多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻在文瀛湖水庫中的應(yīng)用

王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，山西 大同 037000）

多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻在文瀛湖水庫中的應(yīng)用

王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，山西 大同 037000）

文瀛湖水庫經(jīng)防滲改造，對圍堤進(jìn)行了垂直防滲處理，對庫區(qū)滲漏“天窗”采取垂直防滲與水平防滲相結(jié)合的方案，將原有的滲漏通道截?cái)?，徹底根治了庫區(qū)蓄水后因圍堤滲漏形成的庫外庫現(xiàn)象；起到了比較好的防滲效果。說明多頭小直徑深層攪拌樁水泥土防滲墻在大同市文瀛水庫中的應(yīng)用是成功的，可為今后類似工程提供借鑒。

水泥土防滲墻；施工；應(yīng)用；經(jīng)驗(yàn)

1 工程概況

1.1 工程簡介

文瀛湖水庫位于大同市御東新區(qū)，是一座旁引中型水庫，水庫主壩長1.1 km，副壩長8.25 km，圍堤總長9.35 km，最大壩高6.0 m，設(shè)計(jì)總庫容1 036萬m3。水庫始建于1957年，雖然1990年及2004年分別對文瀛湖水庫加固進(jìn)行了改造及綜合治理，但堤基及庫區(qū)仍然滲漏嚴(yán)重，日滲漏量約7.97萬m3，湖水逐漸干枯，不能正常運(yùn)行。隨著大同市御東區(qū)的開發(fā)建設(shè)，為重現(xiàn)文瀛湖碧水藍(lán)天的自然景象，大同市政府對庫區(qū)進(jìn)行了防滲改造、引水渠改建及環(huán)境美化等綜合治理。

1.2 工程地質(zhì)

工程所在地段勘察最大揭露深度12 m，按巖性劃分為四層，自上而下分別為：一層填土（）：人工填筑的圍堤土體，成分較復(fù)雜，主要為粉土、含砂及礫石。厚度一般在3.5～4.0 m。

2 設(shè)計(jì)要求

文瀛湖水庫防滲改造包括垂直防滲和水平防滲。其中，堤基為垂直防滲，庫區(qū)南部“天窗”及隔水層較薄部位，采用水平防滲和垂直防滲相結(jié)合的防滲方案。水泥土防滲墻設(shè)計(jì)參數(shù)：28 d抗壓強(qiáng)度≥1 MPa，滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s，破壞比降≥200，彈性模量≤1 000 MPa。

3 水泥土防滲墻施工

垂直防滲采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻（以下簡稱水泥土防滲墻）。防滲墻深入相對隔水層二層粉土（北部）及四層粉質(zhì)粘土（南部）1 m，防滲墻厚度為0.3 m。局部輔以高壓噴射灌漿（旋噴）防滲墻，用于連接堤上縱向防滲墻與堤上建筑物的防滲封閉。此外，對于圍堤局部地段有孤石及地下障礙物處均采用旋噴防滲墻與兩側(cè)水泥土防滲墻相接。

3.1 水泥土防滲墻防滲方案

3.1.1 壩基、壩體垂直防滲

對圍堤用水泥土防滲墻施工，北部防滲墻進(jìn)入隔水層二層1 m，南部防滲墻進(jìn)入隔水層四層1 m。

3.1.2 庫內(nèi)滲漏“天窗”垂直防滲

防滲北部用二層作為隔水層，南部用四層作為隔水層，首先查明兩個(gè)隔水層的分布界限和范圍，其次查明庫區(qū)滲漏“天窗”分布范圍及界限。

庫區(qū)滲漏“天窗”處理，先在滲漏“天窗”周邊用水泥土防滲墻進(jìn)行防滲處理，防滲墻深入到隔水層四，“天窗”內(nèi)用防水毯進(jìn)行水平防滲，防水毯與防滲墻進(jìn)行搭接，垂直防滲墻與防水毯共同構(gòu)成“天窗”的防滲體系。

3.2 水泥土防滲墻施工工藝

使用多頭小直徑深層攪拌防滲樁機(jī)，就位調(diào)平，啟動(dòng)主機(jī)，通過主機(jī)的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主機(jī)上的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，以一定的推動(dòng)力把鉆頭向土層鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，提升攪拌到孔口。在鉆進(jìn)和提升的同時(shí)，用漿泵將水泥漿由輸漿管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體，經(jīng)過強(qiáng)制攪拌使土體與水泥拌合均勻，硬結(jié)后成為具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性并具有一定強(qiáng)度的水泥土防滲墻。

3.3 水泥土防滲墻施工方法

本工程設(shè)計(jì)防滲墻厚度為300 mm，深度不大于15.0 m，防滲墻總面積為88 067 m2。投入一次成墻設(shè)備BJS-18Y型樁機(jī)，采用兩序成墻工藝施工。依據(jù)施工設(shè)備技術(shù)參數(shù)，攪拌樁軸間距為320 mm，采用兩次成墻工藝，樁間搭接180 mm，搭接處最小墻厚達(dá)300 mm，單元墻長度960 mm。

掘攪水泥土防滲墻主要施工方法是：使用深層攪拌防滲型樁機(jī)，就位調(diào)平，啟動(dòng)主機(jī)，通過主機(jī)的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主機(jī)上的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，以一定的推動(dòng)力把鉆頭向土層鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，提升攪拌到孔口。在鉆進(jìn)和提升的同時(shí)，用漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體，使水泥漿和原土充分拌和完成一序墻的施工，縱向移動(dòng)主機(jī)，就位調(diào)平，進(jìn)行下一序墻的施工，多次重復(fù)上述過程形成一道水泥土防滲墻。作業(yè)程序如下：主機(jī)就位并調(diào)試，安裝水泥漿液制備系統(tǒng)；主機(jī)調(diào)平，制漿系統(tǒng)同時(shí)拌制水泥漿；啟動(dòng)主機(jī)，使多鉆頭同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)并向下鉆進(jìn)，同時(shí)開啟輸漿系統(tǒng)，邊攪拌鉆進(jìn)邊噴漿直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度；反轉(zhuǎn)提升并攪拌噴漿到地面，完成一序墻的施工，樁機(jī)向前移動(dòng)160 mm，進(jìn)行第二序施工，兩序墻都完工后，即完成一個(gè)單元的施工；樁機(jī)整機(jī)沿預(yù)定的方向向前移動(dòng)800 mm，進(jìn)行第二個(gè)單元墻的施工，如此連續(xù)作業(yè)，最終形成一道具有一定強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性的水泥土防滲墻。

3.4 水泥土防滲墻施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.4.1 施工前控制

地質(zhì)復(fù)勘，沿壩軸線每50 m打一先導(dǎo)孔，由監(jiān)理見證，施工人員現(xiàn)場測量巖芯長度，劃分地層，確認(rèn)透水層與相對不透水層或弱透水層分界線，決定防滲墻深度。

經(jīng)室內(nèi)和生產(chǎn)試驗(yàn)并經(jīng)設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)，施工中水泥摻入比按12%，水灰比按1.8∶1控制施工。鉆進(jìn)提升速度：鉆進(jìn)速度0.3～1.3 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。機(jī)架垂直度：機(jī)架偏斜誤差0.2%。

3.4.2 施工過程控制

配制水泥漿：嚴(yán)格按照擬定的水灰比配制水泥漿，水泥漿液隨配隨用，灰漿攪拌機(jī)同時(shí)不斷攪動(dòng)，制備好的漿液不得離析。停置時(shí)間：當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí)超過2 h，10℃以下時(shí)超過5 h均應(yīng)按廢漿處理。樁機(jī)就位、調(diào)平：樁位偏差在10 mm內(nèi)；施工前對場地進(jìn)行平整，保證樁機(jī)調(diào)平后穩(wěn)固不發(fā)生傾斜、移動(dòng)，保證樁體的垂直度。鉆進(jìn)：在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)土層情況保持適當(dāng)?shù)你@進(jìn)速度，一般在0.3～1.3 m/min，為減少鉆進(jìn)阻力，鉆進(jìn)時(shí)適量噴漿。樁機(jī)安裝深度自動(dòng)記錄儀，嚴(yán)格按照施工要求控制下鉆深度、噴漿面停漿面，確保樁長、深度。提升噴漿攪拌：在提升過程中，控制提升速度，0.8～1.2 m/min，提升速度和輸漿量相匹配且輸漿連續(xù)，并有專人記錄。樁機(jī)移位：沿施工方向每10～15 m設(shè)置軸線控制線，設(shè)備沿軸線控制線移動(dòng)，對位按定位標(biāo)尺距離移動(dòng)，確保軸線偏差和樁位偏差控制在允許范圍內(nèi)。

為確保成墻厚度，鉆頭直徑使用350 mm并定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不大于10 mm，否則進(jìn)行補(bǔ)焊。

相交樁體時(shí)間不超過16 h，特殊原因超過16 h，采取貼樁處理措施。

特殊情況處理：在掘攪水泥土防滲墻施工過程中遇到塊石、地下涵洞等地下障礙物無法施工時(shí)，先施工至障礙物深度或暫時(shí)跳過障礙物施工，以后采用高噴灌漿處理。

3.5 水泥土防滲墻質(zhì)量檢測結(jié)果

在水泥土防滲墻取樣54組、高噴防滲墻取樣32組，檢測抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、破壞比降和彈性模量，檢驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，具體見表1。

表1 水泥土防滲墻有關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)及檢測結(jié)果

4 工程完工后觀測資料分析

4.1 初期運(yùn)行監(jiān)測資料分析

2012年，通過御河干渠從御河河道引水200萬m3，從孤山水庫引水800萬m3，通過冊田供水管道從冊田水庫引水700萬m3，共引水1 700萬m3，蓄水9個(gè)月，目前庫存水量800萬m3。不考慮沿程損失和初始地下庫容，初步估算日損失水量3.3萬m3。

從水庫水位觀測資料分析，水位1 048.1 m（對應(yīng)水面面積302萬m3），水位日下降0.01 m（連續(xù)3 d），日損失水量3.02萬m3。水庫改造前日滲漏量7.9萬m3，說明水庫防滲效果明顯。

4.2 2016年水庫滲漏分析

2016年文瀛湖水庫日滲漏量用水量平衡法計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 2016年文瀛湖水庫日滲漏量

4.3 庫區(qū)周圍地區(qū)的浸沒定性分析

庫水位抬高必然引起庫區(qū)周圍地下水位上升，當(dāng)?shù)叵滤簧叩脚R界高程以上時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)以下情況：一是將使森林死亡，旱田作物受澇，并可能引起農(nóng)田鹽堿化；二是黃土地區(qū)或土質(zhì)較松軟的地區(qū)可能引起建筑物地基不均勻沉陷，發(fā)生裂縫甚至倒塌；三是可能形成局部沼澤地區(qū)，使環(huán)境衛(wèi)生條件惡化；四是地下水位的抬高還會(huì)影響庫區(qū)附近城鎮(zhèn)排水也可能增加礦井積水。

從文瀛湖水庫2012—2016年連續(xù)5年的觀測情況看，一是壩后無滲水現(xiàn)象，防治效果明顯；二是周邊地區(qū)5年期間建了五大場館、太陽宮及住宅小區(qū)若干，無一處有滲水而影響工程施工的現(xiàn)象發(fā)生，說明無浸沒損失發(fā)生。

5 結(jié)論

文瀛湖水庫經(jīng)防滲改造，對圍堤進(jìn)行了垂直防滲處理，對庫區(qū)滲漏“天窗”采取垂直防滲與水平防滲相結(jié)合的方案，將原有的滲漏通道截?cái)?，徹底根治了庫區(qū)蓄水后因圍堤滲漏形成的庫外庫現(xiàn)象；起到了比較好的防滲效果。根據(jù)對庫區(qū)改造后的觀測資料分析，文瀛湖水庫經(jīng)防滲、除險(xiǎn)加固工程措施后，壩（堤）體安全穩(wěn)定，側(cè)向滲漏量、垂直滲漏量滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了工程目的，說明多頭小直徑深層攪拌樁水泥土防滲墻在大同市文瀛水庫的應(yīng)用是成功的，可為今后類似工程提供借鑒。

TV52

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1004-7042（2017）10-0036-03

王天云（1960-），男，1983年畢業(yè)于太原工學(xué)院學(xué)校水利水電工程建筑專業(yè)，工程師。

2017-08-14；

2017-09-26