陳 武

（北京振沖江河截滲技術(shù)開發(fā)有限公司 100025）

深層攪拌技術(shù)和高壓噴射都是使用水泥作為固化劑，通過水泥與松散土體均勻混合、充分反應(yīng)，形成一定強度的結(jié)構(gòu)體，由這種結(jié)構(gòu)體互相套接形成地下連續(xù)墻，阻斷水源的地下滲漏途徑，保障堤壩等水利工程的安全。

由于工藝特點不同，而且造價相差大，兩種工藝使用范圍各有側(cè)重。深層水泥土攪拌技術(shù)適用于淺層松散軟土地層，該工藝污染小，造價低；高噴對堅硬的卵礫石地層和深部軟土處理適應(yīng)性強，高噴設(shè)備方便靈活，對于障礙物附近施工操作和充填灌漿銜接能力強，對工程接部位進行閉合獨具優(yōu)勢，使用范圍廣泛，但工程造價高，有大量廢漿浪費，也產(chǎn)生污染。鉆噴一體化設(shè)備同時具備深攪和鉆噴工藝，尤其是鉆噴一體化設(shè)備能在高噴工藝中實現(xiàn)成孔和噴漿一體化，減少成孔工序、省掉鉆孔設(shè)備。因此，在工程建設(shè)中具有較大的適用性，尤其是在投資有限、規(guī)模不大的水利項目，深攪高噴的工藝結(jié)合是最為優(yōu)化的設(shè)計，鉆噴一體化設(shè)備是施工最為理想的選擇。

1 工藝概述

1.1 水泥土深層攪拌工藝

深層水泥土攪拌樁防滲墻主要施工方法是：使用深層攪拌截滲型樁機通過主機的傳動裝置帶動鉆桿轉(zhuǎn)動，同時水泥漿由鉆桿、鉆頭噴入土體，通過鉆頭的強制機械攪拌，水泥漿和原土充分拌和，化合、凝結(jié)、固化，成為結(jié)構(gòu)密實、強度較大的結(jié)構(gòu)體。上述結(jié)構(gòu)體相互搭接形成一道具有防滲功能的水泥土防滲墻。

1.2 高噴工藝

高壓噴漿式攪拌是先用鉆機在地層中造孔后，高噴攪拌車將帶有噴頭的噴射管下至孔內(nèi)預(yù)定位置，利用高壓力、高流速的水、漿、氣混合流束沖擊、切割、破壞、侵蝕地層，使水泥漿與被破壞的地層土石顆粒之間發(fā)生完全的強制性摻攪混合，充填擠壓，至凝結(jié)硬化，從而構(gòu)成堅固的凝結(jié)體，成為結(jié)構(gòu)密實、強度大、有足夠防滲性能的防滲墻，以滿足工程需要的一種施工方法。

1.3 鉆噴一體化設(shè)備的開發(fā)

1.3.1 可行性

深層攪拌工藝和高噴工藝都是通過鉆桿將水泥漿輸?shù)姐@頭，進入地層，通過水泥漿與土體作用，固化成型，達到改良土質(zhì)的性能的目的。因此，通過機械的簡單改進，實現(xiàn)一機多能是可行的。

由工程場地條件、地質(zhì)條件和技術(shù)經(jīng)濟條件要求，中小型工程同時需要進行深層攪拌和高噴工藝施工時，采用具備這兩類施工工藝的鉆噴一體化設(shè)備，在砂土、粉土、粘土及淤泥質(zhì)土等松散軟弱地層中進行深層水泥土攪拌施工，在其他特殊地段采用高噴工藝作業(yè)，可為工程投資單位節(jié)省資金，也可為施工單位減少機械投入，還能避免施工現(xiàn)場交叉作業(yè)。

1.3.3 設(shè)備功能

a.深層水泥土攪拌。在進行深層水泥土攪拌施工時，鉆噴一體化設(shè)備安裝攪拌葉片，啟用低壓管路和灌漿系統(tǒng)，進行單頭、雙頭、三頭或多頭成墻施工。

b.高壓噴射灌漿。鉆噴一體化設(shè)備安裝高噴鉆頭，開啟高噴壓力系統(tǒng)時，可實現(xiàn)正常高噴作業(yè)。高壓噴漿工藝根據(jù)施工時鉆桿轉(zhuǎn)動方式分為旋噴、擺噴和定噴，根據(jù)鉆桿內(nèi)芯管和介質(zhì)種類分作單管、雙管、三管和多管方法。依據(jù)高噴防滲墻設(shè)計要求，高噴施工組合及搭接如圖1所示。為防止水泥漿竄孔、降低質(zhì)量，必須分序施工。

圖1 高噴防滲墻成墻搭接

鉆噴一體化設(shè)備是在深層攪拌樁機基礎(chǔ)上改進而成的，具有強大動力和設(shè)備自重，在砂層、卵礫石層可保證高噴引孔。引孔鉆進到設(shè)計深度后，啟動高噴系統(tǒng)，直接進行高噴灌漿作業(yè)，省去安裝和下設(shè)噴桿工序，在很大程度減小塌孔風(fēng)險，既提高了施工工效，又減少了成孔設(shè)備的投入。

c.工藝組合。如果地質(zhì)條件許可，為節(jié)省工程投資，一般首選深層水泥土攪拌法施工，但施工中因為場地條件限制，深攪無法完成全部施工，地上地下障礙物附近采用高噴工藝銜接施工。

電氣工程作為一門綜合性很強的學(xué)科，包含很多學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容，將電子工程，電機工程，電氣工程，信息工程等領(lǐng)域，它主要以電子理論和控制理論作為基礎(chǔ)，并通過電子技術(shù)和計算機技術(shù)來維持電氣工程的智能化和自動化。隨著我國產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的升級和現(xiàn)代化進程的進一步加快，電氣工程及其自動化在工業(yè)生產(chǎn)中的地位逐漸得到重視。隨著信息化和工業(yè)化時代的進一步加快，工業(yè)生產(chǎn)對電氣工程自動化和智能化的需求也越來越旺盛，電氣工程及其自動化產(chǎn)品的研發(fā)和使用也暴露出了自己的不足，比如耗費的時間比較長，自動控制系統(tǒng)的效率不高，人們需要用科學(xué)的手段對電氣工程的自動化進行改進和改善，不斷的推動電氣工程及其自動化的發(fā)展。

為提高成墻質(zhì)量、保證止水效果，高噴晚于深層攪拌施工，利用高噴進行防滲墻搭接處理。高噴防滲墻與深攪防滲墻或障礙物之間搭接應(yīng)確保防滲要求，在平面布置上，順直搭接長度不小于1m，垂直搭接時，高噴第一孔距深攪防滲墻或其他地下障礙物不大于0.5m，搭接方式如圖2所示。

圖2 高噴墻與深攪墻或障礙物搭接示意圖

在工程施工中由于地層復(fù)雜，下伏較硬砂礫石、砂卵石地層時，或者由于需要處理的深度超過深層攪拌設(shè)備施工能力時，上部按照設(shè)備能力在深度上取齊，采用深層攪拌工藝施工。施工完成后，偏離墻體軸線約一個墻體厚度的距離，采用高噴工藝進行下部防滲墻施工，兩種工藝成墻搭接長度不少于500mm，搭接帶需要進行旋噴施工密封搭接部位窗格。搭接帶以下，一般松散土層可采用擺噴或定噴施工，堅硬密實的砂礫石、砂卵石地層，采用旋噴法施工。搭接方式如圖3所示。

施工場地如填埋有建筑垃圾，高噴工藝的適用性必須經(jīng)現(xiàn)場試驗確定。對于大塊徑建筑垃圾，應(yīng)采用小孔距高壓旋噴工藝，防止噴射陰影，造成防滲墻不連續(xù)。施工時旋噴樁樁體之間和旋噴樁與深層水泥土攪拌防滲墻之間必須保證有效搭接。

2 鉆噴一體化設(shè)備施工流程

鉆噴一體化設(shè)備施工工藝結(jié)合了深層水泥土攪拌和高噴工藝，其工藝流程在深層攪拌和高噴工藝流程基礎(chǔ)上進行適度優(yōu)化，是兩者的有機結(jié)合。圖4為典型的鉆噴一體化設(shè)備施工工藝流程示意圖。

圖3 垂直截面搭接示意圖

圖4 鉆噴一體化設(shè)備施工程序圖

高噴傳統(tǒng)的施工工藝為：鉆機就位→鉆孔→移鉆機→高壓注漿設(shè)備就位→置入注漿管→高壓噴射注漿→拔出注漿管。高噴設(shè)備需配備鉆機，實施高噴注漿前需先行鉆機造孔，工序多，費用高，效率低，尤其是在松散地層中，成孔提鉆后，孔壁坍塌，安裝下放噴漿管時破壞孔壁，造成下管困難或下管不到位。鉆噴一體化設(shè)備將鉆孔和置入注漿管兩道工序合并，一次完成，實現(xiàn)造孔的同時將注漿管置入土層，在造孔至預(yù)定位置時，注漿管也置入土層的預(yù)定位置，開始噴漿，提升鉆桿，完成單孔的高噴作業(yè)。

3 工程案例

3.1 汾河太原城區(qū)段治理美化二期工程

3.1.1 工程概況

汾河太原城區(qū)段治理工程是山西省重點項目，工程目標(biāo)是進行汾河河道治理，在太原城區(qū)段建壩蓄水，形成汾河濕地公園，將太原打造成為一個風(fēng)景秀麗的水鄉(xiāng)之都。該工程南內(nèi)環(huán)橋以北項目已于早期建成，順利蓄水。為確保該工程蓄水成功，防止水資源的滲漏流失，汾河兩岸需要采取嚴(yán)格的防滲措施，最主要的是要解決河堤岸墻下松散的細(xì)砂、粉砂、粉土、淤泥質(zhì)土等松散地層的地下水的滲漏問題。通過工藝比選，垂直防滲方案確定為以多頭小直徑深層水泥土攪拌工藝建造防滲墻，在局部地段輔以高噴工藝進行防滲墻的補強和銜接。

3.1.2 工程設(shè)計

防滲墻工程涉及長風(fēng)橋至南中環(huán)橋段9km范圍，汾河兩岸及中隔堤以及橡膠壩壩下設(shè)計垂直防滲，防滲墻深度深達31m。多頭小直徑深層水泥土攪拌防滲墻深度13～25m，最小墻厚200mm，滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強度大于0.5MPa。深層攪拌為防滲墻施工的主體工藝。高噴工藝作為防滲墻建造的重要補充，主要應(yīng)用于下述六種情況：本期工程與前期工程結(jié)合部位高壓擺噴，地上高壓線線下、公路橋、管道橋橋下低矮空間單管旋噴，地下涵洞、地下橋等障礙物密封灌漿，河道建筑垃圾堆填地段高壓旋噴，河道地質(zhì)條件復(fù)雜地段下部砂礫石砂卵石地層的高壓旋噴，深層攪拌設(shè)備能力以外25m之下的高壓擺噴防滲墻。高壓擺噴防滲墻墻厚不小于150mm，鉆孔孔距1.2m，高噴擺角30°，采用折接方式，噴射軸線與防滲墻軸線交角30°。水泥用32.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1.0，噴漿漿壓30～35MPa，流量 70～80L/min，氣壓0.7 Mpa，氣流量 0.8～1.2m3/min；提升速度 0.15m/min；高壓旋噴孔距不大于1m，保證互相搭接,噴漿漿壓35～40MPa，流量 80～100L/min，氣壓 0.7 MPa，氣流量0.8～1.2m3/min；提升速度0.12m/min；單管旋噴孔距400mm，樁徑500mm，嚴(yán)格控制提升速度和噴漿量，確保樁體間的有效搭接。

深層攪拌防滲墻先行施工，高噴工藝后續(xù)搭接和補強，搭接長度滿足下述要求：與深攪防滲墻水平方向順接，搭接不小于1m；高噴施工與前期工程搭接不小于3m；高噴施工與地下障礙物“T”形搭接時，第一鉆孔距障礙物邊不大于0.5m；高壓擺噴與水泥土攪拌防滲墻搭接，搭接部位采用高壓旋噴工藝施工，搭接長度不小于1m，噴漿時，提升速度和噴漿量參數(shù)嚴(yán)格于一般的高壓旋噴工藝，強化成墻效果。

3.1.3 工程施工與工程效果

本項目工程較大，但是高噴工程量較為零碎，點多量小，如果單獨調(diào)遣高噴設(shè)備，工程平面設(shè)備布局不理想，工程施工不經(jīng)濟，經(jīng)過比選，投入鉆噴一體化高噴樁機兩臺，完成地質(zhì)條件復(fù)雜地段的深層水泥土攪拌和高噴施工，完成地下障礙物兩側(cè)和一二期工程搭接處施工，該設(shè)備深攪平均工效160m2/（臺·d），高噴平均工效140m/（臺·d）。

該部分工程施工結(jié)束后，對防滲墻進行開挖檢查，深層水泥土攪拌防滲墻堅硬密實，樁體和單元間搭接良好，高噴施工各部位搭接情況完好，防滲墻整體性良好；取芯測試，滲透系數(shù) 4×10-6～8×10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強度0.7～1.8MPa，完全滿足設(shè)計要求，工程質(zhì)量優(yōu)良。目前長風(fēng)橋以北已經(jīng)實現(xiàn)建壩蓄水，達到預(yù)期目的，工程效果顯著。

由于采用深層水泥土攪拌工藝，與前期工程全部采用高噴工藝、振沖工藝相比較，在保證工程質(zhì)量前提下，大幅節(jié)省工程投資，也在很大程度上加快了工程進度，保證了工程如期投入使用。

3.2 南水北調(diào)工程沁河倒虹吸工程防滲墻施工

3.2.1 工程簡況

南水北調(diào)工程沁河倒虹吸工程施工，倒虹吸基坑南北長約436m，東西寬約170m，周長約1212m。需開挖基坑深度約26m。工程橫穿沁河，查明地層為粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂及粉質(zhì)粘土松散地層，地下水豐富，為保證基坑安全及施工順利，需在基坑四周施工防滲墻，阻斷上部潛水淺層承壓水，防滲墻設(shè)計深度32m。

3.2.2 工程設(shè)計

由于地質(zhì)條件超過設(shè)備施工能力，該工程采用深層攪拌和高壓噴射工藝結(jié)合的工法成墻施工，地表以下22m內(nèi)采用深層攪拌施工，地下22m以下至32m部位或在地下障礙物等特殊地層、地段采用高噴工藝施工。根據(jù)兩種工藝特點，首先進行多頭小直徑深層攪拌防滲墻施工，施工結(jié)束一定時間，墻體具備一定強度后，進行下部高噴板墻施工。高噴工藝成墻具有較強的適應(yīng)能力，容易實現(xiàn)與其他工藝成墻的搭接，因此高噴施工安排在深攪施工之后進行。在深層攪拌防滲墻和高噴板墻搭接部位0.5m范圍內(nèi)，進行高壓旋噴施工，強化銜接部位。

深層攪拌防滲墻深度22m，最小墻厚200mm，水泥用42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比12%，水灰比1.5∶1。滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s，無側(cè)限抗壓強度大于0.5MPa。

該工程高噴采用三管法擺噴。水泥用42.5號普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1.0，噴漿漿壓32～35MPa，流量70～100L/min，氣壓 0.7 MPa，氣流量 0.8～1.2L/min；擺噴擺角20～40°，提升速度 0.15m/min。

在深層攪拌墻和高噴板墻搭接部位，由于軸線間有200mm間距，高噴板墻軸線與高壓擺噴噴射方位有30°交角，在深層攪拌防滲墻和高噴板墻外折線部位將形成上下通透的窗格（見圖5），高噴接樁施工尚存在人為和設(shè)備的偏差，上述窗格大小會有一定的變化，為杜絕窗格滲水，強化兩種工藝成墻的銜接，在搭接部位采取高壓旋噴方式施工，搭接長度不小于500mm。漿液材料技術(shù)要求同高壓擺噴施工，旋噴噴漿漿壓32～35MPa，流量70～100L/min，氣壓 0.7 MPa，氣流量 0.8～1.2m3/min，旋噴噴提升速度0.10m/min。

圖5 防滲墻豎向搭接（單位：mm）

3.2.3 工程施工和工程效果

該工程配置鉆噴噴一體化設(shè)備4臺，歷時60天，設(shè)備深攪平均工效200m2/（臺·d），平均工效130m/（臺·d）。止水帷幕建成開挖檢查，搭接良好；養(yǎng)護28天后，取芯測試，滲透系數(shù)（3.5～8.2）×10-7cm/s，無側(cè)限抗壓強度1.3～3.8MPa。基坑開挖后，坑內(nèi)無明顯滲水現(xiàn)象，止水效果良好?；痈伤瑹o水，止水效果良好。目前，南水北調(diào)工程沁河倒虹吸項目主體施工完成，基坑已回填，工程實施較順利。

3.3 盱眙縣龍王山、桂五水庫除險加固深層攪拌樁工程

該水庫因壩身填筑質(zhì)量不良，壩基壩基土層為重粉質(zhì)壤土、粉細(xì)砂及粉質(zhì)粘土，滲漏嚴(yán)重，多年來無法蓄水到正常水位，為病險水庫，需要防滲加固。防滲墻深度12～18m，最小厚度26cm。在溢洪道、含水涵洞、水庫管理房兩側(cè)和高壓線纜下采用高壓擺噴與多頭小直徑深層水泥土攪拌防滲墻搭接，順直搭接長度1.2m，與地下障礙物橫向丁字搭接時，高噴第一孔距障礙物邊緣不大于0.4m。

該工程深層攪拌工程量約4萬m2，投入BJS—18Y型多頭小直徑深層水泥土攪拌樁機3臺，平均工效180m2/（臺·d），高噴工程量2000m，投入高噴樁機1臺，平均工效100m/（臺·d）。

工程施工結(jié)束后，對防滲墻進行開挖檢查，深層水泥土攪拌防滲墻堅硬密實，樁體和單元間搭接良好，高噴施工隔部位搭接情況完好，防滲墻整體性良好。

4 工程應(yīng)用前景

深層攪拌技術(shù)施工的墻體形狀規(guī)整，連續(xù)密實，強度適中，變形模量與土體相近，協(xié)調(diào)變形能力強，可以保證長期有效使用。該工藝工效高、無振動、無污染，與其他同類技術(shù)相比，工程造價低廉，工程投入少。高噴工藝在較堅硬的卵礫石地層和深部軟土處理有一定的適應(yīng)性，該工藝設(shè)備簡單，方便靈活，對地上地下障礙物附近的工程施工獨具優(yōu)勢，在工程集合部位密封灌漿進行有效銜接，因而使用范圍廣泛，但工程造價高，一般不能整個工程大規(guī)模使用。所以，在江河湖庫堤壩改造加固項目中，針對壩身人工填筑體和壩基第四系松散地層，一般以深層水泥土攪拌工藝為主，輔以必要的高噴施工，在確保工程質(zhì)量的同時，還可大幅節(jié)省工程投資，加快工程進度。■