土坝水泥粉喷桩防渗墙的效果和检测

尹刚

胜利油田管理局供水公司，山东 东营257000

土坝水泥粉喷桩防渗墙的效果和检测

尹刚

胜利油田管理局供水公司，山东 东营257000

胜利油田孤北水库应用深层搅拌技术于围坝南坝段建造水泥粉喷桩防渗墙，以解决水库严重的渗透破坏安全隐患，但由于施工中存在较严重缺陷，加固后下游仍继续出现渗透破坏。通过对南坝段粉喷桩防渗墙的现场钻孔取芯，检查成桩和接缝状态，结果表明桩深越深，成桩质量越差；室内渗透和现场注水试验表明，粉喷桩在浅层具有一定的防渗效果，利用其作为截渗设施，关键在于施工质量控制。

1 前言

用深层搅拌加固软土地基，我国1980年即开始应用于工程实践。用深层搅拌在地基内将原土和固化剂强制搅拌，形成具有一定强度和稳定性的凝结水泥土，从而实现对软土的加固。当固化剂采用水泥粉体而非浆液，则称为粉喷桩。

1999年10月胜利油田将粉喷桩用于孤北水库南坝建造防渗墙。竣工后未作质量检验，而坝下渗透破坏现象未能消除，因此于2002年5月对粉喷桩的质量进行探查，同时为渗漏治理的对策研究提供基础资料。

2 工程概况

孤北水库是一座引黄供水的平原水库，设计蓄水位5.0m，原地面高程0.4～1.2m，设计总库容5000×104m3，水库围坝总长15.58km。

图1 南坝0+000～0+600断面

水库围坝为均质土坝，就地在库区内取土。围坝下部为水力冲填，即用高压水冲挖形成泥浆，输送至坝体范围沉积形成坝体；上部碾压填筑。水力冲填前未清基，建基面及冲填土料中均含芦苇等植物及根系，腐烂后已在土体中留有孔洞，且土体中含较多腐殖质。

围坝设计坝顶高程6.7m，顶宽7.0m，上下游坝坡分别为1:3和1:2.5。坝体内在坝轴线下游2.5m设排水砂墙，墙宽1.0m，顶高程4.0m，墙底有横向碎石导渗沟通向下游。坝体典型剖面见图1。

坝基上部为黄河最新沉积地层，由粉土和粉质黏土构成。

水泥粉喷桩防渗墙轴线位于坝轴线上游2.5m处，墙顶高程6.5m，墙底高程-11.0m，桩长17.5m，桩径Φ500mm。

3 渗漏情况调查

孤北水库1994年12月竣工投入运行。1996年11月库水位4.7m，在南坝桩号0+000～0+400段、东坝南段14+500～15+656段坝下集渗沟多处出现渗透破坏，沟底分布大小不一泡泉。1998年5月渗透破坏继续发展，在0+200～0+500段出现14个较大泡泉群，小者直径0.2m，一般约0.4m，最大达1.65m。经研究，1998年10月决定对南坝0+200～0+500、长300m段实施水泥粉喷桩截渗处理，施工期库水位4.13～4.20m。

1999年4月库水位4.17m，检查发现粉喷桩防渗墙的实施未能达到目的，渗透破坏更趋严重，在该段泡泉群数量增至30个，范围明显扩大，并且大量冒出浑水。1999年10月在0+200～0+650段坝下集渗沟堆填反滤压浸。2001年12月库水位3.62m，检查发现在集渗沟下游20～30m继续出现渗透破坏，泡泉群数量达到40个，出露高程在0.58～1.03m。

4 探查方法和布置

探查工作除对粉喷桩防渗墙进行外，对坝体坝基土体也进行了验证性钻探。

(1) 粉喷桩探查

以钻探检查成桩状态，并在钻孔中分段进行注水试验，以得到现场试验的渗透系数值。在桩号0+250～0+450间每50m设一钻孔，共5孔，孔深18.5m。0+400、0+450处钻孔设在桩接缝处，其余设于桩中心处，钻孔直径110mm。钻孔取芯判断其成桩状态，并对有代表性的芯样进行无侧限抗压强度和室内渗透试验。

(2) 坝体坝基土体钻探

在桩号0+150、0+300、0+450设三个钻探剖面，0+150剖面代表未设粉喷桩的情况。每剖面在坝轴线处、轴线下游8.0m和20.0m各设一钻孔，孔深分别为18.5m、15.0m和13.5m，均为取样孔，另在0+000～0+600段坝轴线上增设了6个鉴别钻孔。钻孔取样主要进行室内渗透试验。另外，在坝轴线上的6个钻孔中进行了22组现场注水试验。

5 探查成果

(1) 粉喷桩的成桩状态

根据钻孔取芯可以明显判别全桩自上而下可分5段：0～2m为灰黑色水泥结石，成桩良好，但搅拌不均匀；2～4m为水泥结石，夹薄层含水泥结石颗粒的土，基本成桩；4～8m为水泥土，成桩差，岩芯采取率低；8～11m基本为原土，水泥颗粒稀少，可闻到水泥气味；11m以下似经扰动原土，无水泥结石颗粒，无水泥气味。

(2) 粉喷桩接缝状态

0～6m段接缝明显，以下不可辨。0～4m段接缝有明显缝隙，缝宽1～5mm。

(3) 粉喷桩芯样试验成果

粉喷桩芯样室内试验进行了14组无侧限抗压强度试验、7组渗透试验，其成果按成桩情况分三段进行统计，其均值列于表1。

(4) 粉喷桩钻孔注水试验成果

在5个钻孔内共进行了16段、段长3.0m的现场注水试验，仍按成桩情况分三段进行成果统计，所得均值列于表1。

(5) 坝体坝基土体钻探试验成果

本次钻探坝体坝基土层可分为4层，①层分为2个亚层。水平渗透系数的室内试验共进行了32组。在轴线上的6个钻孔进行了22段注水试验，试验段长在透水性相对较强的土层中为1.0m，相对较弱的为2.0m。分层统计的成果列于表2。

6 探查成果分析

表1 粉喷桩试验成果表

表2 坝体坝基土体渗透试验成果表

(1) 从孤北水库南坝0+200～0+500段水泥粉喷桩的钻探检查可见，其成桩和接缝状态均存在缺陷。比较粉喷桩和坝体坝基土的相应渗透系数试验数值说明，桩体渗透性比原土的要小2.4～4.5倍，粉喷桩具有一定的防渗效果。

(2) 由深层搅拌形成的水泥土防渗墙一般要求墙体渗透系数≤1×10-5cm/s。从表1室内试验成果看，粉喷桩墙体渗透系数基本可以达到这一要求，但现场钻孔注水试验成果远大于此限值，不能满足要求。

(3) 粉喷桩注水试验的渗透系数水泥土段比不成桩段要大，室内试验则相反。这是由于在水泥土段注水试验段包含了建基面，而该处存在腐殖层和土体中孔洞，因而试验成果是合理的。

(4) 粉喷桩钻取的芯样可见有搅拌不均匀现象，成桩状态差别明显，施工质量差，致使截渗达不到要求。由表1水泥土段室内试验成果可见渗透系数k值可以达到≤1×10-5cm/s的要求，因此采取粉喷桩截渗措施也不是不可以，关键在于施工质量控制。

(5) 孤北水库南坝由于自身和粉喷桩防渗墙均存在较严重缺陷，因而渗流控制不良，致使下游继续出现渗透破坏，为保证围坝安全运行仍应补行截渗处理。

7 结论

胜利油田孤北水库南坝0+200～0+500段水泥粉喷桩防渗墙经钻探检测，其成桩和接缝状态存在严重缺陷，截渗效果差，致使下游继续出现渗透破坏，为保证围坝安全运行，应予采取渗流控制措施。由水泥土取芯样室内渗透试验成果可见，其值基本上可以满足≤1×10-5cm/s的要求，利用水泥粉喷桩作为截渗设施，关键在于施工质量控制。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.02.025

尹刚(1970～),男,山东莱阳市人,高级工程师,给排水工程专业,工作单位胜利石油管理局供水公司。

渗透破坏；粉喷桩防渗墙；施工质量控制