厚中粗砂層中多軸深層攪拌防滲墻的施工

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　　摘要：對于中粗砂層較厚的多軸深層攪拌防滲墻施工，通過改進鉆頭，采用中間鉆頭噴氣工藝施工工藝，能有效地提高施工效率。以潮州供水樞紐工程上埔堤防滲墻施工為例，介紹多軸深層攪拌在厚中粗砂層中的施工工藝及質(zhì)量控制。

　　關(guān)鍵詞：多軸深層攪拌防滲墻；厚中粗砂層；中間鉆頭噴氣；質(zhì)量控制

　　1、工程基本情況及地質(zhì)條件

　　上埔堤是潮州供水樞紐重要擋水建筑物之一，潮州供水樞紐為Ⅰ等工程，其主要建筑物級別為2級。庫區(qū)的上埔堤為Ⅰ級堤防，其堤頂高程13.4～14.8m，堤頂寬度3～6m。

　　上埔堤堤基地質(zhì)情況，從堤頂向下依次為人工填土層、粉質(zhì)粘土層、中粗砂層、淤質(zhì)粘土層、淤質(zhì)細砂層，地下水位高程4m左右。地質(zhì)條件如表1所示。

　　表1上埔堤堤基地質(zhì)條件

編號  　　　　名稱 　　　　　　平均厚度（m） 　　　滲透系數(shù)（cm/s）　1 　　　　　　人工填土 　　　　　5.89 　　　　　　　5×10-3～3.12×10-3
2 　　　　　　粉質(zhì)粘土 　　　　　3.27 　　　　　　　　　6.75×10-6
3 　　　　　　中粗砂 　　　　　　9.36 　　　　　　9.80×10-2～5.13×10-2
4 　　　　　　淤質(zhì)粘土 　　　　　9.21 　　　　　　　　　4.02×10-7　

　　　　2、防滲墻設(shè)計要求

　　設(shè)計采用多軸深層攪拌防滲墻技術(shù)進行處理，它能夠完全封閉透水層的滲透通道，從根本上解決滲透變形問題。表1可以看出，堤基埋藏有兩層透水層：即1人工填土層和3中粗砂層。要達到理想的滲控效果，防滲墻必須穿過中粗砂層深入淤質(zhì)粘土層2m.防滲墻墻體有效厚度不小于200mm，墻深范圍為16.6～19.6m。對墻體的主要技術(shù)要求如下：

　?。?）摻入的水泥用量，外加劑用量，水灰比需由材料實驗室根據(jù)防滲和強度要求試驗確定配合比；

　?。?）墻體的垂直度誤差不大于0.4%；

　　（3）墻頂中心線允許誤差為±30mm；

　?。?）墻深偏差不大于200mm；

　?。?）墻體的滲透系數(shù)應(yīng)小于A×10-6cm/s（1＜A＜10），墻體90d齡期的單軸無側(cè)限抗壓強度抗壓強度應(yīng)不小于0.5MPa；

　　3、改進方法及參數(shù)確定

　　該工程采用一臺SP-5H型多動力三頭深層攪拌樁機施工，最大成墻深度21m，鉆頭中心距325mm，鉆頭直徑380mm，鉆頭間帶有剛性連鎖裝置，施工中一次成墻。通過進行試驗樁施工，最終確定合理的施工方法和施工參數(shù)。

　　3.1施工工藝改進

　　本工程地層以砂層為主，厚度大，如果采用傳統(tǒng)的“預(yù)攪下沉、噴漿攪拌提升、停漿復攪下沉、再噴漿攪拌提升”的施工工藝，將導致在第二次噴漿過程中，樁管被砂層埋住而無法撥出。為了有效地解決此問題，經(jīng)過研究，結(jié)合地層情況，并根據(jù)試成樁的取芯效果，將其施工工藝改為“兩攪兩噴”工藝[1]，即噴漿攪拌下沉、噴漿攪拌提升的施工工藝。

　　3.2水灰比的確定

　　合理選擇水灰比，先決條件是使水泥土在攪拌過程中必須呈流態(tài)；結(jié)合本工程地質(zhì)情況及施工工藝，漿太稠不利于鉆進，容易堵賽管道。因此必須選擇合適的水灰比；從土體吃漿情況分析，土體有空隙率，水灰比過大，則填充空隙的水泥用量就越少，水泥土性能指標則難以保證，水灰比過小則不經(jīng)濟；從水位情況分析，水位以下的墻體若水灰比過小漿液被稀釋，成墻質(zhì)量無法保證。參考其它工程經(jīng)驗，施工中多取水灰比為：1.0～2.0，采用12%的水泥摻入量。該工程對1.0的水灰比作三組成墻單元約10m長的試驗墻。7天后開挖檢查，開挖長10m，深3.5m，寬2m，并去掉樁頭50cm.經(jīng)檢查，水灰比為1.0的成墻單元成墻效果較好。樁間搭接良好，墻體完整，輪廓清晰，墻體密實性好，從墻體剖面來看，最小墻厚達22cm，樁間最小搭接厚度64mm，從墻體側(cè)面輪廓用吊錘測試垂直度均小于0.4%，孔口有少量返漿，因此水灰比為1.0可滿足施工要求。

　　3.3改進鉆頭

　　施工時，當鉆進深度達到9m后，產(chǎn)生孔斜并頻繁出現(xiàn)鉆進時噴漿孔堵孔現(xiàn)象，且提升鉆桿困難，造成深攪機電動機工作電流過大，存在電動機燒毀的危險，并多次出現(xiàn)埋管現(xiàn)象，嚴重影響施工進度。鉆頭提起后，檢查噴漿管，發(fā)現(xiàn)噴漿管中的水泥土漿中夾雜大量砂粒。分析原因，鉆桿鉆進深度達9m后，進入中粗砂層，采用正常攪拌轉(zhuǎn)速、提升速度難以使?jié){液得到充分攪拌，孔口的噴漿壓力小于水泥土漿產(chǎn)生的壓力，導致大量砂粒進入噴漿孔，從而導致噴漿孔堵塞，如單一的增大輸漿壓力必然造成返漿過量，材料浪費。不均勻的含砂水泥土漿造成鉆桿提升時阻力較大，使鉆桿提升困難。針對這一問題，經(jīng)過多次試驗，訂出如下改進措施：

　　將雙層4葉片改為三層6葉片，在底層十字葉片下方焊接切削片，寬6cm，長6cm，與刀片成向下30o夾角，以提高切削和攪拌效率并起到定向作用，剛進入砂層時，降低鉆進速度，從而避免孔斜；將噴漿孔直徑由1cm改小為0.6cm以提高噴漿孔口處的出漿流速，減少堵孔幾率。鉆頭改進示意圖如圖1.

　　3.4采用中間鉆頭噴氣工藝

　　采用兩側(cè)鉆頭噴漿，中間鉆頭噴氣工藝施工。從水泥土攪拌樁的成樁機理來看，水泥漿與土體的攪拌越均勻，土體顆粒粉碎越小，水泥漿分布到土體中就越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)離散性就越小，其總體強度就越高[2][3]，而砂本身具有攪動松散的特性，采用兩側(cè)鉆頭噴漿配合中間鉆頭噴氣工藝，可以大大減少埋管的幾率。因為砂層具有攪動松散，同時又具有快密實等特點，在下攪過程中進行噴漿、噴氣，砂顆粒間能快速充滿漿液，減緩砂密實，并嚴格控制下沉和提升的速度，砂顆粒與水泥漿液的強制攪拌得到充分拌和，提高了拌和物的流動性，減少堵管、埋管的可能性。該工程現(xiàn)場采用AW9008型空壓機供氣，從施工情況來看，如氣壓太低，無法達到預(yù)防噴漿口堵塞的效果，如氣壓太高，則返漿量過大。通過現(xiàn)場試驗，最終確定氣壓為0.4～0.7MPa，大大提高了深攪機在中粗砂層的施工效率。

　　3.5其它參數(shù)的確定

　　圖1鉆頭改進示意圖

　　根據(jù)試驗樁施工情況分析，決定采用水灰比為1：1、兩攪兩噴、中間鉆頭噴氣，一次成墻的方案施工。具體施工工藝參數(shù)如下：

　　鉆頭直徑：380mm

　　水泥摻入比：12%

　　單元成墻長度：970mm

　　單元樁攪拌面積：0.326m2

　　鉆進速度：0.5～0.6m/min

　　提升速度：0.6～0.8m/min

　　轉(zhuǎn)速：47～55r/min

　　漿液比重：1.51g/cm3

　　每米樁水泥用量：70.4kg

　　每根管0.25米漿量：下沉80%8L，上提20%2L

　　4、施工中的質(zhì)量控制

　　4.1樁位

　　防滲墻施工前，按照圖紙的墻體中心線進行放樣定位，其中心線允許誤差度不得大于±3cm。施工中，從起始樁號開始，沿前進方向每50m拉線放樣一次。用拉線標定施工方向，并用定位標尺標定樁位。

　　4.2鉆孔垂直度

　　下鉆前檢查主機上的水平控制裝置并確保主機機架處于鉛垂狀態(tài)。施工中，重點檢查主機支腿是否存在下陷或油缸泄壓現(xiàn)象，若有此現(xiàn)象，應(yīng)及時通過四個支腿油缸調(diào)平。

　　4.3漿液參數(shù)及輸漿

　　水泥漿液嚴格按照規(guī)定的配合比1：1制作，用比重計測量控制漿液的質(zhì)量，漿液比重控制在1.49～1.53g/cm3范圍內(nèi)。

　　根據(jù)地層吃漿變化調(diào)整輸漿量和中間鉆頭氣壓，總輸漿量不小于設(shè)計要求。根據(jù)采用的水灰比及每米所需水泥漿量，計算出每0.25m所用水泥漿量作供漿參考，采用電腦記錄儀控制，記錄并及時打印出其升降每0.25m用漿量。輸漿保持一定的壓力，但不宜過大，輸漿壓力控制在0.4～0.8MPa。

　　4.4提升和鉆進

　　為保證漿液攪拌均勻，嚴格按照施工工藝參數(shù)控制鉆進、提升速度，并與攪拌軸轉(zhuǎn)速相協(xié)調(diào)。對于設(shè)計墻底高程以上2～3m范圍內(nèi)或掘進達設(shè)計深度延續(xù)噴漿10秒左右，重復提升1～2次。

　　4.5墻體深度

　　在樁架導柱上劃分標尺來測量鉆進深度，鉆進深度不小于實際地面高程與設(shè)計墻體底部高程之差。

　　5、質(zhì)量檢測

　　質(zhì)量檢測采取開挖外觀檢查、取樣室內(nèi)實驗等手段。

　　5.1開挖外觀檢測

　　按平均每250m一段，每段均在施工結(jié)束15天后開挖檢查，開挖長度約10m，開挖深度最深達3.5m，寬度2m.經(jīng)檢測，防滲墻體攪拌基本均勻，成墻厚度最小23cm，最大26cm；防滲墻體連續(xù)均勻，整體性好，樁間搭接良好，未發(fā)現(xiàn)開叉現(xiàn)象，樁輪廓垂直度在0.4%以內(nèi)，上部和下部搭接基本一致，搭接處最小厚度為62mm（理論厚度58mm）。

　　5.2室內(nèi)試驗

　　對上埔堤深層攪拌防滲墻抽芯檢測了五個部位，共抽芯6孔，總進尺196.1m；取有深攪防滲墻滲透試驗樣品12組（72件），深攪防滲墻抗壓試驗樣品12組（36件）。具體試驗數(shù)據(jù)見表2，表3[4].從試驗結(jié)果來看，深攪防滲墻滲透系數(shù)小于A×10-6cm/s（1＜A＜10），深攪防滲墻抗壓強度離散性較大，但均大于0.5MPa，均滿足設(shè)計要求。

　　表2上埔堤深攪防滲墻芯樣室內(nèi)滲透試驗數(shù)據(jù)匯總表

抽芯孔編號　取樣深度（m）　芯樣編組　滲透系數(shù)單個值（×10-8 cm/s）　滲透系數(shù)代表值
（×10-8 cm/s）　1-0　3.0～4.15　1　4.04　4.00　2.68　2.32　4.00　4.13　3.53　6.8～8.0　2　73.82　54.23　46.07　25.32　49.02　40.85　48.22　2-0　12.1～13.5　1　52.37　2.07　1.77　1.80　1.58　1.47　10.18　3-0　1.35～2.5　1　78.56　14.15　2.68　11.50　2.10　3.32　18.72　5.3～6.55　2　30.64　3.67　3.14　17.51　13.62　3.95　12.12　10.95～12.15　3　5.37　5.45　5.21　5.11　2.07　1.92　4.19　4-0　0.5～1.6　1　13.62　105.65　122.55　10.21　14.15　26.30　48.75　4.2～5.4　2　61.27　105.65　46.07　36.69　122.55　91.45　77.28　10.2～11.4　3　1.72　2.07　1.58　1.55　1.92　1.77　1.77　5-0　1.0～3.0　1　2.74　2.19　2.85　3.22　10.18　122.55　23.96　6-0　1.8～3.4　1　3.95　2.39　30.64　4.08　3.55　30.64　12.54　4.0～6.5　2　40.85　16.00　14.15　46.07　2.64　2.04　20.29　

表3   上埔堤深攪防滲墻芯樣室內(nèi)抗壓試驗數(shù)據(jù)匯總表

　　6、結(jié)語

　　在粗砂層較厚的地質(zhì)條件下進行深攪施工，采用中間鉆頭噴氣施工工藝，通過調(diào)整噴氣的壓力，能改變施工時含砂水泥土漿液的流動性。如能根據(jù)地層吃漿變化，調(diào)整噴氣壓力和輸漿量能經(jīng)濟有效地填充地下孔隙。具體做法是：當吃漿量較大時，噴氣壓力調(diào)小，輸漿量增大；當吃漿量較小時，噴氣壓力調(diào)大，輸漿量減小。在實踐中，通過改進傳統(tǒng)的深層攪拌樁施工工藝和鉆頭結(jié)構(gòu)以及采用中間鉆頭噴氣的施工方法，成功地應(yīng)用于厚中粗砂層中施工，較好地解決了厚中粗砂層中提升困難和埋管等問題，提高了施工效率，保證了樁體均勻性和連續(xù)性，樁身強度，滲透系數(shù)等參數(shù)均能滿足設(shè)計要求。