水泥土截渗墙在哈达山防护区中的试验研究

赵玉莲，尚殿钧

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

0 引言

“引松之水，润泽西部”的哈达山水利枢纽工程，是吉林省增产百亿斤商品粮能力建设的骨干水源工程。是以工农业供水为主兼顾生态环境保护、发电等综合利用的大Ⅰ型枢纽工程，是保障国家粮食安全、改善吉林西部水环境、振兴和发展松原地区工农业的大型基础工程。该工程设计年供水水量19亿m3，灌溉面积17.2万hm2，装机容量34.5 MW，年平均发电量1.1亿kW·h，年增产粮食能力8.609亿kg，总投资36亿元。

由于修建哈达山水利枢纽工程，将对沿岸的防洪排水工程带来不利影响，根据水库淹没区回水水面，工程完工蓄水后，库区左岸将有约16.5 km受到影响。其中原有二松堤防8.5 km堤段由于堤前水头加大，堤防长期挡水，运用方式发生变化，需要对堤防采取必要的加高、加固及防渗措施，才能保证原有的防洪能力及枢纽效益的正常发挥，堤防防渗处理是防护区工程中面临的关键技术问题。

该试验的完成不仅能解决当前工程存在的问题，而且对于水泥土截渗墙在类似工程中的应用有重要的现实意义。

1 水泥土截渗墙试验

1.1 基本情况

1.1.1 试验段施工设备

1）型号：SPM-5III25型三头一次成墙搅拌桩机；

2）设备动力：主电机2×45 kW；

3）最大钻进成墙深度：24 m；

4）钻头直径：350 mm。

1.1.2 试验段地质状况

地面以下0～3 m为砂土，3～10.5 m为中砂，10.5～15.3 m为砂砾，15.3 m以下为泥岩。

1.2 试验段施工情况

1.2.1 试验目的

水泥土截渗墙试成墙试验是为确定水泥土截渗墙施工的水泥掺入量、水灰比、入岩时间以及其它施工参数，并检验所选施工设备型号、性能是否能够满足设计要求。

1.2.2 设计指标

墙体抗压强度不小于1 MPa；弹性模量小于1000 MPa；渗透系数不大于 i×10-6cm/s；渗透破坏比降不小于100；成墙最小厚度200 mm。

1.2.3 试验段施工工艺流程

1）主机就位，钻头对准桩位并校正钻塔垂直度。

2）喷浆系统按试验施工组织设计水灰比，完成制浆操作后进行直喷。

3）传动系统驱动钻具正转钻进，喷浆系统进行喷浆，根据桩机负荷电流值（额度）判断入岩。

4）传动系统驱动钻机，反转提升，喷浆成桩至地基标高。

5）移动进入下一个桩位。

6）移动0.84 m后，对准桩位调平，重复1）-5）过程，完成第二组施工。

7）重复1）-6）进行另一种水灰比试验施工。

8）换一种水泥掺入比重复 1）-7），直到完成试验工程。

1.2.4 施工情况

1）施工准备。试验前项目部对试验区原地面高程进行测量，并用经纬仪放出截渗墙试验段定位轴线，钉桩并挂线，水泥浆检测用温度计、波美式比重计准备齐全。施工机械试运行一切正常。

2）垂直度、移位控制。施工中利用桩机上布设的水准管及铅垂有效的控制了桩机的垂直度，垂直度误差不大于5%，采用虚拟线法控制了桩机延轴线移动的横向偏差。

3）水泥浆质量控制。试验中项目部技术人员严格控制水泥浆液质量，制备的每罐水泥浆均取样检测其温度和比重，并详细记录。理论比重值为1.5水灰比水泥浆液1.38、1.2水灰比水泥浆液1.45，试验中实测比重值在理论值±0.02范围内波动，水泥浆液比重稳定。

4）钻头钻进及提升速度控制。根据钻头钻进情况结合钻头下沉速度，实时调整钻头下沉及转速控制档位，钻头提升控制在四档，确保搅拌均匀。

5）成墙情况。该次试成墙按试验段施工组织设计共施工64组桩，其中60组桩为正式试验桩。

1.2.6 其他情况

1）由于试验位置砂层较厚且密实、沙砾层后，三头桩机在施工过程中钻进阻力及反压力较大，钻机有时不能平稳工作。

2）由于基础局部存在砂砾层，为了穿透沙砾层，桩机钻进过程中需将钻机先提升二次钻进或多次提升再钻进，材料消耗增大，采取以上措施仍不能保证钻透砂砾层。

3）三头桩机在施工过程中在钻进砂层或砂砾层时，需注入压缩空气以避免夹钻，使用压缩空气或影响成墙效果。

1.2.7 试验检测情况

1）开挖检测。开挖深度4.5 m，可见墙体搅拌均匀、桩头连续完好、成墙外观质量较好、墙体较顺直，成墙厚度满足设计要求（大于200 mm）。

2）取样试验。根据试验施工组织设计按不同的水泥参入量及水灰比，每组墙分别取试块二组，共12组试块，经检测中心检测，所有试块强度、渗透系数均能满足设计要求。

1.2.8 试验结果

1）水泥参入量。该试验施工组织设计所选水泥参入量10%，12%，15%均能满足设计要求。

2）水灰比。该试验施工组织设计所选水灰比1.2∶1，1.5∶1 均能满足设计要求。

3）施工设备。该试验施工组织设计所选SPM-5III25型三头一次成墙搅拌桩机，基本能够完成现有地质情况水泥土截渗墙施工，但局部有无法钻进沙砾层情况。

2 结论

哈达山水利枢纽工程（一期）防护堤截渗墙方案通过试验论证后，在中、细砂中采用水泥土截渗墙技术可行、经济合理，但是穿越砾石层及下部密实度较高的含砾中砂层较为困难，需要采用大功率搅拌墙设备，实际施工中基础上层中、细砂层采用了水泥土截渗墙，下部砾石层采用了高喷灌浆封闭，水泥土截渗墙具有施工速度快、造价低等优点，在工程防渗处理中有着较为广泛的应用前景。

1）施工技术参数。由于现有地质条件复杂，局部粗砂层厚，并含有砾石、卵石，且地下水比较丰富，为更好保证成墙效果，水泥参入量宜选择15%或 12%，水灰比宜选择 1.2∶1。

2）施工设备。SPM-5III25型三头一次成墙搅拌桩机施工反压力大，桩机钻进阻力大（受力面积大），动力相对不足（2×45 kW电机分配至3个钻头30 kW/个钻头）,需要采用大功率搅拌桩机进行施工。

3）成墙厚度。因为岩面线较深并且地质条件不好，可以增加成墙厚度，更好满足成墙连续性需要。

4）下层基础处理措施。因堤防基础下卧砂砾层较厚，试验成墙未能全部通过，正式施工时需采取其它措施辅助成墙。

[1]周贺达等.哈达山水利枢纽工程初步设计报告[R].吉林：吉林省水利水电勘测设计研究院，008，9.

[2]李青云，介玉新，张家发，孙厚才.长江堤防深层搅拌水泥土防渗墙设计指标探讨[J].中国水利，2002（12）.

[3]李思慎.长江重要堤防隐蔽工程建设中的防渗处理[J].长江科学院院报增刊，2000（12）.

[4]张家发，吴昌瑜等.堤防加固工程中防渗墙防渗效果及应用条件研究[J].长江科学院院报，2001（5）.