高压旋喷桩墙截渗技术在长虹水库土坝加固中的应用

□ 苏炳煌

一、工程概况

安溪县长坑乡长虹水库主要是以灌溉为主，结合养殖等综合效益的小（一）型水库。该水库建于1958年，至今已使用了55年。水库下游保护人口2.8万，保护农田0.8万亩，设计灌溉面积0.5万亩，实际灌溉0.49万亩，水库还会影响安溪至长坑公路和一座大桥的安全。2009年对水库大坝进行安全鉴定：渗流安全被定为C级，类别定为三类坝。可以说水库长期运行都带着一定的危险，因此除险加固十分必要。

工程地质特性：主坝在施工的时候，没有彻底的清基，并且在防渗处理方面也存在着问题。坝体没有进行均匀的填筑，夯压不够密实，填筑材料含大量石英质中粗砂，质量达不到要求。没有彻底处理坝基的结果是出现透水层，特别是在岸坡接触地带和坝体与坝基的接触地带渗漏情况比较严重。根据相关地质勘察，建坝坝体填土以下是河床冲积层，冲击土层主要是一些砾质粉质黏土，压缩性和透水性方面都是中等；冲击土层的下卧层主要是一些比较厚的全风化花岗岩，在透水性方面是中等偏弱。

二、高压旋喷桩成墙机理及作用

一般机理：高压旋喷桩墙防渗主要是为了对饱和粘性土地基进行加固，固化剂采用水泥等材料，然后在地基深处就地将软土和固化剂用特制的搅拌机械进行强制搅拌，固化剂和软土之间会产生一系列反应。在这些反应的作用下，软土会硬结成连续水泥加固土墙，具有很强的整体性、抗渗性和水稳性等，并且还具有一定的强度，实现提高地基强度的目的。墙体截渗技术即深层搅拌桩技术，为的是让防渗体作用充分发挥，减少渗漏量，避免出现因为渗透而发生的变形和破坏现象。

加固机理：水泥的水解和化学反应，在一定活性介质的作用下，会出现水泥的水解和水化反应，其中水泥土的强度非常缓慢且增长。如果加固软土采用的是水泥方法，那么软土中的水就会和水泥颗粒表面的矿物发生一些水解和水化反应，从而生成一些化合物。

土颗粒与水泥水化物的作用：在水泥中生成了各种水化物之后，有些就会一直硬化，从而生成水泥石骨架；有些则继续与周围的黏土颗粒进行反应。具有一定活性的粘土结合到水就会将胶体特征表现出来，土中含有二氧化硅，遇水之后经过化学反应就会形成硅酸胶体颗粒，那么粘土表面的钠离子和钾离子就可以与水泥水化物中的氢氧化钙进行当量吸附交换，这样较大土团粒就会取代原来的小土颗粒，从而有效的提高土体强度。水泥水化之后产生的凝胶粒子的表面积要比原水泥颗粒大上很多，这样就会产生有强烈吸附活性的表面能，从而有效结合较大的土团粒，形成的水泥土团粒结构可以将各土团的空隙封闭起来，形成的连结体非常坚固，从而大大提高水泥土强度。随着水泥水化进一步反应，溶液中如果析出了超过离子交换需要量的离子数量，那么在碱性环境下，就会与粘土矿物发生反应，生成一种稳定的结晶化合物，因为它不会溶于水，所以就会实现水泥土强度的提高。慢慢的，网状构造就会在水泥土中出现，互相分叉连结，从而出现空间网状结构。

三、高压旋喷桩墙截渗工程设计

确定截渗范围：本水库坝顶大约115m，本次加固进行高压旋喷防渗墙处理段大约有95m。

高压旋喷桩墙截渗设计：本工程有着较薄的地基透水层，较浅的隔水层，建议的封闭式高压旋喷桩墙，可以有效控制地基渗透量和扬压力，从而避免出现因为渗漏而破坏地基的问题。高压旋喷墙在本工程中是在原坝顶的坝轴线上游布置的，设计为30cm墙厚，墙顶高程设置为校核水位119.0m，最大防渗高度设置为28m，防渗墙最低处深入相对不透水层0.5m，将普通硅酸盐水泥选为本工程的固化剂，水泥浆水灰比1.0。

四、高压旋喷桩墙施工

施工工艺：本工程采用多头一次性成墙工艺。为了保证墙体厚度能够达到截渗要求，搭接长度能够满足施工要求，可以采用钻头为100mm直径深层高压搅拌截渗桩机，直径是0.6m左右，采用这种工艺可以保证一次成墙长度在0.6m左右。基本的施工工艺是，将主机就位，然后准备一些水泥浆；调平主机；进行钻头下沉，在输浆的时候搅拌，对输浆量进行记录；旋转搅拌慢慢提升，到设计的墙顶时停止，然后对输浆量进行记录，从而第一单孔墙就完成了；将机身向前纵移，保证单元搭接长度在80mm到100mm之间，然后对前面的步骤进行重复，从而第二单孔墙完成。然后将上述的工序一直进行重复，这样整个设计的截渗墙就完成了。

质量控制措施：在施工的全过程中都应该控制高压旋喷搅拌桩的质量，并且施工监理也应该贯穿在施工全程。在施工中，主要要控制钻头直径、水泥浆比重、搅拌头转数和提升速度,以及垂直度、成墙深度等等方面的内容。施工单位要建立和完善相关的质量管理制度，对进场材料进行严格检查，抽检进场材料，如果发现材料不合格，应该及时的清除出去。每个班次应该检查量测钻孔的间距，测一次水泥浆的比重。在通常情况下，钻头间距应该在0.5m左右，控制水灰比在1.0左右。要用垂直仪将垂直度显示出来，将其控制在千分之三内，可以通过深度、浆量记录仪等仪表来控制其他的参数。

墙体质量检查：高压旋喷桩截渗技术的应用时间不长，因此在质量检查方面还存在着一些问题，需要进一步完善，目前主要有压水、注水试验、埋设测压管，物探、开挖检测等方法应用到了质量检查上，在选择质量检查方法时应该严格结合具体的工程情况来进行。根据本工程的具体情况，选用开挖检测方法。等到成墙28天后，应用浅部开挖桩头的方法，开挖深度为3.5m。对成墙厚度、垂直度、搭接以及搅拌均匀性等情况，从开挖出的墙体中观测出来，然后对墙体取样，作为实验室检验的样本，通过试验渗透系数、破坏比降以及抗压强度，来对墙体的施工质量进行定性分析。