑頭定位于墻體中心線上。偏差控制在允許范圍內。同時控制垂直精度，采用經緯儀進行三支點樁架垂直度的初始零點校準，如果發現垂直度不能保證，現場操作員可以通過自動平臺觸摸屏，及時調整銑頭的狀態。在掘進過程中，要嚴格按照試驗獲取的參數操作：防滲墻漿液水灰比一般控制在1.0～2.0(本工程水灰比通過室內試驗確定)。注漿壓力一般為2.0～2.5MPa，水泥漿液嚴格按配合比制作，漿液不能發生離析。現場質檢員對水泥漿液進行檢驗，內容為：比重、黏度、穩定性、初凝、終凝時間[8- 9]。凝固體的物理性能試驗為：抗壓強度、滲透系數。水泥漿液隨配隨用，保證漿液質量滿足要求。掘進速度控制在約1.2～1.4m/min，通過在導桿上標示刻度來控制深度，確保達到設計深度。提升不能太快，以避免形成真空負壓，孔壁塌陷，造成墻體空隙。控制在約0.28～0.5m/min，全程氣體不得間斷。還要經常檢查銑頭刀片磨損情況，測量刀片外徑，以保證成墻厚度。

特殊情況處理：供漿必須連續。一旦中斷將銑削頭掘進至停供點以下0.5m(因銑削能力遠大于成墻體的強度)，待恢復供應時再提升。因故停機超過30min時要清洗泵體和輸漿管路。

施工記錄與要求：及時填寫現場施工記錄，每掘進1幅位記錄一次在該時刻的漿液比重、下沉時間、供漿量、供氣壓力、垂直度及樁位偏差。

3.5 施工注意事項

3.5.1 施工準備階段

(1)防滲墻施工前，根據工程用途、規模、工期、安全、環境保護要求等情況，結合施工條件(包括機械設備和材料的運輸路線、施工場地、作業空間等)，地質情況(包含地層構成、土性、地下水等)及周圍環境條件等因素編制施工方案。

(2)施工現場進行場地平整并確保足夠的寬度，及時清除施工區域表層的硬、雜物，現場道路地基的承載能力應滿足雙輪銑深攪設備平穩操作和移動的要求。

(3)雙輪銑攪拌墻施工前，應按照攪拌墻布置圖測量放樣并復核驗收。根據確定的施工順序，安排配套機具、水泥等物資的放置位置。

(4)雙輪銑深攪設備及其他輔助設備安裝后要先調試，確保設備能夠正常運轉。

(5)施工前應進行成墻試驗，獲取攪拌下沉和提升速度、水泥漿液水灰比等工藝參數。

3.5.2 攪拌施工

(1)雙輪銑攪拌墻與等厚度水泥土攪拌墻施工時銑輪就位應對中，平面允許偏差應為±20mm，并對立柱導向架進行設備自調，同時用2臺經緯儀在X、Y 2個方向進行校正。

(2)按照試驗確定的參數控制攪拌下沉速度和提升速度，并保持勻速下沉或提升，以保證雙輪銑攪拌墻的成墻質量。

(3)水泥漿液水灰比應按試驗獲取的參數拌制，并應通過濾網倒入具有攪拌裝置的貯漿桶或貯漿池，防止漿液產生離析。漿液泵送量應與攪拌下沉或提升速度相匹配，保證攪拌墻中水泥摻量的均勻性[8]。

(4)施工時泵壓應控制在2.0～2.5MPa，氣壓控制在0.5～0.8MPa。

(5)經常檢查銑輪的寬度，銑輪磨損量≤10mm。以保證攪拌墻的設計寬度。

(6)若長時間停止施工，應及時對壓漿管道及設備進行清洗。

總體質量目標：單元工程驗收全部合格。

墻體抗壓強度：R=1～5MPa。墻體滲透系數：K≤1×10-6cm/s。墻頂高程、深度、墻厚：不小于設計值。搭接：滿足最小有效墻厚要求。

4 實施效果分析

采用雙輪銑深層攪拌防滲墻施工技術，對鄱陽縣蓮北圩復堤堵口工程共9500m2的防滲墻進行了施工，防滲墻施工成墻28d后，進行了開挖檢查、取芯檢驗、注水試驗。結果表明：雙輪銑深層攪拌防滲墻，墻體密實、均勻、連續、平整，芯樣完整，不同地層芯樣強度均滿足設計要求，墻體滲透系數8×10-8cm/s，防滲止水效果良好，完全達到了預期效果。

5 社會經濟效益比較和前景

經過對防滲墻不同施工工藝成本的比較，雙輪銑深層攪拌法經濟性優于高壓旋噴防滲墻，節省成本約15%，工作效率是高噴的2～3倍，按面積比較，雙輪銑經濟性略低于抓取法，但其墻體較抓取法厚，按成墻體積比較，經濟性則比塑性混凝土防滲墻高出約30%，工作效率約是抓斗的2倍。

通過對鄱陽縣蓮北圩復堤堵口防滲墻的施工檢測，結果表明：雙輪銑深層攪拌法(CSM)能夠保證工程質量、加快施工進度、施工安全保障性高、有效減少了對環境的污染，達到了質量穩定、安全高效、節能環保的綠色施工要求。

該技術具有廣闊的應用前景，可推廣運用在防滲墻工程、圍堰工程、擋墻支護(可插入型鋼)工程、地基處理、土體加固、地質改良、土壤修復等項目中。

6 結語

綜上所述，通過本文對雙輪銑深層攪拌法(CSM)防滲墻技術在鄱陽縣蓮北圩復堤堵口項目工程項目中的應用研究可知，該施工技術作為一項綠色生態、科學實用的施工技術，借助先進的施工設備，以其獨有的工藝優勢成功克服了傳統施工技術的弊端，具有節能環保優、施工精度高、成墻進度快、墻體功效佳、地層及場地適應性強等顯著特點，并且技術成熟、工藝可靠，因此，該項技術值得在今后相關工程建設中進行推廣和應用，但需注意的是，每項工程的實際情況存在差異，相關施工人員在施工過程中需加強各環節的控制，確保每一個環節的質量符合要求方可進行下一步驟，以此避免存在潛在問題，從而保證工程的整體質量。