深层搅拌防渗墙施工技术在中小河流治理工程中的应用

陈胜印

（江西省水利投资集团有限公司 江西南昌330077）

1 工程概况

禾水是赣江中游左岸一级支流，主河道全长256 km，流域面积9 103 km2，自西向东横穿永新县全境，经吉安市吉州区汇入赣江。禾水河永新县城段河床淤积，河道狭窄，县城现有防洪工程设施不完善，汛期经常遭受洪水肆害。本次设计对禾水永新县城区段河道进行治理，完建禾水北岸防洪工程，完善兴建的防洪堤全长4.15 km，使县城北岸形成完整的防洪体系。

本次土堤加固长2 713.1 m，土堤内外边坡均为1:2.5，迎水面采用草皮护坡，背水坡采用草皮护坡,迎水面河岸护岸工程采用10 cm厚C15砼预制块护坡。堤身堤基防渗采用深层搅拌防渗墙技术，土堤堤身高6.5～9.0 m，从堤顶往下地质情况依次为杂填土（0.5～1.5 m），黄、棕黄色黏土，层厚（2.8～3.4 m），粉质黏土（2.5～3.0 m）、砂质壤土夹粉细砂（1.5～2.3 m），结构疏松，土质不均一，局部段堤基分布有淤泥质土黏土,淤泥质粉砂（3.0～4.0 m）,地质条件复杂。

为了达到除险加固的目的，本次深层搅拌防渗墙设计技术指标：

①墙体抗压强度R90≥0.8 MPa；

②墙体渗透系数 K≤I×10-6cm/s(1≤I≤9)；

③最小成墙厚度不小于18 cm；

④墙体垂直度不大于3‰；

⑤墙体渗透破坏比降大于200；

⑥水泥掺入比：8%～12%。

2 施工原理和施工程序

2.1 施工原理

深层搅拌防渗墙是以水泥作为固化剂，通过深层搅拌桩机主动钻杆、钻头输入水泥浆液，同时钻头叶片将地基软土与水泥浆强制拌和，水泥与软土产生物理、化学反应，使软土与水泥固化，硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥土，并通过桩间套接形成地下连续防渗水泥土墙，起到堤身堤基防渗作用。

不同的土质施工时吸浆量和防渗效果不一样，应采用不同的工艺参数和浆液配比。人工填土和粉质黏土孔隙率比较大，水泥浆充分渗透，施工效果明显；黏土层渗透系数小，吸浆量少，水泥土均匀性较差，由于黏土层较密实，防渗性也能满足设计要求；淤泥质黏土一般含水量较高，多为富水底层，吸浆量较少，水泥土强度不理想。对淤泥质黏土层施工应减小水灰比，延长搅拌时间，减慢钻杆提升速度，使整个防渗墙充分均匀。

2.2 施工程序

深搅墙施工时首先将深层搅拌桩机在防渗墙轴线上就位调平，启动主机，驱动钻杆，推进钻头，搅拌下沉至设计深度，然后搅拌提升至孔口，在下沉和提升的同时，水泥浆经水泥浆泵高压输送管输进钻杆，经由钻头喷入土体，和土体充分拌和形成水泥土，视土质及拌和情况进行必要的复搅。桩机沿轴线纵移再次就位调平、多次重复上述过程，将搅拌桩套接成一道防渗墙。施工中三头桩机下沉提升一次成桩三根，称为一序，移位15 cm再次下沉提升一次成桩三根，称为二序，然后桩机沿轴线向前移动进行下一序墙体施工。施工分三序成墙，每三序为一个单元墙，每单元墙长1.35 m。其施工工艺流程见图1。

图1 深层搅拌防渗墙施工工艺流程图

3 施工方法

3.1 设备选型

根据本工程特点，结合本标段地层情况和防渗加固深度要求，拟选用BJS系列三头小直径深层搅拌钻机，其主要技术参数见表1。

表1 深层搅拌桩钻机技术参数一览表

3.2 施工工艺参数确定及浆液配比试验

合理确定搅拌轴转速、提升及下沉速度、注浆量、水灰比、复搅速度等工艺参数，对成墙质量影响较大，需通过试验确定。在场地轴线外选择有代表性的地段进行成墙试验，通过对试验墙体进行开挖、取芯检查及抗压、抗渗等试验，检查桩间搭接是否牢固可靠，搅拌是否均匀，墙面是否平整等。试验得出的工艺技术参数和浆液配合比报监理批准后实施。

深层搅拌施工浆液的配比，直接关系到固结土层的强度和工程防渗效果，浆液配比试验要遵循以下原则：

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1）较好的流动性，便于增大浆液扩散范围，保持注浆畅通，避免堵管；

2）良好的稳定性，以免过早地产生沉淀，影响浆液的灌注；

3）一定的强度和黏结力，在凝结初始期，浆液不易被地下水冲蚀。

根据堤基地质情况，本工程设计水灰比取0.8～2.0，通过试验确定合理的最优水灰比。

3.3 施工程序

深层搅拌施工按以下顺序进行：①桩机就位、调平。②第I序孔施工，桩机钻杆下钻并注浆，达到设计深度后桩机反转提升并注浆，达到孔口停止提升与注浆完成I序孔。③桩机主机沿防渗墙轴线前移0.15 m，II序孔施工，重复I序孔施工过程，完成II序孔施工。④桩机主机继续前移0.15 m，III序孔施工，重复II序孔施工过程，完成III序孔。施工结束即完成了轴线长1.35 m单元墙。⑤桩机整体前移1.05 m即转入下一个单元墙施工。施工程序示意如图2所示。

图2 深层搅拌防渗墙施工程序示意图

4 施工质量控制

4.1 制浆送浆控制

采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥经检验合格后方能使用。水泥浆液按试验确定的最优水灰比拌制，搅拌好的浆液不得离析。配制好的水泥浆及时输送到储浆罐，记录浆面高度计算水泥浆量。浆液应经筛过滤后进入输浆泵，泵送浆液必须连续无间断。

4.2 桩机就位调平

桩机沿防渗墙轴线方向就位，对应误差控制在±10 mm。机座的水平度使用水平尺检测调平，桩机机架的垂直度采用桩机机架正面和侧面的双向锤球校正（垂线长度不小于10 m），垂直度偏差应保证不大于3‰，三头桩机还要观察三个连通液压管的液面是否在同一水平面上。

4.3 搅拌注浆控制

钻进、提升及复搅的速度均要均衡并控制在0.8～1.0 m/min之间，搅拌下沉的同时开启浆泵送浆至设计深度，并在桩底喷浆30 s，使浆液完全到达桩端。搅拌提升的同时输入浆液至设计桩顶时，应停止提升并搅拌30 s，以保证桩头均匀密实，以孔口少量翻浆作为供浆控制标准。

4.4 桩间搭接控制

墙体搭接质量主要通过深搅机移位控制，由单桩套接成墙，故需连续施工，每次移位距离根据桩径和墙厚通过理论计算得出，确保桩与桩之间的搭接厚度满足墙厚的要求。桩与桩的搭接间歇时间不大于24 h，否则应和前一根桩进行对接，待水泥土墙具有一定强度后，在接头处采用套钻注浆方案进行连接处理。

4.5 连续供浆控制

一是配备备用小型发电机组（20 kW），防止发电机故障而产生较长时间的停电，导致浆泵输浆管堵塞；二是要求拌制好的水泥浆一定要经过筛后方可使用，防止因水泥浆使用不当而造成堵管。停机超过0.5 h时，应对泵体和输浆管路进行妥善清洗。

5 施工过程中特殊情况的处理

5.1 钻进困难

针对较密实地层，钻进困难时的应对措施：一是将浆液调稀一级，穿过该层后再恢复原水灰比。二是改进钻头的形式，可在十字钻头叶片上补焊锯齿钉，以增加对地层的切削能力；或者将十字钻头换成螺旋钻头。

5.2 障碍物处理

如遇无法拆除的过堤障碍物，如桥梁、涵闸、高压线、重要通讯线等，或堤身内有块石、管道等，深搅桩机无法施工时，可在施工安全区范围内，采用高压旋喷工法施工。

5.3 供浆中断处理

施工过程中若发生中断，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,补桩采用三头桩机施工，两次成墙施工工艺，一根断桩补加施工两根桩，横向与原桩相切8～10 cm。也可以先用钻机钻孔，再用单管高喷接桩50 cm，然后再用深层搅拌机从原中断位置搅拌。

6 质量检验

质量检验按照设计图纸文件及监理单位要求，对施工作业全过程及搅拌桩质量进行检验。单桩施工作业过程中需对桩位、桩顶、桩底标高，桩身垂直度，桩身水泥掺入比，搅拌头上提喷浆速度，浆液水灰比等进行记录。

搅拌桩防渗墙的质量检测形式主要有开挖检测和钻孔取芯检测。施工过程的原始记录及原材料试验资料经监理单位认可鉴字验收。

6.1 墙体开挖检查

沿防渗墙轴线每500 m开挖一处3～5 m长，深2.5～4 m的检查段。主要检查墙体外观质量，看是否有蜂窝、孔洞；桩与桩之间的搭接、墙厚是否满足设计要求及防渗墙体的完整性、搅拌均匀性等。

6.2 取芯室内试验

开挖检查的同时，在每个开挖探井取1组试样进行室内物理力学试验，测试墙体的抗压强度、弹性模量、渗透系数、允许渗透比降。取芯部位施工完毕并验收后，采用水泥砂浆封填密实。

6.3 质量检验成果分析

本次深层搅拌防渗墙设计面积32 556 m2，实际施工面积33 243 m2,上述得出的试验数据中最小墙体厚度为19 cm，最大垂直度偏差为2.7‰，最小R90强度为0.83 MPa，最大渗透系数为9.2×10-6cm/s，都能满足设计要求。尤其值得一提的是经过2009年、2010年洪水检验，原来土堤汛期大面积渗水消失了，泡泉和管涌全面阻断，深层搅拌防渗墙施工前后效果明显，堤身（堤基）防渗达到要求。

7 结束语

深层搅拌防渗墙用在堤防的堤身（堤基）防渗处理上还是一门新型施工工艺，具有造价低、施工速度快、施工干扰少、施工效果好等特点，在堤防防渗处理中被广泛采用。深层搅拌防渗墙多为隐蔽工程，地质条件复杂，施工效果不一。为了解每施工段地质情况，施工前必须先打导孔，探明地质情况，并对不同的施工条件、不同的地质状况采取相应施工措施。施工中要精心施工，善于总结经验，为以后更好组织类似工程施工服务。