多头小直径深层搅拌桩截渗墙在水库除险加固工程中的应用

李云洲

(滁州市沙河集水库管理处， 安徽 滁州　239060)

多头小直径深层搅拌桩截渗墙在水库除险加固工程中的应用

李云洲

(滁州市沙河集水库管理处， 安徽 滁州239060)

【摘要】结合青春水库工程实际，探讨多头小直径截渗墙在水库除险加固工程中所采用的设计及施工工艺，分析成墙原理，并提出了施工过程中应注意的问题。工程应用效果表明多头小直径截渗墙技术在水库除险加固方面具有较高的推广应用价值。

【关键词】坝体截渗； 多头小直径深层搅拌桩； 施工工艺； 质量检测

1引言

受历史条件和生产力水平的限制，我国20世纪修建的大部分堤防大坝都存在着一定程度的先天不足和后期老化问题，如：填土疏松、抗渗透能力偏低，在河道中下游冲积平原地区的不同深度都存有较强的透水层，易产生管涌、冒沙等渗透破坏[1]。因此堤防除险加固迫在眉睫，而坝体的截渗工程又是除险加固工作中的重中之重。截渗的目的是隔断堤坝两侧的水力联系，降低堤坝的渗透系数，通常通过修建塑性混凝土心墙、黏土心墙、多头小直径防渗墙及注浆等手段来实现[2]。大坝防渗技术是水利工程施工的关键技术，历来都是水利工程工作者广泛关注的重点，通过多年的研究和探索，人们在大坝截渗技术上取得了一定的成果[3-6]，但为了切实保证人民生命财产及大坝水库的安全，该项技术还有待于进一步的研究。

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。该技术是在普通深层搅拌桩技术基础上发展而成的，除保留了普通深层搅拌桩技术取材方便、施工无噪音、无污染、工程效果好等优点外，还在一机多头和小直径成墙两个方面有所突破，可连续成墙。本文结合青春水库除险加固的工程实际，主要介绍了多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术在青春水库大坝截渗工程中的应用。

2多头小直径截渗墙的设计

2.1截渗墙的渗透系数

从多头小直径截渗墙的使用功能来看，截渗是第一目的，所以墙体的抗渗透性能至关重要。从渗流理论上讲，截渗墙的渗透性与其所穿过地层的渗透系数之间的比例关系和墙体厚度共同决定了截渗墙的截渗作用。因此，在设计上应综合考虑截渗墙的成墙厚度[3]。

2.2截渗墙厚度

一般水利工程中使用的都是单排桩深搅多头小直径截渗墙，意味着每根桩及每相邻两根桩的搭接部分都必须满足设计指标要求，所以截渗墙的厚度指标是指墙体的最小厚度。其成墙厚度可按下式计算：

(1)

式中T——最小成墙厚度，m；

ΔH——最大上、下游水头差；

[J] —— 允许水力坡降；

η——安全系数。

2.3水泥土抗压强度

水泥土抗压强度设计值的选取除了考虑多头小直径截渗墙在设计水位下的受力状态外，还涉及到截渗墙的力学破坏评判标准和安全系数的选取两个问题。通常情况下，多头小直径截渗墙的抗压强度取值不宜低于0.5MPa[3]。

3成墙原理及施工工艺

3.1成墙原理

多头小直径截渗墙采用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥作为固化剂，水泥掺量一般为8%～12%(占天然土的质量百分比)，利用深层搅拌机械在松软的地层中，边钻进边喷射水泥浆，通过钻头旋转搅拌，使软土与水泥浆强制拌和。水泥水化反应生成水化物，水化物胶结并与颗粒发生粒子交换，因粒化作用以及硬凝反应形成一定的抗压强度，并形成具有整体性和抗水性的桩柱体。将这些桩柱体相割搭接排成一列，形成连续墙体，用以提高地基防渗或承载能力，达到防渗加固堤防的目的[7]。

3.2施工工艺

施工工艺流程如图1所示。

图1　截渗墙施工工艺流程

具体步骤为：

a.制浆。第一搅拌站按照先进水后上灰的顺序按现场成墙试验确定的水泥掺入比、水灰比配制并拌制水泥浆，充分拌和，每制一次水泥浆，用比重计检测一次浆液比重。将制好后的水泥浆通过泥浆泵输送到第二搅拌站备用。重点进行水泥掺入比控制。

b.桩机就位、调平。按标准制作施工模具，定好桩位，使对桩位置误差不大于20mm。平整施工设备行走范围内的场地，使设备行走平稳。用主机调平装置使主机机身处于水平状态，使用吊锤或经纬仪检查导向架的垂直度，偏差不超过0.3%。重点进行对桩位置和垂直度控制。

c.桩机造墙。施工前每个班组测量一次钻头直径，当小于规定尺寸445mm时(直径磨耗量小于10mm)，立即更换钻头，以保证桩体直径。第一次成墙施工，桩机钻头搅拌下沉，同时开启喷浆泵送浆。下沉过程中浆液泵送连续，至设计深度时停止钻进；重复搅拌提升，同时喷浆直至设计墙顶后关闭送浆泵。严格控制喷浆下沉和喷浆提升的速度，根据不同的施工速度，确定每米相应输浆量。浆液泵送全过程用流量仪记录输浆量，专人负责按单位深度米为记录单位进行记录，保证均匀供浆。重点进行桩体直径、施工深度、搅拌均匀性和喷浆均匀性控制。

d.连续造墙。桩机向前移动一个单元墙长度，重复上述ⓐ～ⓒ步骤，进行下一序截渗墙施工，连续造墙，如图2所示。施工质量控制采用“三检制”，设置工地试验室，进行必要的施工过程检验。

图2　多头小直径截渗墙连续造墙工艺

4施工中应注意的问题

a.施工制浆过程中，应严格按设计材料比例制浆，浆体搅拌时间不小于3min，确保浆体的均匀性，制浆后浆体在储浆罐中停置时间一般不应大于4h，超时后应作废浆处理，随时检查浆体的稠度，确保制好的水泥土浆体质量符合要求。

b.在水泥浆搅拌过程中应尽量少加水或不加水，可采取加压等措施帮助下沉，但是新近回填的土层孔隙较大，会导致水泥浆扩散太远，不仅影响桩体的水泥用量和成桩质量，还可能使浆液扩散到邻桩，造成邻桩搅拌困难。因此，在预搅时加适量水助搅，可以对桩周孔隙起堵塞或充填作用，避免水泥浆扩散。多头小直径深层搅拌桩的注浆压力不可太大，宜小于0.3MPa。

c.深层搅拌多头小直径防渗墙施工由于不同的地质条件(地层水质、地下水含量等)对确定工艺参数影响较大，通过对施工区进行试桩来确定合理的浆液配比及水泥用量是决定防渗墙止水效果的关键因素。

d.施工中，应严格控制桩机钻杆的直径，每个单元施工中至少测量两次，保证钻杆直径不变进而控制防渗墙的厚度。

e.施工中，桩机钻杆是否垂直决定成墙后墙体的垂直度，因此在设备安装后,应采用经纬仪校核钻杆导向滑轨的垂直度，校核调平装置。

5工程实例应用

青春水库位于定远县境内淮河流域池河支流青春河上游，坝址坐落在定远县池河镇刘铺办事处西北约7.5km处，控制流域面积39.5km2，总库容2193万m3，是一座以灌溉、防洪兼养殖等综合运用为一体的水利工程。青春水库枢纽工程等别为Ⅲ等，水库大坝、溢洪道及东、西灌溉放水涵等主要建筑物为3级，水库设计洪水标准为100年一遇，校核标准为1000年一遇，溢洪道消能防冲设施为30年一遇。目前堤外坝基下鱼塘遍布，土层复杂多变，原坝身填筑质量差、坝基渗水、砌石护坡标准不足、破坏严重。根据坝身和坝基具体情况经过方案比选，采用复堤加宽堤顶及截渗墙加固方案。大坝防渗工程采用多头小直径截渗墙，起止桩号为0+176.00～1+300.00。截渗墙设计指标为：抗压强度不小于0.3MPa；渗透系数不大于1×10-6；设计桩径不小于440mm；墙体厚度不小于300mm；垂直度偏差不大于0.3%。

工程完工后，对青春水库坝体防渗工程进行检测，结果如下：ⓐ外观检查表明，桩体表面光滑，垂直度较好，墙体厚度满足要求；ⓑ钻芯取样室内检测和现场注水试验结果表明，水泥土强度及渗透系数满足大坝截渗要求；ⓒ连续性检测表明，墙体的完整性较好，墙体对周边坝体的疏松土体有明显的改善。通过截渗墙施工前后断面两测压管水头差和渗透系数的计算对比分析，说明多头小直径截渗墙具有明显的截渗效果，满足了设计和实际的需要。

6结语

多头小直径截渗墙技术所需设备简单、操作方便，施工过程中无噪音、无污染。多头小直径截渗墙为塑性墙，具有一定的抗震能力。作为一种软土基础防渗处理新方法，多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术可靠、经济合理，具有较高的推广应用价值。

参考文献

[1]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社,2001:1-5.

[2]葛中华.土体裂缝注浆防渗的临界水力梯度及其防渗机理[J].南京大学学报(自然科学),1997,33(4):571-579.

[3]董宏奇,李小榆.高压喷射灌浆在土坝防渗中的应用[J].土工基础,2004,18(3):9-10.

[4]徐有前.高压喷射灌浆技术在大坝防渗加固中的应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003,26(3):436-440.

[5]张艳杰,叶剑.垂直铺塑防渗技术应用[J].西北水资源与水工程,2003,14(3):56-58.

[6]张可能,邹银生,王贻荪.黏土固化注浆技术在垃圾填埋场防渗中的应用[J].湖南大学学报(自然科学版),1999,26(5):76-80.

[7]周学雷,张来文,等.浅谈几种防洪措施的新技术[J].黑龙江水利科技,2000,(1):54-55.

中图分类号：TV543

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2015)02-0010-03

Application of Multi-head Small-diameter Deep Mixing Pile Cutoff
Wall in Reservoir Danger Elimination Reinforcement Project

LI Yun-zhou

(ChuzhouShahejiReservoirManagementDepartment,Chuzhou239060,China)

Abstract：Engineering practice of Qingchun Reservoir is combined for discussing the design and construction process of multi-head small-diameter cutoff wall, which are adopted in reservoir danger elimination reinforcement project. Wall formation principles are analyzed, and issues that should be focused in construction process are proposed. Engineering application effects show that multi-head small-diameter cutoff wall technology has higher promotion and application value in the aspect of reservoir danger elimination reinforcement.

Keywords：dam seepage cutoff; multi-head small-diameter deep mixing pile; construction technology; quality testing