水泥土铣削搅拌墙施工技术在月亮湾水库工程中的应用

(单县水务局，山东 单县 274300)

1 工程概况

单县月亮湾水库位于山东省单县浮岗镇堤头村，为小(1)型平原水库，设计库容716万m3，主要任务是引蓄黄河水为浮岗、黄岗、曹庄、高老家等6个乡镇的居民提供生活用水,日供水量5万t。主要建设内容包括防渗工程、围坝工程、出库泵站、入库泵站、入库闸、焦庄沟饮水闸、管理区等。水库坝长7882m，其中与浮岗水库共用围坝长772m；水库设计水深6.65m，其中地面以下2.85m，地面以上3.8m；最大坝高7.1m，平均坝高4.6m。在建设期间综合考虑防渗效果、工期要求和施工环境等方面的要求，组织专家对该项工艺进行了论证，引进了水泥土铣削搅拌成墙工艺用于截渗墙工程施工。2016年1月水库工程投入运行，截至2019年5月，监测结果显示没有渗漏现象发生。实践证明应用该工艺具有防渗效果好、施工速度快、施工环境影响小等特点，值得在北方平原地区水库建设中推广。

2 水泥土铣削搅拌墙施工工艺及技术

2.1 水泥土铣削搅拌墙施工工艺

该施工工艺结合了液压双轮铣槽机和传统深层搅拌工艺的优点，掘进时两个齿状铣轮以相对方向旋转，并通过导杆自重和施加压力进行掘进切削土层。掘进过程中机载计算机系统通过各种传感器获取并控制、调整掘进的垂直度。供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压空气、水和水泥浆(掘进时注入80%水泥浆量，提升注入20%水泥浆量)；到达设计土层后慢慢提起铣轮，铣轮再以相反的方向旋转进行铣削，供气、注浆系统向槽内注入水泥浆和空气。通过掘进和提升两个过程，铣槽内的基土与水泥浆被充分搅拌均匀(见图1～图3)，单幅墙体施工完成后机载计算机系统生成并打印出包含掘进深度、垂直度、喷浆量等参数信息的施工报告单。

图1 铣削机械系统结构

2.2 施工机械设备

水泥土铣削搅拌墙施工系统主要施工机械配备组成见表1。

图2 掘进搅拌

图3 提升搅拌

2.3 施工流程

2.3.1 施工流程图

施工流程见图4。

图4 施工流程

表1 主要施工机械配备组成

2.3.2 施工准备

a.清理场地。平整、压实施工场地并清除地表、地下杂物、乱石等。

b.测量放线。按设计图纸测放出截渗墙施工中心线，合理布设高程控制点和辅助桩。

c.安装调试。主机就位，检查供水、制浆、压浆、充气等设备和各种管路是否完好，并进行试运转。

d.开沟铺板。开挖沿墙体方向深0.8m、宽0.8m的泥浆储留沟，用于存储掘进过程中的溢出水泥浆，防止水泥浆流出污染施工场地，沿储留沟两侧铺设15mm厚的钢板，作为机体前进时作业道路，减小机体行进时对储留沟的破坏并防止机体滑入储留沟内造成事故。

2.3.3 测量放线

施工前计算出围坝截渗墙的中心坐标数据，利用测量仪器测放出截渗墙中心线和储留沟开挖边线，并用白灰标出边线轮廓。

2.3.4 泥浆储留沟

采用挖掘机沿截渗墙轴线开挖宽1.5m，深0.8m的泥浆储留沟，一般开挖6～10m长即能满足施工要求，并随着工作面的延伸再进行开挖。

2.3.5 布设定位线及桩机就位

顺储留沟轴线两侧布设定位线，指挥员指挥桩机按照定位线移动就位，就位误差控制在±5cm以内。就位后认真检查操作台显示器显示的导杆垂直度，供水、供气、供浆等各系统参数，确保各系统参数符合设计要求，对出现的异常参数要查明原因，解决完成后进行试运转。

2.3.6 水泥浆液配制

开工前按不同土层、不同水泥掺入量进行了试桩试验，根据试验结果(见表2)选择了经济性较好的配比，选用P·O42.5普通硅酸盐水泥，按照掺入比20%、水灰比1∶1.5配制水泥浆液。在配制过程中应按规定检查水泥浆液比重、浆液配合比是否符合要求，检查合格后再将配制好的水泥浆液输送至储浆罐，为液压铣削搅拌设备连续供浆。压浆泵要每班检查2次流量、压力情况，确保符合施工要求。

表2 各土层水泥掺入量与截渗墙强度和抗渗性的关系

2.3.7 铣削喷浆、搅拌成桩

掘进下沉时铣削头下降到与铣槽底部基面接触，按要求开始喷浆、供气、供水，铣轮的旋转速度控制在25～35r/min之间，下沉速度控制在0.5～1.0m/min之间，达到设计高程后，延续10s时间对墙底深度2～3m以上范围进行一个提升、掘进下沉循环，然后进行提升(见图5)。铣轮速度控制在25～35r/min之间，铣削头提升速度控制在1.0～1.5m/min之间，以免由于真空负压、孔壁坍陷形成空隙造成墙体渗漏。掘进下沉和提升过程中均应喷入高压空气和水泥浆液，并严格按要求控制掘进和提升速度。

图5 搅拌时间—钻进提升关系

2.3.8 施工记录

施工过程中，由工长负责填写施工记录，施工记录表中应记录桩号、桩长、土层、掘进下沉(提升)搅拌时间及深度、水泥用量、水泥掺入比、水灰比等内容，并报监理工程师审核。

3 施工质量保证措施

3.1 成桩过程的质量控制

做好施工作业人员技术交底和岗前培训工作，特殊工种均需持证上岗。原材料进场时,同时提交材料合格证,水泥要做安定性试验，并按规定送实验室进行检验，检验合格后方可进行施工，确保使用设计强度等级的水泥，进场水泥及时送检，合格后方可使用。每班开工前，工程技术人员对作业人员下达作业指导书，进行技术交底。施工时质检员随时检查各项内容，并做好隐蔽记录。对施工机械按时进行保养，使施工机械设备的性能始终处于正常工况状态，对压浆泵进行压浆量检测，设置备用压浆设备一套，确保截渗墙施工时喷浆的均匀性和连续性。施工过程出现管路破损或堵塞、机械故障、停电等意外情况，维修完成复工时，若水泥浆出现初凝，需将管道中的水泥浆液及时清除干净，并在施工中断处进行套打，确保墙体连续性。

3.2 确保桩身强度和均匀性质量要求

严格控制水泥用量、用水量，施工人员随时使用比重仪检测水泥浆的比重。严格控制铣削下沉和提升速度，保证搅拌时间和喷浆量，使原状土被充分破碎与水泥浆充分拌和。水泥浆液不能发生离析，水泥浆液原料严格按配合比称量后进行配制，放浆前必须搅拌30s后再倒入储浆桶。

4 施工质量检测

采用WDW-100电子万能试验机对典型断面墙体试件进行抗压强度检测，其主要实验结果见表3。

采用SDSS-SB-HNT-28自动调压式混凝土抗渗仪对试件进行相对渗透性检测，其主要实验结果见表4。

水泥土铣削搅拌墙开挖外观检查及抗压、抗渗性实验结果显示：该施工工艺成墙效果好，各项指标均满足设计要求。

表3 典型断面墙体试件抗压强度检测结果

表4 相对渗透性检测结果

5 结 语

该工艺已成功在单县月亮湾水库大坝防渗墙施工中进行了应用，截至2019年3月围坝截渗墙各项参数均满足设计要求，取得了良好的防渗效果，显示了成墙质量均匀、搭接少、低噪声、低震动、施工速度快稳定性高、运转灵活操作方便、对施工环境影响和要求低等优点，该技术是一项值得推广的水库大坝防渗墙施工工艺。