雙輪銑深層攪拌法(CSM)防滲墻在復(fù)堤堵口中的應(yīng)用

張曉臻

(福建省泰成建設(shè)工程有限公司，福建 龍巖 366300)

1 地下連續(xù)墻傳統(tǒng)施工技術(shù)與工藝存在的問題

長期以來，在水利、市政與公路等工程建設(shè)中，地下連續(xù)墻施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于防滲墻、擋土墻或者樁基礎(chǔ)等主體結(jié)構(gòu)施工。傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻施工主要采用高壓旋噴樁、射水成槽灌注混凝土、抓取成槽灌注混凝土等施工方法。但是，這種傳統(tǒng)的施工方法存在以下幾個問題。

(1)在施工過程中造成大量的施工廢渣、廢水，污染水源、影響施工環(huán)境。

(2)遇到特殊的地質(zhì)條件(如軟土、淤質(zhì)土、強透水層)容易造成塌孔，甚至發(fā)生安全事故；如果遇到巖石地層導(dǎo)致施工難度大，影響工程進度。

(3)在處理相鄰墻段的結(jié)合墻時，防滲漏水問題突出。還存在能耗大、工作效率低等問題。

總之，傳統(tǒng)連續(xù)墻的施工技術(shù)與工藝在防滲、安全、節(jié)能、環(huán)保、效率方面都存在弱點和不足，已不能滿足當前施工技術(shù)要求，通過改進施工技術(shù)與工藝、引進先進的施工設(shè)備，實現(xiàn)綠色環(huán)保智慧施工是工程實踐中的重要研究內(nèi)容。

2 雙輪銑深層攪拌法施工技術(shù)

“雙輪銑深層攪拌法”地下連續(xù)墻施工，簡稱CSM，彌補了傳統(tǒng)地下連續(xù)墻施工技術(shù)的不足。該技術(shù)能滿足質(zhì)量穩(wěn)定、安全實用、節(jié)能環(huán)保、提高工作效率的要求，并很好地解決了地下連續(xù)墻相鄰墻結(jié)合處防滲漏水的問題[1- 2]。雙輪銑(CSM)是一種新型工法的名稱。雙輪銑深層攪拌設(shè)備有2種：導(dǎo)桿式和懸吊式，導(dǎo)桿式雙輪銑深層攪拌設(shè)備可以銑削掘進攪拌深度達45m，懸吊式雙輪銑深層攪拌設(shè)備銑削掘進攪拌深度可達65m。

2.1 技術(shù)原理

CSM工藝原理：①通過二組雙輪銑攪拌頭對原狀地層的銑削與攪拌；②通過空壓機噴射高壓氣體；③通過注漿泵注入水泥漿。集銑削、注漿、攪拌于一體，由原狀土、水泥漿、固化劑等材料構(gòu)筑成具有力學(xué)性能及防滲效果的地下墻體[3]。這種工藝直接由地下連續(xù)墻原狀土與水泥漿攪拌而成，不需要建造槽孔導(dǎo)墻及泥漿池，沒有棄渣、廢液；工藝簡單、使用便捷，滿足綠色環(huán)保、高效施工的要求。

2.2 施工流程

場地清理—整平壓實—測量放樣—開挖導(dǎo)槽—設(shè)備就位—安裝調(diào)試—銑削掘進—噴漿攪拌—回轉(zhuǎn)提升—成墻移機。根據(jù)工程量備好施工材料，清理施工現(xiàn)場，把安放雙輪銑槽機械設(shè)備的場地整平壓實，確保有足夠的施工平面寬度。根據(jù)圖紙在防滲墻位置測量放樣，然后安裝機械設(shè)備并定位調(diào)試，隨后開始銑削掘進，噴漿攪拌，達到設(shè)計深度后提升噴漿攪拌頭，成墻后移機到下個槽段繼續(xù)施工[4- 6]。

2.3 技術(shù)要點

CSM工藝原理是根據(jù)設(shè)計圖紙控制雙輪銑攪頭銑削長度、深度，根據(jù)地下連續(xù)墻的設(shè)計強度控制攪拌速度、噴射壓力、漿液稠度與流量；利用原狀土、水泥漿、固化劑等材料構(gòu)筑具有一定力學(xué)性能及防滲效果的墻體。其主要技術(shù)要點如下。

(1)墻體軸線控制。為了確保地下連續(xù)墻的軸線偏差控制在±10cm以內(nèi)，在開始銑削時應(yīng)對銑頭定位。

(2)墻體垂直度控制。在雙輪銑深層攪拌設(shè)備銑頭內(nèi)部安裝垂直度監(jiān)測裝置，控制傳動桿銑頭垂直度。

(3)銑輪轉(zhuǎn)速控制。開機時由慢到快，控制銑進速度約為1.2～1.4m/min。到達設(shè)計深度時，延時約10s，在墻體深度以上2～3m范圍以內(nèi)重復(fù)提升1～2次，然后慢慢提升，速度控制在0.28～0.5m/min以內(nèi)。

(4)銑削深度控制。其銑削深度控制在設(shè)計深度的±20cm以內(nèi)。

(5)注漿量的控制。注漿量應(yīng)通過實驗段參數(shù)計算確定，一般通過提升速度、注漿壓力與流量控制注漿量，注漿壓力一般控制在2.0～2.5MPa。

(6)水灰比控制。防汛墻漿液水灰比一般控制在1.0～2.0之間。

2.4 技術(shù)亮點

(1)參數(shù)控制簡單、施工精度高。雙輪銑深層攪拌設(shè)備裝有性能先進的監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備自動化程度高，可以實時采集顯示墻體的垂直度、噴漿量、鉆進與提升速率、施工深度等詳細的施工參數(shù)，施工人員可以實時掌握和修正，參數(shù)控制直觀、簡單、施工精度高。

(2)攪拌方式獨特、墻體質(zhì)量好。雙輪銑以大刀片垂直旋轉(zhuǎn)的方式銑削、攪拌原位土體，單幅槽長度可達280cm，寬度可達64cm；形成的矩形槽段墻體平整、連續(xù)，墻體接頭呈鋸齒狀無縫搭接；質(zhì)量更有保證，力學(xué)性能及防滲效果好，墻體滲透系數(shù)可達n×10-8cm/s。

(3)工序優(yōu)化集成、施工速度快。傳統(tǒng)的防滲墻成墻方法，如抓取成槽法，需要經(jīng)過導(dǎo)墻建造、泥漿制備、挖槽棄渣、清孔換漿、生產(chǎn)運輸和灌注水下混凝土等諸多工序，施工環(huán)節(jié)多、工效低；高壓旋噴成墻，因樁徑小，形成同槽幅寬的防滲墻所需時間更長，工作效率則更低。而雙輪銑深層攪拌法，在設(shè)備就位后，通過鉆進和提升，銑削、注漿攪拌原位土體直接成墻，單幅成墻長度可達280cm，成墻效率大大提高，在密實砂卵石地層施工，每天可完成約400m2，是傳統(tǒng)施工方法的2～3倍，如單純在軟土層施工，其工作效率更高。

(4)能源消耗減少、施工更環(huán)保。雙輪銑深層攪拌法施工，施工設(shè)備投入少，節(jié)約了動力能源、減少了碳排放。因充分利用原位土體噴漿攪拌成墻，不置換土體、無施工廢渣，不制備泥漿、無施工廢液，不灌注混凝土、無砂石料消耗，能有效節(jié)約資源、保護環(huán)境。以每萬平米防滲墻施工為例，雙輪銑與其他傳統(tǒng)的成墻方式相比較，可減少工程棄渣5000m3、減少砂石材料消耗5900m3、減少外加劑和摻和料消耗近100t。雙輪銑深層攪拌與液壓抓斗能耗對比見表1。

(5)設(shè)備性能優(yōu)異、適用范圍廣。①可完成較大深度地下連續(xù)墻的施工。②可廣泛適用于不同地質(zhì)條件，地層適應(yīng)性強[7]。雙輪銑設(shè)備導(dǎo)桿采用加壓系統(tǒng)，銑頭刀具采用合金材料，設(shè)備扭矩大，削掘性能高，可削掘密實土層、砂卵礫石層、15MPa巖層等硬質(zhì)地層，入巖能力強，能夠截斷地下水通過墻底風(fēng)化巖進行滲透的途徑；③可貼近建筑物施工。雙輪銑深層攪拌施工，在鉆進提升過程中攪拌原位土體成墻，不存在塌孔風(fēng)險，施工震動對周邊建筑物基礎(chǔ)擾動小，不影響建筑物安全。

3 工程實例探討

3.1 工程簡介

蓮北圩位于饒河下游左岸、鄱陽湖東北岸，坐落在鄱陽縣蓮湖鄉(xiāng)境內(nèi)。圩堤起自四望湖，沿饒河止于小鳴湖，堤線總長17.425km。蓮北圩保護面積4166.67hm2，保護耕地面積1533.33hm2，受益人口5.08萬人，屬江西省鄱陽湖區(qū)保護面積萬畝以上的單退圩堤。進入汛期以來，江西省遭受多輪強暴雨洪水，五河來水劇增，鄱陽遭遇超1998年的特大洪澇災(zāi)害侵襲。2020年7月12日，蓮北圩水位超進洪水位20.00m，進洪堰在進洪過程中，樁號7+190～7+430堤段發(fā)生潰決，潰口長約240m，圩內(nèi)1533.33hm2耕地受淹，群眾生產(chǎn)生活秩序受到嚴重破壞，造成歷史性損失。當前，鄱陽湖水正高位緩?fù)耍?020年8月某省水利規(guī)劃設(shè)計研究院受鄱陽縣水利局委托，開展鄱陽縣蓮北圩復(fù)堤堵口方案設(shè)計工作，并及時出具了潰口封堵方案。根據(jù)潰口封堵設(shè)計方案，開展前期準備工作，并制定本施工方案，待外河水位下降，具備條件即可開始堵口施工。

表1 雙輪銑深層攪拌與液壓抓斗能耗對比

3.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)施工前期地勘資料及施工先導(dǎo)孔鉆探取芯顯示，蓮北圩復(fù)堤地質(zhì)鉆探芯樣分4層，第一層為本次回填黏土(高程范圍13.0～20.5m)，第二層為砂層(沖坑回填砂與原狀砂界限不明，芯樣無法判斷具體分界點，高程范圍-5.8～13.0m)，第三層為砂礫石層(礫石直徑5～8mm，高程范圍-6.6～-5.3m)，第四層為基巖層(紅砂巖，基巖面高程為-6.6～-6.1m)。

3.3 施工組織與安排

根據(jù)探明的工程地質(zhì)情況，組織安排蓮北圩復(fù)堤堵口施工。本工程采用CSM工法進行堵口防滲墻施工，選用導(dǎo)桿式雙輪銑深層攪拌設(shè)備，采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥等施工材料，組織施工隊伍進行堵口施工。設(shè)計堵口堤防施工長度275m，堤頂寬度7m，在堤防頂迎水面2m位置新建防汛墻，墻厚0.60m，平均墻深33.5m，墻體面積約9300m2。根據(jù)導(dǎo)桿式雙輪銑深層攪拌設(shè)備的正常工作效率，一般每天可完成約400m2；所以計劃安排一臺導(dǎo)桿式雙輪銑攪拌設(shè)備能滿足施工要求。墻體施工從上游向下游每2.8m長分段推進施工，墻體施工工期安排30d。施工前沿防滲墻軸線每隔50m進行先導(dǎo)孔鉆芯取樣，獲取施工參數(shù)。若發(fā)現(xiàn)實際地質(zhì)情況與地勘報告不符，應(yīng)及時向業(yè)主單位反映并與相關(guān)單位研究調(diào)整方案。設(shè)備就位后，先進行成墻試驗，以確定設(shè)備、工藝及各項參數(shù)，試驗段孔數(shù)應(yīng)不少于4孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔各2孔。經(jīng)檢查驗收合格后，按照試驗參數(shù)進行后續(xù)施工。

根據(jù)設(shè)計有關(guān)資料、工地現(xiàn)場查勘情況以及工程的性質(zhì)和特點，本工程施工總工期計劃為150d，即2020年10月10日開工，2021年3月10日前竣工。

3.4 施工工藝主要控制點

首先準確定位銑頭，將雙輪銑攪拌鉆機的銑頭定位于墻體中心線上。偏差控制在允許范圍內(nèi)。同時控制垂直精度，采用經(jīng)緯儀進行三支點樁架垂直度的初始零點校準，如果發(fā)現(xiàn)垂直度不能保證，現(xiàn)場操作員可以通過自動平臺觸摸屏，及時調(diào)整銑頭的狀態(tài)。在掘進過程中，要嚴格按照試驗獲取的參數(shù)操作：防滲墻漿液水灰比一般控制在1.0～2.0(本工程水灰比通過室內(nèi)試驗確定)。注漿壓力一般為2.0～2.5MPa，水泥漿液嚴格按配合比制作，漿液不能發(fā)生離析?，F(xiàn)場質(zhì)檢員對水泥漿液進行檢驗，內(nèi)容為：比重、黏度、穩(wěn)定性、初凝、終凝時間[8- 9]。凝固體的物理性能試驗為：抗壓強度、滲透系數(shù)。水泥漿液隨配隨用，保證漿液質(zhì)量滿足要求。掘進速度控制在約1.2～1.4m/min，通過在導(dǎo)桿上標示刻度來控制深度，確保達到設(shè)計深度。提升不能太快，以避免形成真空負壓，孔壁塌陷，造成墻體空隙?？刂圃诩s0.28～0.5m/min，全程氣體不得間斷。還要經(jīng)常檢查銑頭刀片磨損情況，測量刀片外徑，以保證成墻厚度。

特殊情況處理：供漿必須連續(xù)。一旦中斷將銑削頭掘進至停供點以下0.5m(因銑削能力遠大于成墻體的強度)，待恢復(fù)供應(yīng)時再提升。因故停機超過30min時要清洗泵體和輸漿管路。

施工記錄與要求：及時填寫現(xiàn)場施工記錄，每掘進1幅位記錄一次在該時刻的漿液比重、下沉?xí)r間、供漿量、供氣壓力、垂直度及樁位偏差。

3.5 施工注意事項

3.5.1 施工準備階段

(1)防滲墻施工前，根據(jù)工程用途、規(guī)模、工期、安全、環(huán)境保護要求等情況，結(jié)合施工條件(包括機械設(shè)備和材料的運輸路線、施工場地、作業(yè)空間等)，地質(zhì)情況(包含地層構(gòu)成、土性、地下水等)及周圍環(huán)境條件等因素編制施工方案。

(2)施工現(xiàn)場進行場地平整并確保足夠的寬度，及時清除施工區(qū)域表層的硬、雜物，現(xiàn)場道路地基的承載能力應(yīng)滿足雙輪銑深攪設(shè)備平穩(wěn)操作和移動的要求。

(3)雙輪銑攪拌墻施工前，應(yīng)按照攪拌墻布置圖測量放樣并復(fù)核驗收。根據(jù)確定的施工順序，安排配套機具、水泥等物資的放置位置。

(4)雙輪銑深攪設(shè)備及其他輔助設(shè)備安裝后要先調(diào)試，確保設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)。

(5)施工前應(yīng)進行成墻試驗，獲取攪拌下沉和提升速度、水泥漿液水灰比等工藝參數(shù)。

3.5.2 攪拌施工

(1)雙輪銑攪拌墻與等厚度水泥土攪拌墻施工時銑輪就位應(yīng)對中，平面允許偏差應(yīng)為±20mm，并對立柱導(dǎo)向架進行設(shè)備自調(diào)，同時用2臺經(jīng)緯儀在X、Y 2個方向進行校正。

(2)按照試驗確定的參數(shù)控制攪拌下沉速度和提升速度，并保持勻速下沉或提升，以保證雙輪銑攪拌墻的成墻質(zhì)量。

(3)水泥漿液水灰比應(yīng)按試驗獲取的參數(shù)拌制，并應(yīng)通過濾網(wǎng)倒入具有攪拌裝置的貯漿桶或貯漿池，防止?jié){液產(chǎn)生離析。漿液泵送量應(yīng)與攪拌下沉或提升速度相匹配，保證攪拌墻中水泥摻量的均勻性[8]。

(4)施工時泵壓應(yīng)控制在2.0～2.5MPa，氣壓控制在0.5～0.8MPa。

(5)經(jīng)常檢查銑輪的寬度，銑輪磨損量≤10mm。以保證攪拌墻的設(shè)計寬度。

(6)若長時間停止施工，應(yīng)及時對壓漿管道及設(shè)備進行清洗。

總體質(zhì)量目標：單元工程驗收全部合格。

墻體抗壓強度：R=1～5MPa。墻體滲透系數(shù)：K≤1×10-6cm/s。墻頂高程、深度、墻厚：不小于設(shè)計值。搭接：滿足最小有效墻厚要求。

4 實施效果分析

采用雙輪銑深層攪拌防滲墻施工技術(shù)，對鄱陽縣蓮北圩復(fù)堤堵口工程共9500m2的防滲墻進行了施工，防滲墻施工成墻28d后，進行了開挖檢查、取芯檢驗、注水試驗。結(jié)果表明：雙輪銑深層攪拌防滲墻，墻體密實、均勻、連續(xù)、平整，芯樣完整，不同地層芯樣強度均滿足設(shè)計要求，墻體滲透系數(shù)8×10-8cm/s，防滲止水效果良好，完全達到了預(yù)期效果。

5 社會經(jīng)濟效益比較和前景

經(jīng)過對防滲墻不同施工工藝成本的比較，雙輪銑深層攪拌法經(jīng)濟性優(yōu)于高壓旋噴防滲墻，節(jié)省成本約15%，工作效率是高噴的2～3倍，按面積比較，雙輪銑經(jīng)濟性略低于抓取法，但其墻體較抓取法厚，按成墻體積比較，經(jīng)濟性則比塑性混凝土防滲墻高出約30%，工作效率約是抓斗的2倍。

通過對鄱陽縣蓮北圩復(fù)堤堵口防滲墻的施工檢測，結(jié)果表明：雙輪銑深層攪拌法(CSM)能夠保證工程質(zhì)量、加快施工進度、施工安全保障性高、有效減少了對環(huán)境的污染，達到了質(zhì)量穩(wěn)定、安全高效、節(jié)能環(huán)保的綠色施工要求。

該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，可推廣運用在防滲墻工程、圍堰工程、擋墻支護(可插入型鋼)工程、地基處理、土體加固、地質(zhì)改良、土壤修復(fù)等項目中。

6 結(jié)語

綜上所述，通過本文對雙輪銑深層攪拌法(CSM)防滲墻技術(shù)在鄱陽縣蓮北圩復(fù)堤堵口項目工程項目中的應(yīng)用研究可知，該施工技術(shù)作為一項綠色生態(tài)、科學(xué)實用的施工技術(shù)，借助先進的施工設(shè)備，以其獨有的工藝優(yōu)勢成功克服了傳統(tǒng)施工技術(shù)的弊端，具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)、施工精度高、成墻進度快、墻體功效佳、地層及場地適應(yīng)性強等顯著特點，并且技術(shù)成熟、工藝可靠，因此，該項技術(shù)值得在今后相關(guān)工程建設(shè)中進行推廣和應(yīng)用，但需注意的是，每項工程的實際情況存在差異，相關(guān)施工人員在施工過程中需加強各環(huán)節(jié)的控制，確保每一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量符合要求方可進行下一步驟，以此避免存在潛在問題，從而保證工程的整體質(zhì)量。