双轮铣水泥土防渗墙施工技术应用

王 鹏，李 莉

（1.山东省科源工程建设监理中心，山东 济南 250014；2.山东省淮河流域水利管理局，山东 济南 250100）

1 水泥土防渗墙主要施工工艺

1.1 型钢三轴水泥土搅拌墙（SMW）

源于美国的MIP工法，日本于上世纪70年代末80年代初研制出劲性水泥土挡墙。我国于1978年研制出第一台SJB-1型搅拌机，于上世纪90年代开始大范围推广，加固深度30 m。适用于黏性土、砂土及砾质土等软弱土层。局限性：强度沿深度递减，墙体均匀性差，截面浪费量大，施工效率低，芯材插入受限，坚硬地层中需进行预处理。

1.2 等厚度水泥土防渗墙（TRD）

由日本神户制钢所1993年研制开发，我国企业于2009年与日本TRD协会共同研发，并引入中国，最大深度60 m，墙体为等厚度矩形截面。适用于黏性土、砂壤土、砾质土等地层及其相互交错地层，软岩中亦适用。解决了深基坑30～60 m承压水层深度范围和部分砾石、卵石、中硬强度的岩石、混凝土等特殊地层中施工水泥土搅拌桩的难题。TRD工法存在着施工机械价格高，水泥掺量大等问题，工程造价高，阻碍了其推广应用。

1.3 双轮铣水泥土防渗墙（SMC）

2003年，德国BAUER公司研发制成；在全世界20多国家和地区得到应用，上海金泰工程机械有限公司于2010年7月研制成功国内第一台双轮铣水泥土搅拌墙（SMC）施工机械，2010年8月在兴隆水利枢纽泄水闸基础处理工程中进行使用，自2011年至2015年间，SMC工法在我国工业与民用建筑、城市轨道交通等基坑工程，水利工程防渗墙、地基处理等方面得到广泛运用。存在不足：技术研究不系统，施工经验不丰富，缺乏技术规范。

2 双轮铣水泥土防渗墙（SMC）施工技术

2.1 基本原理

利用动力驱动装置，施加驱动力，使得两个铣轮相对相向旋转，向下切削搅拌土体，此时，注浆系统也通过注浆孔注入浆液。与土在原地搅拌混合，形成水泥土地下连续墙。

2.2 施工准备

清场备料——测量放线——安装调试——开沟铺板——测量芯材高度，确定芯材位置——移机定位。

2.3 施工造墙

1）铣削搅拌。若施工深度浅，时间短，则在向下铣削搅拌和提升搅拌过程中都可注入固化液与原位土体搅拌混合。若施工深度深，时间长，为避免铣轮提升过程中水泥硬化，在向下铣削搅拌过程中只注入切割液，提升搅拌过程中注入固化剂，与原位土体搅拌混合。

2）墙体搭接。湿法搭接：续墙体在前期施工完成墙体硬化之前进行搭接施工；干法搭接：后续搭接墙体在前期搅拌墙体硬化之后超挖搭接。

3）插入芯材。不同于传统的SMW工法，SMC工法型材插入间距不受限制，可按照设计要求任意间距插入。

2.4 施工参数控制

1）墙体垂直度。垂直度可控制在3‰以内。

2）铣削深度。设计深度±0.2 m，在搅拌过程中还应布设先导孔，进行钻芯取样。

3）铣削速度。一般情况下，铣轮的旋转速度为26 r/min左右，铣进控速为0.5～1.0 m/min。

4）浆液配制。水泥浆、膨润土泥浆施工过程中不发生离析，水泥浆随配随用。

5）注浆。注浆量根据铣削速度的变化在80～320 L/min内调整，注浆压力一般为2.0～3.0 MPa。

6）水泥掺入量。根据设计要求而定，一般为15～25%，特殊地质条件下需进行试桩确定。

7）水灰比。根据工程条件试桩确定水灰比，水灰比越小，墙体强度和防水性能越好。

8）芯材按设计要求选择，在施工结束后，尽可能的回收芯材。

2.5 技术特点的总结

1）工艺先进。采用掘进、提升、注浆、供气、铣、削、搅拌一次成墙技术，无需设置施工导墙。

2）切削能力强，成墙单幅宽且深度大。一次成墙深度可达2 800 mm，最大深度可达60 m。

3）跟踪纠偏，槽型规则，成墙精度高。

4）墙体均质、整体性强、防渗性能好。由铣、削、搅、气、浆的共同作用，造成的墙体均匀密实；幅间连接为完全铣削结合，接合面无冷缝且间距大，接头少整体性强，防渗性能好。

5）成槽护壁技术简单，运行成本低。施工过程中，在下沉成槽中通常通过注浆系统注入泥浆护壁，防止槽壁坍塌的作用。

6）操作灵活稳定性好，安全度高。支撑SMC铣削搅拌机的履带式辅机可自由行走，不需要轨道，在控制室可方便安全操作。

7）转角方便，沿曲线施工。SMC工法铣削搅拌机整机中心较低，操作灵活，铣头能沿深度范围上下灵活移动，很好的克服了诸如TRD工法转角处施工的困难。

8）适用范围广，工效高。可穿过复杂地层（如砾石、卵石）施工，也可使墙体入岩，特别是入岩成墙和穿砾、卵石层成墙；做到一机一序（成墙）一步到位。

9）环境影响小。铣头驱动装置切削掘进过程中全部进入削掘沟内，噪音和振动大幅度降低。

10）可任意设定插入劲性材料的间距。等厚连续墙插入型钢，其间隔可根据需要任意设置。

11）施工信息化水平高，施工管理系统先进。铣头内部的传感器实时采集，显示在操作室的监视面板上，可对施工过程和参数进行控制和管理，确保施工质量，提高管理效率。

12）性价比高。克服了传统三轴搅拌法墙体均匀性差，施工深度浅的缺点。

3 工程中的应用

1）工程概况。黄水东调应急工程（东营段）广南水库工程，广南水库工程于1982年开工兴建，1986年3月竣工运行。本次应急调水利用广南水库进行调蓄，水位由5.0 m提高到5.7 m，总库容达到13 528万m3，水库防渗墙采用双轮铣水泥土搅拌墙（SMC）工法。

2）工程地质。底层主要是第四系冲积堆积的轻粉质壤土、砂壤土、壤土、粉砂等。

3）施工参数。水泥掺入量20%；水灰比1.1，桩长平均21.0 m；墙厚不小于600 mm；平均每小时成墙一幅（每幅2.8 m，搭接0.3 m）；28 d抗压强度大于2.0 MPa；渗透系数小于1×10-6cm/s；渗透破坏比降大于60。

4）检测情况。为确保工程质量，施工单位委托具有相应资质的检测单位，监理单位平行检测委托相应资质的检测单位，同时建设单位委托了第三方检测单位。各参建单位采用开挖检查、钻孔取芯、注水试验、超声波等手段进行检测，墙体均匀，接缝处搭接完整，渗透系数最小值为1.32×10-7cm/s，抗压强度及渗透破坏比均满足设计要求。

4 结语

通过双轮铣水泥土防渗墙（SMC）使用，墙体内可按照设计要求任意间距插入芯材，整体刚度更加均匀。双轮铣设备安全系数大、信息化程度高，工程质量控制简单、工期较短，造价低，可作为防渗墙在水利工程中进行使用。