多头小直径深层搅拌桩防渗墙在水库大坝防渗工程中的应用

袁翠平 刘小刚 沈 昊

（1.南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210012；2.南京市水利建筑工程总公司一公司，江苏 南京 210012）

1 工程概况

卧龙山水库属中型水库，位于南京市溧水县北部低山丘陵区秦淮河支流二干河中游。水库主要建筑物有：主坝一座、灌溉输水涵洞一座和泄洪闸一座。

2009年水库大坝实施除险加固，根据勘察资料及水库运行情况，坝体亟需防渗处理。从技术可行、施工方便、经济合理的角度分析，对大坝位于桩号K0+007～K0+246范围采取多头小直径深层搅拌桩水泥土防渗墙的防渗方案。具体设计为：墙体厚度0.30 m，成墙深度 7.20～13.20 m，墙体深入坝基土内不小于1.0 m。

2 坝体防渗处理技术要求

2.1 施工技术要求

（1）固化剂。主剂采用不低于42.5级普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，水泥掺入量（占天然土重的百分比）为15%。

（2）水灰比。根据地质报告反映的土层性质、土的孔隙率、孔洞裂隙情况、土层含水量及室内试验数据确定水灰比采用0.5～2.0。

（3）桩头直径。20 cm，两钻孔中心距45 cm。

（4）搭接。设计要求的桩与桩之间搭接长度应不小于50 mm，随墙深增加相应增加搭接长度。

（5）垂直度。施工前应使桩机水平，使钻杆保持垂直，垂直度误差不大于1/300。

2.2 技术指标要求

（1）单轴抗压强度大于1.0 MPa；

（2）渗透系数k小于A×10-6cm/s（A=1～9）；

（3）渗透破坏比降大于45。

3 截渗墙质量检测

3.1 探坑位置

防渗墙墙体施工28 d后，在桩号K0+120和K0+180处截渗墙背水侧开挖2个探坑。

3.2 墙体外观质量检测

截渗墙施工中桩体材料搅拌的均匀性和各桩体间搭接厚度是影响截渗墙质量的关键所在。为此，现场采用开挖探坑对截渗墙外观质量进行描述，开挖后截渗墙外观质量叙述如下：

（1）桩号K0+120探坑。探坑长度5.20 m，深度2.1 m，经对墙体观察，水泥土截渗墙搅拌均匀并连续，桩体间连接性较好，截渗墙较为平顺，未发现墙体有蜂窝和孔洞等质量缺陷。

（2）桩号K0+180探坑。探坑长度5.0 m，深度2.3 m，经对墙体观察，该探坑水泥土截渗墙搅拌均匀且连续，桩体间搭接较好，截渗墙表面较为平顺，未发现施工质量缺陷。

3.3 墙体外观质量评价

从两个探坑开挖情况可知，每个探坑墙体均搅拌均匀且连续，桩体间搭接较好，墙体表面平顺，未发现孔洞、蜂窝和松散等工程质量缺陷。

4 墙体最小厚度

4.1 墙体最小厚度检测

水泥土搅拌桩截渗墙是由多桩体搭接组成，要求桩与桩之间有一定的搭接厚度。由于截渗墙最小厚度沿深度方向无法直接测试，即使在截渗墙两侧开挖试坑，也不易检测其厚度。本次通过在一侧开挖探坑，根据桩径是定值的特点，采用测量桩体间桩心距计算其截渗墙最小厚度的方法。

水泥土墙体最小厚度检测结果：通过现场对2个探坑墙体最小厚度检测，经计算水泥土截渗墙最小厚度（由于检测结果详表占用篇幅较大，文章中不列入）为：桩号K0+120探坑两桩间最小厚度平均值为32.9 cm，最小厚度为31.3 cm；桩号K0+180探坑最小厚度平均值为31.7 cm，最小厚度为30.0 cm。

4.2 墙体最小厚度检测结果分析

墙体平均最小厚度均满足设计值要求的30.0 cm，每个桩间检测最小厚度的最小值也满足设计要求，所有测点均达到设计标准。

5 水泥土截渗墙室内渗透性试验

分别对桩号 K0+040、K0+120、K0+125、K0+180和 K0+185水泥土试样进行室内试验，试验成果统计列于表1中。

桩号 K0+040、K0+120、K0+125、K0+180、和K0+185水泥土截渗墙墙体试块测得各组渗透系数在1.57E-07～7.45E-07 cm/s之间，均满足设计要求的 k＜1E-06 cm/s。

6 水泥土无侧限抗压强度试验

水泥土单轴抗压强度试验，是测定在无侧向约束条件下，抵抗轴向压力的极限强度σmax，即qu。试验方法：将人工按配合比制备并经养护达到龄期试样或现场取样切削加工后水泥土试样置于试验机压板中间，以每分钟轴向应变1%速率施加压力，按轴向应变1‰测记一次测力计读数，直至试样破坏。

6.1 无侧限抗压强度成果

室内无侧限抗压强度试验成果列于表2中。

6.2 无侧限抗压强度试验分析意见

桩号 K0+040、K0+120、K0+125、K0+180和K0+185五个桩号无侧限抗压强度平均值分别为：2.45 MPa、4.19 MPa、2.99 MPa、2.36 MPa 和 3.33 MPa，满足设计要求。

7 水库大坝防渗效果分析

7.1 渗流监测

根据《土石坝安全监测技术规范》，坝体渗流监测设2个横断面，共设6个测点，每个横断面钻孔埋设3根测压管，每根管内设渗压计，通过每个断面管内压力分布确定大坝浸润线位置。工程运行后，某段时间测压管观测数据见表3。

从水库的监测资料分析，水库水位在18.33～18.34 m时，防渗墙前后水位差0.46～0.66 m。防渗墙截渗效果明显，说明坝体防渗墙已经发挥作用，达到了预期效果。

表1 墙体水泥土试样室内渗透试验统计表

表2 墙体水泥土试样无侧限抗压强度成果表

表3 坝体测压管观测数据统计表

7.2 加固前后现场检查对比

加固前，水库在高水位期背水坡平台有渗漏现象，表现为多处湿润区。加固后，同样水位工况下，背水坡平台原湿润区渗漏现象消失。

8 结论

经检测，卧龙山水库大坝防渗墙体搅拌均匀，桩体连接较好，墙体较为平顺，墙体最小厚度满足设计要求。防渗墙试块室内试验渗透系数及无侧限抗压强度达到技术指标要求。根据渗流监测和现场检查对比，防渗墙已发挥较好的防渗效果。

多头小直径深层搅拌桩防渗墙具有施工难度小、工程造价经济，且防渗效果明显的优点，其在卧龙山水库大坝防渗工程中的成功应用对其他类似工程的加固设计有很好的借鉴作用。

［1］SL274-2001碾压式土石坝设计规范［S］.

［2］白永军，吴土宁，王洪恩，等.土石坝加固［M］.北京：水利电力出版社，1992.

［3］JGJ 79-2012建筑地基处理技术规范［S］.