固化剂对深层搅拌防渗墙质量的影响

王 丰

( 新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐830049)

1 深层搅拌成墙技术简介

深层搅拌成墙技术是利用水泥或其他材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在土壤深处将需加固的土体与固化剂强制搅拌，使固化剂与土壤产生一系列物理化学反应，使土壤硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的防渗体。深层搅拌施工工艺是利用专用机械向土壤中注入水泥浆( 或石灰、粉煤灰等其它添加剂) ，通过强制搅拌，从而提高基础的强度和防渗能力是一种新的防渗技术。目前，已广泛应用在水利工程以及其他的防渗加固工程中。

深层搅拌成墙技术的关键是针对工程各种土的性质，选择合适的固化剂及外掺剂，确定不同的配比参数。深层搅拌防渗加固技术具有设备简单、操作方便、无振动、无噪声、无污染、加固费用低等特点。

根据目前的深层搅拌成墙技术的施工工艺，搅拌墙可布置成柱状、壁状和块状3 种型式，在防渗加固工程中主要采用采用壁状式，壁状式是将相邻搅拌墙部分重叠搭接即成为璧状加固型式，形成水泥土防渗墙，这种墙具有较高的抗渗性能，可以成为良好的防渗体。

深层搅拌成墙技术最适宜加固各种成因的饱和软黏土，常用于淤泥、淤泥泥质土、黏土、亚黏土等地层的防渗加固，成墙深度可达15 ～18 m。具有施工速度快，一般每台深层搅拌机建造搅拌墙截渗墙的工效达13．2 m2/台·h。造价低，只有混凝土墙截渗、高喷水泥土墙造价的30%左右。

2 固化剂的选择

深层搅拌成墙固化剂一般都选用水泥，也可选用其他的添加材料比如:石膏、粉煤灰等。根据我们在已加固的水库工程实践中得出:水泥的掺入量是被加固土重的7% ～15%，每加固1 m3土，掺入水泥约110 ～160 kg。添加剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、节省水泥等性能的材料(一般多选择粉煤灰)，为增强流动性可掺入水泥重量0．2% ～0．25%的木质磺酸钙，1%的硫酸钠和2%的石膏，水灰比为0．43 ～0．5。

3 质量控制与检验

3.1 质量控制

施工使用的固化剂和添加剂必须先通过室内试验得出的结果，再根据实际工程情况进行现场检验，最后才能确定出所需控制的各项控制指标进行施工。固化剂的配比应严格按现场试验所确定的配比进行拌制。当制备好的浆液送入土壤中，浆液不得产生离析现象，必须连续进浆。在施工中浆液的用量、固化剂与添加剂的用量以及搅拌的时间等应有专人记录( 通常采用电脑控制) 。

在施工中应修建施工平台并保证设备的平整度和垂直度，搅拌墙的垂直度偏差≤1．0%，墙位偏差≤50 mm。搅拌过程中不宜加水，只有当遇到较硬土层时，方可加适量的水，但应考虑到水对墙体强度的影响，在不影响墙体质量的情况下适量加水。

3.2 质量检验

施工前应检查水泥及外掺剂的质量、墙位、搅拌机工作性能，各种计量设备( 主要是水泥浆计及其他计量装置) 。

在施工中应随时检查:机头提升速度，水泥注入量、添加剂的注入量，并随时观测搅拌墙的深度及标高确定是否达到设计要求。

当搅拌墙在成墙7 d 后，用轻便触控器钻取墙体加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数，用对比法判断墙身强度。检验的数量应不少于已完成数的2%。当搅拌墙在成墙28 d 后，应随机抽取合适部位进行开挖，对墙体进行观察并取墙体土样在室内进行强度、渗透系数的试验，检验的数量应≥3 组。具体水泥土搅拌墙质量检验标准，见表1。

表1 水泥土搅拌墙质量检验标准

3.3 应用实例

该项技术自2002年应用以来，已经在新疆呼图壁县大海子水库、英吉沙县阿克尔水库、麦盖提县吉仁力玛水库、疏附县红旗水库、吉木萨尔县八家地水库、图木舒克市永安坝水库等20 余座水库的除险加固防渗工程中得到了应用，并取得了良好的社会效益和经济效益。

3.3.1 试验内容

在上述工程中我们根据不同的被加固土质进行了室内、野外试验，分析在同种土质中水泥、粉煤灰掺量分别对搅拌墙的强度、渗透系数的变化。通过分析得出同种土质在掺入同样比例的水泥和粉煤灰后搅拌墙的强度和渗透系数之间的变化关系。

在实际工程中，试验过程可分为两部分进行:室内试验和野外试验:

1) 室内试验。在室内分别对砂土、黏土、细砂3 种土质的水灰比进行试验，在试验结果中可以看出，对黏土而言，水泥土试样的渗透系数最小，值为2．3×10－8cm/s，90 d 强度最大，值为3．67 MPa;水灰比为2．23∶1∶0;的水泥土试样的渗透系数为2．5×10－7cm/s，90 d 强度为3．65 MPa;水灰比为4．4∶1∶1。综合水灰比和渗透系数两个指标考虑，可以确定黏土的水灰比为2．23∶1∶0。对细砂而言，最优的水泥土试件，其渗透系数为3．9×10－7cm/s，水灰比为3．8∶1∶1。对砂土而言，只做了一组试验，其渗透系数满足抗渗要求为7．6×10－7cm/s。

2) 野外试验。在室内试验的基础上选择合理的配合比，将其与野外试验相结合，进行现场搅拌墙试验，取出墙体土样，进行抗压强度试验和抗渗试验，与其室内试验指标进行比较，得出符合工程实际的最优配合比并应用到工程中。

3.3.2 相同土质的水泥添加量试验

在上述工程中我们根据不同的被加固土质进行室内试验，分析在同种土质中水泥的添加量，当水泥掺量分别为10%、15%、20%时，其中当粉煤灰掺量分别为水泥用量的50%、100%时，水泥土的渗透系数分别发生不同的变化。通过分析得出掺入同样比例的水泥和粉煤灰，水泥土的强度和渗透系数之间的变化关系。

根据室内试验结果，制定出工程现场试验方案，进行不同水灰比的试验，在搅拌墙内用取样器取出3 组不同深度的试样进行试验。

野外水泥浆配比试验方案:

水泥配比设计试验组合:6 组试验段每组12 根双排组合墙深8 m。

a 水灰比1∶1 测试项目取样时间:7、28、90 d

b 水灰比1∶2．5 测试项目取样时间:7、28、90 d

c 水灰比1∶1．5 测试项目取样时间:7、28、90 d

28 d 压水试验90 d 破坏试验

d 水灰比1∶1 参入等量粉煤灰

e 水灰比1∶1．5 参入等量粉煤灰

水泥用2．5R 普通硅酸盐水泥，采用库内水。

3.4 试验结果

1) 分别在黏土和细砂中，掺入同样比例的水泥和粉煤灰，细砂水泥土的强度高于黏土水泥土强度，在试验中可以看出90 d 强度试验高于28 d 的46．8%，渗透系数在同一数量级，没有大的差异。

2) 无论是砂土、细砂或黏土，从同一配合比的水泥土的后期强度中可明显看出，90 d 的强度将高于28 d 的强度。

3) 在黏土中，相同的水泥掺量10%，加入不同掺量的粉煤灰(5%和10%) ，从试验结果中得出:28 d 强度基本相同，90 d 强度增长25%，但渗透系数增长一个数量级。

4)在细砂中，相同的水泥掺量10%，不同的粉煤灰掺量为5%、10%，从试验结果中可以得出:90 d 强度分别为0．97、2．6、4．2 MPa，因此，强度是随着粉煤灰的掺量的增加而增加。

5) 在黏土中水泥土的强度与水泥掺量成正比，水泥掺量为10%的90 d 最高强度为1．9 MPa，平均90 d 强度1．4 MPa，因此，在黏土土质中，墙体的水泥掺量为10% 时，强度值＞3 MPa 是不可能的。

6) 在黏土中，墙体水泥掺量为15%时，90 d 平均强度为3．78 MPa。

7) 在细砂中，墙体水泥掺量为15%时，90 d 平均强度为2．88 MPa，当掺入适量的粉煤灰时，强度明显增加。

8) 无论是黏土水泥土还是细砂水泥土，当水泥掺量为20%时，90 d 的抗压强度能达到＞4 MPa。

4 结 论

从以上试验分析可以得到以下成果:

1) 当在墙体中水泥掺量为10% 时，强度指标为1 ～1．2 MPa，渗透系数为10－6。

2) 在墙体中，当水泥掺量为15%时，强度指标为3 MPa，渗透系数为10－6。

3) 在墙体中，当水泥掺量为20%时，强度指标为4 MPa，渗透系数为10－6。

4) 为提高墙体的后期强度和防渗效果建议: 掺入5% ～10%的粉煤灰。

［1］董哲仁. 堤坝除险加固实用技术［M］. 中国水利水电出版社，1998.

［2］新疆水利水电科学研究院. 新疆麦盖提县吉仁力玛水库除险加固工程初步设计［R］. 乌鲁木齐:新疆水利水电科学研究院，2008.

［3］新疆水利水电科学研究院. 新疆呼图壁县大海子水库除险加固工程初步设计［R］. 乌鲁木齐: 新疆水利水电科学研究院，2004.

［4］新疆水利水电科学研究院. 新疆英吉沙县阿克尔水库除险加固工程初步设计［R］. 乌鲁木齐: 新疆水利水电科学研究院，2006.