水泥搅拌桩防渗技术在平原水库中的应用

2014-04-07张宇昕

山东水利 2014年1期

关键词：喷浆粉质水泥浆

张宇昕

（山东新汇建设集团有限公司，山东东营 257000）

水泥搅拌桩防渗技术在平原水库中的应用

张宇昕

（山东新汇建设集团有限公司，山东东营 257000）

结合工程实例，对平原水库中常用的水泥搅拌桩、垂直铺塑等防渗技术的适用条件、优缺点进行了比较分析，阐述了水泥搅拌桩在东营地区水库围坝防渗工程中的应用，以及施工工艺及质量控制措施，以供同类工程参考。

平原水库；水泥搅拌桩；垂直铺塑；防渗技术

陈北水库位于东营市利津县陈庄镇以北、东港高速路以西，水库设计库容980万m3，总占地211.2hm2。水库工程新筑围坝2.0km，加高、加固围坝3.46km；开挖截渗沟2.55km；预制混凝土板护砌坝坡8.63万m2；新建入库泵站（附自流进库闸）1座；新建出库涵洞1座。水库设计库容980万m3，设计蓄水位9.2m，设计蓄水深5.0m，堤顶高程10.0m，防浪墙顶高程11.0m；入库泵站流量15.0m3/s；出库涵洞设计流量为1.5m3/s。工程批复概算总投资1.01亿元，于2011-02开工建设，2013-02竣工。

1 坝基截渗设计

1.1 坝基地质概况

库区地层均由砂壤土及黏性土构成，类型为软弱～中软土，场地类别为Ⅲ类；属可进行建设一般地段。场地地层分布较稳定，成层规律明显，地层结构及成因简单，无软土层存在。场地标准冻土深度为0.60m。

1.2 不透水层选定

根据地质勘察资料，坝基土第2层粉质砂壤土、第3夹层粉质砂壤土、第4层粉质砂壤土，此3层土均属中等透水性土层；第3层粉质壤土，属微透水性土，平均厚度3.2m，层顶埋深5.40～7.40m，地层连续；第5层粉质壤土，属微透水性土，平均厚度3.2m，层顶埋深18.0～19.0m，地层连续。第3层、第5层土均适宜作为隔水层，且第5层防渗透性好于第3层，但第5层埋深大于第3层，防渗措施工程量及投资均较大，故本工程选取第3层粉质壤土作为坝基不透水层。

1.3 防渗方案比选

1）防渗方案。方案一：多头水泥搅拌桩防渗墙，是通过专用搅拌机械将水泥浆灌入地层中，并在灌注过程中上下搅拌，使水泥与土体间发生水化反应，从而增加土体密实度，形成一道连续、均匀的防渗墙体，本方案形成防渗体渗透系数可达1×10-8～10×10-8m/s。

方案二：垂直铺塑，是采用开沟设备构筑地下连续沟槽,利用泥浆护壁造槽,同时利用机械或人工垂直将防渗土工膜铺入沟槽内,充分利用土工塑膜的良好隔水性，形成一道连续的防渗结构,用以截断渗漏通道的一种技术，本方案形成渗透系数可达1×10-12～10×10-12m/s。

2）方案比较。方案一水泥掺入量按15%计入（每平米掺入量70kg），水泥价格按400元/t计；方案二采用0.5mm厚聚乙烯宽幅膜。经测算，方案一综合单价为116.7元/m2（含现场经费、间接费、利润、税金等），方案二综合单价较低为88.9元/m2。

3）方案选定。两方案均能满足水库防渗要求，有效减少渗漏损失，且施工机械简单、施工安全可靠、成墙效果好、地层适用性好。方案一突出优点是无需开挖沟槽，对周围构筑物无影响；方案二突出优点是防渗效果更好、适应变形能力强。经综合考虑，选定方案一。

2 施工工艺及质量控制

2.1 主要设计指标

将水泥搅拌桩布置于水库围坝内坡脚以外5.0m处，桩底深入相对不透水层内1m。各段范围及深度分别是：北坝段，围坝桩号3+181～5+ 461～0+250，长度2530m，深度6.6m；南坝西段，围坝桩号1+771～3+181，长度1410m，深度4.6m；东坝段，围坝桩号0+250～1+771，长度1521m，深度5.6m。

2.2 施工工艺

2.2.1 工艺流程

搅拌机械就位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→喷浆复搅下沉→复搅提升到地面→关闭搅拌与输浆机械→移至下一桩位。

2.2.2 施工关键环节操作方法

1）对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，开始钻进；2）钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送固化剂浆液；3）确认固化剂浆液已到桩底时，提升搅拌钻头；4）提升至设计桩顶标高时，停止喷浆；5）打开送气阀，关闭送浆阀，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头均匀密实；6）钻头再钻到设计桩底，进行二次搅拌；7）将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机；8）移动到下一个桩位。

2.2.3 施工过程重点技术措施

1）为保证桩体搅拌均匀，桩机钻头应焊接至少6个横向搅拌刀片，且在每个横向刀片上焊接1～2个竖向搅拌刀片，竖向搅拌刀片长度大于5cm，宽度不小于2cm。

2）在桩机井架的正面和侧面吊挂不小于2kg的垂球，以防止施工时桩机倾斜，导向架的垂直偏差不大于0.3%。

3）为保证各段桩体水泥浆的配合比均匀一致，在水泥浆罐侧壁标示水面、水泥浆面位置，并做到“随拌随用”，一般一次拌制2～3根桩所需的水泥浆，水泥浆的输送及喷射作业应连续进行。

4）钻头钻至设计深度时，要滞留2～5min，以保证固化剂浆液到达桩底。

5）整个制桩过程一定要保证边喷浆、边提升连续作业。当空气湿度大、浆体流动性差、喷气压力大、单位桩长喷浆量大时，开通灰罐进气阀。

6）施工过程中，应经常检查泥浆泵的压力、浆液流量、钻机转速、提升速度及耗浆量等。

2.3 质量控制及检测

1）试桩。正式施工前首先根据设计要求进行试桩，以确定喷浆压力、湿喷量、钻进速度、提升速度等技术参数。

2）桩位控制。桩机定位偏差控制在±5cm；桩顶高程控制，按设计桩顶高程开挖导槽，用导槽底部高程高出桩顶高程20cm控制桩顶高程，防渗墙施工完毕后，凿除顶部20cm墙体。

3）喷浆控制。水泥流量、注浆压力采用人工控制，严格控制每桶搅拌桶的水泥用量及液面高度，用水量采取总量控制，并用比重仪随时检查水泥浆的比重；土体应充分搅拌，严格控制钻孔下沉、提升速度，使原状土充分破碎，有利于水泥浆与土均匀拌和；压浆阶段输浆管道不能堵塞，不允许发生断浆现象，全桩须注浆均匀，不发生土浆夹心层。桩间搭接供浆控制；桩与桩搭接间歇时间不能超过24h，如因特殊原因超过24h，与后续桩无法搭接时，采用紧靠原桩边进行局部补桩或注浆措施。

4）成墙检测。成桩后3d内，对墙体进行开挖观测检验，从墙体颜色、尺寸、连续性、整体性等方面对墙体做出质量评定；截渗墙施工完毕14d后，对防渗墙内侧邻墙开挖一个长3～5m、宽1m、深2m的检查坑，对墙体的垂直度、桩体直径、最小墙体厚度、桩顶高程、防渗效果等指标进行检测；截渗墙体施工28d后，现场截取整段桩体并分成3段进行桩的无侧限抗压强度试验，28d的无侧限抗压强度不应小于1.0MPa。