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量控制。

　　關鍵詞：多軸深層攪拌防滲墻；厚中粗砂層；中間鉆頭噴氣；質量控制

　　1、工程基本情況及地質條件

　　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。

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

　　表1上埔堤堤基地質條件

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

　　　　2、防滲墻設計要求

　　設計采用多軸深層攪拌防滲墻技術進行處理，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%；

　?。?）墻頂中心線允許誤差為±30mm；

　?。?）墻深偏差不大于200mm；

　　（5）墻體的滲透系數應小于A×10-6cm/s（1＜A＜10），墻體90d齡期的單軸無側限抗壓強度抗壓強度應不小于0.5MPa；

　　3、改進方法及參數確定

　　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。

　　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，經過研究，結合地層情況，并根據試成樁的取芯效果，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)；結合本工程地質情況及施工工藝，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，成墻質量無法保證。參考其它工程經驗，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，產生孔斜并頻繁出現鉆進時噴漿孔堵孔現象，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，并多次出現埋管現象，嚴重影響施工進度。鉆頭提起后，檢查噴漿管，發(fā)現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，則水泥土結構離散性就越小，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，無法達到預防噴漿口堵塞的效果，如氣壓太高，則返漿量過大。通過現場試驗，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其它參數的確定

　　圖1鉆頭改進示意圖

　　根據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象，若有此現象，應及時通過四個支腿油缸調平。

　　4.3漿液參數及輸漿

　　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量，漿液比重控制在1.49～1.53g/cm3范圍內。

　　根據地層吃漿變化調整輸漿量和中間鉆頭氣壓，總輸漿量不小于設計要求。根據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控制鉆進、提升速度，并與攪拌軸轉速相協調。對于設計墻底高程以上2～3m范圍內或掘進達設計深度延續(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計墻體底部高程之差。

　　5、質量檢測

　　質量檢測采取開挖外觀檢查、取樣室內實驗等手段。

　　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)現開叉現象，樁輪廓垂直度在0.4%以內，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）。具體試驗數據見表2，表3[4].從試驗結果來看，深攪防滲墻滲透系數小于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，均滿足設計要求。

　　表2上埔堤深攪防滲墻芯樣室內滲透試驗數據匯總表

抽芯孔編號　取樣深度（m）　芯樣編組　滲透系數單個值（×10-8 cm/s）　滲透系數代表值
（×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抗壓試驗數據匯總表

　　6、結語

　　在粗砂層較厚的地質條件下進行深攪施工，采用中間鉆頭噴氣施工工藝，通過調整噴氣的壓力，能改變施工時含砂水泥土漿液的流動性。如能根據地層吃漿變化，調整噴氣壓力和輸漿量能經濟有效地填充地下孔隙。具體做法是：當吃漿量較大時，噴氣壓力調小，輸漿量增大；當吃漿量較小時，噴氣壓力調大，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構以及采用中間鉆頭噴氣的施工方法，成功地應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，滲透系數等參數均能滿足設計要求。