水泥深层搅拌桩在文笔水库防渗处理中的应用

和润秋

（云南省丽江市玉龙县水利局，丽江 674100）

1 前言

近几年来,随着各种防渗成墙理论、工艺、方法及设备条件的不断改进和完善，使用地下连续墙作为水库大坝渗漏的防渗处理方式不是一件难事。经过与帷幕灌浆、垂直截渗膜等技术比较，利用深层搅拌机构筑的水泥土垂直防渗墙是堤坝防渗处理中最为经济且有效的处理方式。深搅桩成墙技术就是利用深层搅拌机将松散土层与注入的水泥浆液一起搅拌，使土体固结成水泥土桩，桩与桩搭接形成水泥土垂直防渗墙的技术。

关于如何在水库大坝截渗处理中应用深层搅拌成墙技术优质、快捷地构筑防渗墙的问题，本文结合该技术在玉龙县文笔水库中的工程实践，谈一点粗浅的认识。

2 工程概况

1.1 工程简介

玉龙县文笔水库建于1958年，是云南省重点小 （一）型水库,径流面积 23.7km2， 总库容671.8万m3，兴利库容600.2万m3，死库容34.4万m3，大坝为均质土坝，坝高8m，坝长1914m。大坝渗漏10.24L/s，下游坝坡共有10个潮湿区，总潮湿面积达2630m2，由于坝体渗漏严重，已危及大坝运行安全，2009年初进行防渗加固处理。防渗加固处理采用深搅桩及帷幕灌浆两种防渗措施相结合的方案。本土坝经防渗处理后， 渗透系数 K 值小于 A×10-6cm/s（1＜A＜10），抗压强度大于0.5MPa，达到了设计要求。

1.2 工程地质

1.2.1 地层岩性

（1） 第四系

①洪湖积层 （Qpl+l）：为坝址区主要下伏地层，为灰色、灰褐色、灰白色含淤泥质粉土，粘土，局部含少量粗中细砂土，呈软塑～可塑状，局部呈流塑状。

②湖积层（Ql）：为黑灰色草煤层及泥炭质粉土、粘土。呈流塑～软塑状。

③洪冲积层（Qpal）：为灰色、浅灰色、灰白色砂砾层夹卵石及粉砂、粉土层，呈松散～中密状。

（2）中生界三迭系中统

北衙组中段（T2b2）：灰白色白云质灰岩、灰岩。

1.2.2 地质构造

区内无大的断层发育及穿越，第四系湖积层较厚，下伏地层为（T2b2）白云质灰岩，出露于右坝肩，产状N32E，NW∠25°，呈中～厚层状，节理裂隙发育，所钻孔揭露岩层较破碎。

1.2.3 水文地质条件

浅层地下水主要为赋存于第四系堆积体内的孔隙水，深层地下水为基岩内的裂隙水。

（1） 含水（透）水层（带）

根据水库勘察钻孔压（注）水试验，区内含水（透）水层（带）主要为湖积层砂卵砾石层及库盆底部三叠系中统北衙组（T2b2）白云质灰岩岩溶水含水层，相对富水性强，透水性强～极强。

（2）相对隔水层（带）

根据钻孔压水试验，相对隔水层（带）主要隔水层为第四系洪湖积层（Qpl+l）含淤泥质砂质粉土、粘土及（Ql）有机质腐榍草煤层及碳质粉土、粘土。

（3）地下水补给、径流、排泄

地下水接受大气降水、岩溶泉水、地表水补给，主要通过岩溶管道、砂卵砾石层径流，以泉水或散浸出露，汇入漾弓江向下游排泄。

3 深搅桩防渗墙设计

3.1 防渗墙技术标准

深搅桩直径D=600mm，孔距400mm，搭接长度200mm，最大处理深度18.05m，成墙固化剂采用42.5级普通硅酸盐水泥，主要设计技术指标见表1。

3.2 深搅桩防渗墙与帷幕灌浆段的连接

文笔水库坝横0+000.00～0+056m范围防渗底界较深超过深搅桩施工能力，故采用帷幕灌浆进行防渗，帷幕灌浆段与深搅桩段搭接长度6m，以形成完整的垂直防渗体系。

3.3 深搅桩防渗墙参数的确定

深搅桩防渗墙属隐蔽工程，为了克服施工的盲目性，使工程顺利实施并能满足设计要求，根据工程地质和水文地质条件，首先进行了试验段施工试验即现场成桩试验，以确定适合实际情况的一系列参数。施工试验参数见表2。

表1 深搅拌桩主要设计指标表

通过现场采用10%、12%、15%三个掺量进行成桩试验，桩体水泥掺合率采用15%，浆液水灰比采用0.8∶1比较合理。采用15%的水泥掺入量，0.8∶1的水灰比浆液进行施工试验，取样进行试验，其抗压强度指标大于0.5MPa，渗透系数小于 A×10-6cm/s（1＜A＜10），均符合设计要求。

4 深搅桩防渗墙施工

4.1 施工工艺

制浆部按照设计水灰比0.8∶1配制成水泥浆，水泥浆随配随用；将配制好的水泥浆泵送至储浆罐；同时桩机就位、调平、固定；喷浆搅拌下沉，至设计桩底高程，定位搅喷5s，然后搅喷提升至桩顶高程，最后闭浆下沉，闭浆提升，此过程以地面微微返浆为最好，否则应调整提升速度；验孔合格，完成一个桩体施工，关闭搅拌机械；移至下一孔位，使前一桩体和后一桩体的搭接不少于200mm，重复（1）—（6）步骤。施工工序流程见图1。

4.2 施工要点

4.2.1 主机调平

（1）施工前应检查主机上的水平测控装置，确保主机架处于铅垂状态。

（2）通过四个支腿油缸调平。应重点检查施工过程中，支腿是否存在下陷或油缸泄压现象，若有此现象应及时调平。

4.2.2 输浆

（1）尽量保证输浆均匀，应根据地层吃浆变化调整输浆量，总输浆量应不少于设计要求。

（2）输浆量应有专门的装置计量，如流量计等。

（3）输浆应有一定的压力，但不宜过大，一般输浆压力为0.3～1.0MPa。

4.2.3 提升速度和钻进速度

（1）为保证桩孔不偏斜，开始入土时不宜用高速钻进，一般钻进速度不应大于0.8m/min；土层较硬时，速度不大于0.6m/min。

图1 施工工艺流程图

表2 施工试验参数表

（2）提升速度和输浆量应密切配合。提升速度快，输浆量应大。二者关系可按设计掺入量确定。

4.2.4 桩的定位精度

定位是影响桩与桩之间的搭接尺寸的因素之一。主机调平后，在施工中也可能因振动产生整机滑动，造成桩位偏差。为了减少累计误差，每施工10个单元应校核1次，并及时调整。

4.2.5 施工深度

（1）本工程防渗墙的轴线较长，高程变化不大。因此，应按水准点确定施工场地地面高程，并计算出各施工段（按100m为一个施工段）的施工深度。

（2）施工前核定深度盘读数，读数允许误差应小于5cm。

5 工程质量检查

5.1 施工过程检查

检查内容包括水泥规格及用量、外加剂用量、水泥浆液密度、搅拌轴的提升速度及转速、成桩时间、成桩速度、钻头直径、桩架的垂直偏差、断桩处理情况和施工记录等。做到每日一查，发现问题及时处理。

5.2 桩体质量检测

5.2.1 允许偏差

工程完工后应对所施工的深搅桩进行抽样检测，检测结果应满足允许偏差标准。检测标准可按表3执行。

5.2.2 检测方法

（1）开挖检验。于成桩28d后，每200m开挖一处。开挖深度不小于2.0m，长度不少于2.0m。测量墙体中桩的垂直偏差、桩位偏差、桩顶标高，观察核酸与桩之间的搭接状态、搅拌的均匀度、渗透水情况、裂缝、缺陷等。

（2）取芯试验。成桩28d后，每一个单元工程布一个钻孔，在防渗墙中取一组水泥土芯样（各钻孔的不同深度取样），室内养护到28d，作无侧限抗压强度试验。

（3）注水试验，在检查孔中自上而下按5.0m一段进行。

6 防渗加固效果

6.1 深搅桩开挖检查结果

经指定开挖探坑三处，其开挖深度2m，长度3m。经检查得知，搅拌桩成圆柱桩，排列均匀，桩体搭接良好，水泥浆与坝土搅拌均匀，所处理坝土的力学性能得到了明显改善和提高。墙体最大厚度60cm，搭接部位52cm，已满足设计要求。

6.2 检查孔注水试验

每个深搅桩单元各布置3个检查孔,对深搅桩进行质量检查。共布设了222个检查孔，根据注水试验成果分析，各段渗透系数均小于A×10-6cm／s （1＜A＜10）， 满足坝体防渗要求。

6.3 无侧限抗压强度试验

根据设计及监理要求，按检查孔数的5%取样，每孔取两组试样进行无侧抗压强度试验，共做22组无侧限抗压强度试验，其抗压强度均≥0.5MPa。

表3 深层搅拌防渗墙施工允许偏差及技术标准表

7 认识与体会

通过本次深层搅拌桩在玉龙县文笔水库除险加固工程中的实践，得到如下的结论及体会。

（1）深层搅拌桩在水库除险加固工程中应用是可行的；

通过水泥深层搅拌桩在除险加固工程成功实践，可以达到加固坝体的稳定性，达至防渗目的。

（2）施工前应作必要的地质勘察；

深搅桩对地质要求较高，主要适用于淤泥、淤泥质土、黄土、粘性土、砂壤土，如果遇到大粒径的砂砾石层及含有石块、树根或生活垃圾的人工填土，有可能导致机械无法达到设计深度，且一般情况下，深搅桩的最大施工深度小于25m，所以深搅桩施工前对施工的地理环境要充分了解，特别是设计勘探的结果要详细、准确。

（3）施工前应进行必要的现场试验，以完善施工设计；

现场试验主要是为了确定水灰比这一重要参数。由于要进行截渗处理的水库大坝地质条件各不相同，即使同类地层，含有的卵石粒径大小、含泥量多少、孔隙度等相关地层参数也各不相同，所以施工参数的选取不能完全照搬其他同类工程，必须通过必要的现场试验取得，这样才能保证防渗墙的强度及抗渗性能满足设计要求。

现场试验时，首先要通过地质勘测掌握施工地点的土层性质和含水量；然后根据水泥掺入量应控制在12～15%左右 （按天然土比重百分比）这一要求，通过试验来确定水灰比。

（4）施工过程中应严格控制桩孔倾斜值；

桩机的调平直接关系到桩孔的均匀搭接及接头的截渗效果。施工时可以采用如下措施来防止钻孔发生偏斜：

a.施工前应该根据设计防渗墙轴线进行放线，然后根据地形开挖导向沟，导向沟轴线与防渗墙轴线应重合。对施工作业面进行压实平整，较大的块石采用开挖处理。为满足深搅机对施工平台宽度及材料运输要求，文笔水库在进行深搅桩施工前，平均削坝2～3m，现坝顶宽10m，工程在严格整平及孔口导向的作用下，具有理想的孔斜控制，孔斜率均控制在0.59%以内。

b.桩机移动时，应在平整坚实的施工地面上铺设枕木，枕木应与防渗墙轴线平行，待桩机移动就位后，调整垫木高度将桩机垫稳。

c.在桩机稳定后应对桩机进行调整。桩机调整就是控制桩机两个方向的倾斜：一是桩孔轴线与防渗墙轴线方向的倾斜；二是桩孔轴线与防渗墙纵剖面的倾斜。调整时，可以使用经纬仪对桩机的平整度、垂直度进行校正，使其始终保持在铅垂状态，垂直度误差不大于1%。

d.在搅拌钻进至卵石层后，若遇到较大粒径的块石体，不要强行钻进，应降低钻进速度，采用捣打相结合的方法，同时要反复上下活动，避免造成钻孔偏斜。

e.钻进过程中要注意随时观测，发现有偏斜现象，应全部拔出重新搅拌钻进，避免前后序所成墙体之间搭接不好，影响截渗效果。

（5）要及时进行接头搭接处理。

经过无间断的连续施工，即可形成一道无接头的连续薄壁防渗墙。若施工因故停工，重新施工时必须进行有效的搭接处理。然而，相邻两桩孔有效搭接的施工间隔时间长短一般与施工现场的气温、水文条件、地质条件、水泥掺入量、水灰比等因素有关。总结施工经验，我们认为相邻两桩孔施工间隔时间只要不超过24h，就可以采取将搅拌桩机下钻到停工工作面以下0.5m进行搭接，这样可以确保防渗墙有效胶结的连续性。在施工过程中，由于机械设备、外部环境、地质条件、材料供应等原因，不可避免地会造成较长时间的间隔，如果因固停工超过了24h，则必须根据设计搭接长度采取错位搭接的方法进行对接，搭接孔应布置在轴线上游侧。采取错位搭接的方法，不仅可以增长截渗的渗径，还可以最大限度地利用水泥土浆液的渗透加固效应。

[1]甘国权，陈芙蓉等.深搅法[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[4]SL345-2007，水利水电工程注水试验规程[S].

[5]SL291-2003，水利水电工程钻探规程[S].