深层搅拌水泥土防渗墙在共双茶蓄洪垸围堤加固工程中的应用

汤正清

（沅江市安沅水利水电建设有限公司 益阳市 413100）

1 工程概况

共双茶蓄洪垸位于南洞庭湖区益阳市所辖的沅江市北部，北濒草尾河，南临黄土包河，由沅江市共华垸、双华垸及茶盘洲镇三垸组成，地势平坦开阔，地面高程为（28.5～31）m，垸内地表水系发育，沟渠纵横交错，堤内500 m 范围内沟、鱼塘较多，沟塘深一般（1～2）m。本区处于扬子准地台二级构造单元江汉断坳东南部，根据地质勘察，结合历年的险工险段资料分析，本区内存在的主要工程地质问题有：地基沉陷变形，渗漏与渗透变形及岸坡稳定问题。

本次共双茶蓄洪垸建设中共对27 km 大堤采用了搅拌桩防渗处理，完成防渗墙44万m2，投入资金达3 000 多万元。

2 施工设备

共双茶蓄洪垸深层搅拌水泥土防渗墙施工设备采用中铁生产的PH－5G 型双动力三头小直径深层搅拌桩机，最大成墙深度20 m，钻头中心距320 mm，钻头直径406 mm，钻头间带有刚性连锁装置，施工中一次成墙，此机型是在PH-5、PH-5E 型深搅机的基础上改进和发展而初步定型的。 该桩机的特点为施工效率高、单元桩成墙质量可靠、桩间搭接有保障、一次成墙喷入浆体分布均匀、水泥浆利用效率高。 与其配套使用的PJ-5A 型泥浆泵为3 台可调注塞泵，浆量均匀且可独立调节，无级变速调节喷浆量，可适合桩机下沉、提升速度变化的需要，以保证水泥浆掺入量达到设计要求，该泵输浆量为（0.58～5.79）m3/h。 PJ4－2 型记录仪通过流量传感器及深度传感器测得相关数据自动记录喷浆与搅拌深度对应数据，并在显示器上显示，便于操作人员随时掌握桩深、每0.25 m 的喷浆量等数据。 喷浆量、喷浆时间通过打印机打印形成记录。

3 防渗墙施工

3.1 先导孔施工

按照设计要求，在水泥土防渗墙施工前沿防渗墙轴线每间距50 m 布设一个先导孔，地质条件变化较大的部位适当予以加密。 先导孔施工采用岩芯钻钻机。为保证芯样的连续和完整，取芯时采用套筒取样法。造孔取出的芯样放置在岩芯箱中，并进行照相和地质编录，绘制地质剖面图，作为设计单位调整防渗墙施工底线和施工单位确定施工参数的基础资料。 先导孔封孔采用水泥粘土浆或粘土球机械夯实法。

3.2 防渗墙的施工

深层搅拌水泥土防渗墙采用三轴小直径深搅桩机施工。其原理是用深搅桩机钻孔至预定深度，向孔中注入水泥浆液，用螺旋型钻头进行搅拌，尽量使土体和水泥浆强制拌合均匀而凝结，形成水泥土柱，互相搭接成墙，起到防渗作用。桩机主要由液压步履底架、井架和导向架、钻机转动系统、钻具、液压系统、喷浆系统、电气系统及计算机监控系统等部分组成。根据设计要求及试验桩施工情况，采用水灰比为1∶1、两搅两喷、一次成墙的方案施工。 具体施工工艺参数如下：

钻头直径：406 mm；钻杆中心距：320 mm；一次单元成墙长度：960 mm；最小成墙厚度：250 mm；钻进速度：（0.6～0.8）m/min；提升速度：（0.8～1）m/min；转速：（47～55）r/min；垂直偏差率≤0.5%；桩位偏差＜±5 cm；水泥掺入比：15%～20%；浆液比重≥1.51 g/cm3；每米浆量≥126 L；每平方米水泥用量≥99.1 kg。

水泥土防渗墙施工工艺步骤如下：

配制水泥浆—→桩机就位—→对中、调平—→喷浆搅拌下沉—→喷浆搅拌提升—→清洗管路—→（下一循环）。

3.2.1 配制水泥浆

根据规范规定进场水泥每200 t 抽检一次，检验结果合格后方可使用，水泥浆液严格按照规定的配合比1∶1 制作，用比重计测量控制浆液的质量，浆液比重控制在（1.49～1.53）g/cm3范围内。

水泥浆液存放有效时间应符合下列规定：

（1）当气温在100C 以上时，不宜超过3 h。

（2）当气温在100C 以下时，不宜超过5 h。

（3）当浆液存放时间超过有效时间时，应按废浆处理。

（4）浆液存放时应控制浆体温度在（5～40）℃范围内。 如超出上述规定应废弃。

3.2.2 设备定位

设备定位控制包括三个方面：纵向偏差和横向偏差以及垂直度。 纵向偏差采用事先打桩法控制，一次定位5 根桩以上，以便于施工人员校核。 横向偏差可采用虚拟轴线法控制，即事先在机身旁各用钢筋焊一样架，此样架距防渗墙轴线1.5 m，然后在距防渗墙1.5 m 处平行于轴线拉一道线，移机时样架始终对准此线，即可保证准确定位。 同时，桩机上平行轴心线安装桩机校核装置，通过核准辅助线准确核准桩位。桩机移位时保证桩机轴心线与防渗墙轴线重合，可确保桩位准确。为了保证设备定位的垂直度，在桩机塔架上安装一吊锤，并设有一连通管装置，并标画有桩机倾斜刻度线，开机前通过液压系统调平机身，下沉及提升过程中根据吊锤指示装置和连通管液面刻度变化来控制桩机垂直度，使之小于5‰。

3.2.3 搅拌和注浆

搅拌机准确定位后，先启动浆泵至钻头出浆，再启动主机，使其正向转动，并选钻头向下推进挡，直至设计深度。 下沉速度由电器控制装置的电流检测表监测，工作电流不应大于额定值。 当钻进至设计深度时，停钻灌注水泥浆30 s，直至孔口返浆，反向旋转提升钻杆，继续注浆，保持孔口微微返浆。当搅拌头提至设计桩顶时，停止提升，搅拌、喷浆数秒，以保证桩头均匀密实。 随后，向集浆桶内注入适量的清水，开启灰浆泵，清洗管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将人工清除粘附在搅拌头上的软土。 然后桩机向前平移960 mm，重复以上过程开始下一单元墙施工。

施工过程中根据地层吃浆变化调整输浆量，总输浆量不小于设计要求。 根据采用的水灰比及每米所需水泥浆量，计算出每0.25 m 所用水泥浆量作供浆参考，采用电脑记录仪控制，记录并及时打印出其升降每0.25 m 的用浆量。 输浆保持一定的压力，但不宜过大，输浆压力控制在（0.4～0.8）MPa。

3.2.4 桩间搭接

桩间搭接是防渗墙施工质量控制的一个十分重要的环节，搭接部位的防渗性能直接影响防渗墙的防渗性能，所以必须高度重视。墙体搭接质量主要通过深搅机移位控制。 每次移位距离根据桩径和墙厚通过理论计算得出，施工中严格控制，确保桩与桩之间的搭接厚度满足墙厚的要求。 防渗墙施工应连续进行，相邻桩施工间隔时间不应超过24 h，如因特殊情况超过24 h，则应对前一单元的最后一根桩空钻留出榫头，以待搭接。 机如因特殊情况械无法空钻时，应依序在已成桩做好标记，下次施工前应在此处两侧进行补桩，施工后再依序后续桩施工作业。

3.2.5 断桩处理

施工过程中若发生喷浆中断，应将喷浆管下沉至停浆点以下0.5 m，等恢复供浆时再施喷提升。因停电或机械故障而中断施工时间过长造成断桩时，可采取补强灌浆或补桩的方法处理。 补强灌浆每桩布置1～2个灌浆孔，灌浆压力0.05 MPa，补桩采用一根断桩补加施工两根桩，横向与原桩相切（8～10）cm。

4 质量控制

水泥土防渗墙的设计指标主要有渗透系数、墙体厚度、允许比降和抗压强度。 对于堤防加固工程中的水泥土防渗墙来说，渗透系数和防渗墙厚度是重要的设计指标，允许比降和抗压强度主要是用于反映墙体材料性能均匀程度的间接指标。为了使墙体材料的渗透系数满足设计要求，施工中就要合理确定、严格控制好水泥掺入比、水灰比、外加剂、复搅次数和钻杆提升速度等施工参数；而桩位偏差、钻孔倾斜度等则是为保证墙体完整性及其最小厚度满足设计要求的施工控制参数。 施工时应特别注意根据不同的土层正确选择不同的施工参数，因为灌浆量往往因土质及空隙率的不同而有差异。对粘性土地层，细砂或密实的粉土质地层，粗颗粒的砂土或软的粉土地层，多孔的地层或砂砾层，具体选用何种施工参数，需进行一定的室内及现场试验具体确定，施工过程中严格控制。

5 质量检查

（1）开挖检测：沿堤线每1 000 m 开挖一处，每处长（3～5）m，深（2.5～4）m。要求墙体的外观质量好，整体性好，无蜂窝、孔洞，最小墙厚和垂直度实测值满足设计要求。

（2）钻孔取芯检测：在施工28 天后，采用钻机抽芯取样检测水泥土的单轴抗压强度、渗透系数、抗渗比降及芯样的完整性和均匀性评价。

（3）围井注水检测：主要是检测墙体的渗透系数。

（4）无损检测：主要是检测墙体的连续性及墙体的实际深度。

共双茶蓄洪垸经过系统检验结果表明：应用水泥土搅拌桩防渗墙进行防渗截流处理，施工技术成熟，方案经济可行，防渗效果良好，达到了防渗截流的目的。

6 存在问题

（1）从电脑喷浆记录仪反映的每米喷浆量统计数据来看，由于地层的软硬程度不同，空隙率不同，在所有施工参数都相同的情况下，每米段的注浆量差异仍然很大，有的误差甚至超过20%。 往往存在着单元墙体的水泥掺入比满足设计要求，但墙体某段的水泥掺入比却达不到设计要求，形成了墙体抗渗性能的薄弱部位。在实际工程中，地基多数具有由几种土质组合而成的多元结构，由单一土质构成的地基条件则很少，理论上对不同的土层应选择不同的施工参数，而实际施工时，由于单元墙体的成墙时间很短，而且是搅拌下沉或搅拌提升和喷浆是一气呵成，使用不同施工参数进行施工难以实现。施工参数选择和施工过程控制如何适应地层的问题有待进一步研究解决。

（2）设备定位的垂直度控制主要靠人为调控，既麻烦精度也不高，如何加强自动化控制程度需要设备制造商加以改进。

（3）目前搅拌桩防渗墙的检测手段还不成熟，特别是单元墙体间的搭接质量还没有过硬的检测方法，搭接处是否存在开叉现象也无法探明。

7 主要结论

（1）深层搅拌桩防渗墙施工工效高、造价低。施工工效平均可达25.6 m2/台时，是各种防渗技术造墙较快的一种方法；成墙造价是高喷的1/8，是混凝土防渗墙的1/5。

（2）深层搅拌桩防渗墙施工工艺简单。 不需开槽，无塌孔、护壁、回填、夯实等问题，更重要的是不破坏堤坝。

（3）深层搅拌桩防渗墙成墙效果好。 墙体厚度均匀连续，接头少，墙体厚度满足防渗要求（调整桩机钻头直径，成墙厚度可调为150 m～300 mm），墙体深度可达20 m

（4）深层搅拌桩防渗墙施工工期短、无污染、噪音低，实用可靠，在我国江河堤防垂直防渗工程中得到了广泛应用并取得良好的效果，值得大力推广。

1 李思慎.长江重要堤防隐蔽工程建设中的防渗处理[J].长江科学院院报（增刊），2000，12.

2 张家发、吴昌瑜，等.堤防加固工程中防渗墙防渗效果及应用条件研究[J].长江科学院院报，2001，5.