西河西联圩多头深层搅拌水泥土防渗墙施工探讨

夏长城

(鄱阳县水利电力勘测设计室，江西 上饶 333100)

1 工程概况

西河西联圩由西河西圩和青林圩联并组成，桩号0+000-7+320(长7.32km)段为西河西圩，桩号7+320-7+500(长0.18km)为连接段，桩号7+500-13+850(长6.35km)段为青林圩。西河西联圩保护面积为2.03×104亩，保护耕地面积为1.24×104亩，受益人口2.75万人。本次加固整治为西河西联圩全堤段以及联并处圩内新港河左、右堤。2017年实测堤长22.213km(均为河堤)，属江西省鄱阳湖区保护面积万亩以上的单退圩堤。

全线堤段堤身填土主要以粉质黏土为主，堤身上部土质及填筑质量相对较好，但堤身中下部土质虽较好，但填筑质量差，呈松散状；局部堤段外侧采取块石或混凝土护坡，但出现部分块石流失及混凝土老化现象。建议堤身按设计标准进行加高加宽，结合堤身土出险情况，对出险堤段进行防渗加固处理。

2 施工技术及参数确定

2.1 施工技术

深层搅拌水泥土防渗墙施工技术主要应用特制多头小直径深层搅拌截渗桩机将水泥浆液喷入待加固土体内，并通过叶片将工程原土和水泥浆液强制搅拌、发生系列物化反映，以形成强度达设计要求的连续墙体。该技术对于黏土、粉质黏土、淤泥质土、密实度较低的砂层等均较为适用，且施工质量和施工进度受地下水影响较小，且该技术施工进度快，对环境影响小，对于深度不超过18m的地下垂直防渗加固处理可优先选用，通过控制和优化施工参数，可确保各幅钻孔良好搭接并形成连续、均匀，抗渗性能优良的防渗墙体[1]。

2.2 施工参数确定

结合工程地质条件及设计要求，选择代表性强的地质地层进行成桩试验，通过开挖检查进行成墙情况观察以及成墙厚度测定，并根据试验结果确定材料用量，修正和优化水泥土墙施工技术参数，以便为水泥土防渗墙施工提供指导。成桩试验所确定的深层搅拌桩水泥土防渗墙施工技术参数如表1所示。

表1 深层搅拌桩水泥土防渗墙施工技术参数

数次成桩试验所得出的水泥浆液比重和水灰比的关系曲线如图1示。

图1 水泥浆液比重和水灰比的关系曲线

多头深层搅拌水泥土防渗墙施工参数控制是保证施工质量的前提，根据设计及试验结果，并结合工程地质条件和水头差，反复进行施工参数修正和调整，最终确定的强度等级42.5的普通硅酸盐水泥掺加量为12%，防渗墙墙体厚度应为302mm，墙体渗透系数不超过1.0×10-5cm/s，抗压强度至少为0.5MPa。

多头深层搅拌水泥土防渗墙施工过程中，通过PH-5F三头深层搅拌桩机沿轴线垂直搅拌，并按照Ⅰ1→Ⅰ2→Ⅰ3及Ⅱ1→Ⅱ2→Ⅱ3两序套接成墙，搅拌桩经为375mm，具体搭接长度153mm，成墙厚度至少300mm，施工深度最大为24.5m，多头搅拌水泥土防渗墙结构具体见图2。

图2 多头搅拌水泥土防渗墙结构

3 多头深层搅拌水泥土防渗墙施工技术要点

3.1 施工机械选用

多头深层搅拌水泥土防渗墙施工设备主要包括钻机装置和灌浆装置两部分，钻机一般使用多头小直径深层搅拌桩机，其运行过程中搅拌头和叶片相向而转，边切削土体边下沉。灌浆方式通常有注浆钻杆底端喷浆和搅拌轴切削叶片上喷嘴喷浆两种，叶片搅拌刀在钻杆的带动下旋转进入地层，切碎地基土并使其与水泥浆液拌和[2]。常用的灌浆装置主要有水泥浆引浆筒和储浆筒、挤压式灰浆泵等，其喷浆系统一般通过电脑自动计量，各注浆管注浆量及浆液密度也由计量系统自动控制。

西河西联圩加固工程使用PH-5F三头深层搅拌桩机，并配套使用3EJN-100/6型柱塞可调式三管喷浆泵，喷浆泵喷浆量无级变速调节，对于桩机下沉及提升速度变化的情况十分适用，且喷浆泵排浆量最大可达100L/min。由流量传感器和深度传感器检测到相关数据后再由PJ4-2型记录仪自动记录喷浆量和搅拌深度并实时显示和打印。本工程所使用的三头深层搅拌桩机工效高、桩间搭接效果可靠。

3.2 先导孔施工

考虑到该联圩地层状况复杂，在进行施工前必须沿防渗墙轴线设置先导孔，孔深应伸入至防渗墙底线以下0.5m。如因地层等原因无法取样时，应根据标准灌入取土样进行地层情况鉴别，并由地质工程师编录和绘制地质剖面，作为施工参数确定及施工过程控制的基础资料。工后采用黏土机械夯实法用水泥黏土浆封堵先导孔。

3.3 设备定位

在设备定位阶段主要进行三头深层搅拌桩机横、纵向偏差及垂直度定位控制。其中，横向偏差定位控制采用虚拟轴线法，预先在桩机机身四周焊接钢筋样架，样架和防渗墙轴线的距离控制在1.5m，并在样架处与轴线平行拉设一道线，在搅拌桩机移动过程中始终与该线对准，便能确保桩机横向定位准确[3]。纵向偏差定位采用打桩法，一次可进行至少5根桩定位。此外，还应将桩机校核装置平行于桩机轴心线安装，通过其辅助线进行桩位准确校核，在桩机移动过程中还必须使桩机轴心线与防渗墙轴线重合。

3.4 搅拌及注浆

西河西联圩堤段加固均采用掘进及提升喷浆方式，为保证施工质量，必须加强搅拌注浆工序控制。通过压力表进行注浆压力检测和记录，并安排技术人员通过比重计检测水灰比。钻机掘进速度不得超出0.8-1.0m/min范围，具体应根据地层情况进行调整。钻深超出防渗墙设计底高程50cm后停钻1/2-1min，以使水泥浆液充分渗入防渗墙底部。提钻速度应控制在掘进速度以内，并匀速提钻，提升高度应超出桩顶设计高程0.5m。

西河西联圩堤段加固施工采用的深层搅拌桩机为三轴设计，每序提升和掘进后可完成长度0.9m的搅拌桩防渗墙墙体，轴间按照设计长度搭接后，可达到设计墙体厚度。待完成各序施工后应彻底冲洗干净管路中残存水泥浆液，并清理掉黏附于搅拌头处的泥土后检查喷嘴状态及叶片直径，确保注浆系统良好运转。此后按额定距离向前平行移动桩机，并按同样施工流程进行下一单元防渗墙施工。

3.5 桩间搭接及断桩处理

本联圩堤段加固深层搅拌水泥土防渗墙抗渗性能直接受桩间搭接部位防渗性能的影响，故主要通过控制深层搅拌桩机移位以控制墙体搭接质量。根据桩径及墙体厚度所确定出的距离严格控制每次桩机移位距离，以保证桩间搭接厚度符合设计要求。邻桩施工时间间隔应控制在24h以内，如超出，则上一单元最后桩必须留出榫头，以备搭接之用。若因机械故障、停电等原因而出现注浆中断现象，则必须将注浆管下沉至停浆点以下0.5m处，待供浆恢复后搅拌复喷。若注浆中断时间过长而造成断桩，则必须在每桩布置1-2个注浆孔以进行补强灌浆。

4 结 论

综上所述，西河西联圩堤段加固所采用的多头深层搅拌水泥土防渗墙施工技术工艺简单、投资节省，但掘进深度有限，一般不能超出18m，故其防渗加固深度受到一定限制。在深层搅拌水泥土防渗墙施工过程中，地基土结构通常由若干种土质组合而成，理论上而言，不同土层必须选用不同的施工参数，但实际施工过程中单元墙体成墙时间短，且搅拌下沉、提升及喷浆过程往往一气呵成，采用不同施工参数较难实现。所以在施工方案设计阶段必须结合工程地层条件和成桩试验选择合适的施工参数。西河西联圩堤段加固用深层搅拌水泥土防渗墙体外观质量及整体性良好，无孔洞、蜂窝，最小墙体厚度、垂直度检测值以及工后28d钻孔取芯检测结果显示的水泥土单轴抗压强度、渗透系数、芯样均匀性与完整性等指标参数均符合规范及设计要求。