多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术在土坝中的应用

孙长军

(寿县淮河河道管理所，安徽 淮南 232200)

0 引 言

全世界超过15m的土石坝有3万多座，而在我国，各种坝高的拦河坝有86000多座，其中土石坝占95%以上，低坝更是不计其数。这些工程在灌溉、防汛、发电、航运、养殖等方面发挥了巨大的作用，有力地促进了工农业的发展[1-2]。但由于土坝主要是由松散颗粒的集合体——土料填筑而成的挡水建筑物，土料间的联结强度低，抗剪能力较小，极易发生险情，特别是粉质壤土土坝，对于该种类型的土坝防渗处理尤其重要[3]。多头小直径深层搅拌桩截渗墙是运用特制的多头小直径深层搅拌截渗桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌均匀，就地将土体和固化剂强制拌和，使土体硬结成具有良好的整体性、稳定性、抗渗性并具有一定强度的水泥土截渗墙[4-5]。文章以多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术在张马淠堤治理为例，进行分析。

1 工程概况

淠河流域是一个以山区为主的流域，山区面积占整个流域的72%，丘陵区占17%，流域水系呈羽状分布，洪水汇流非常集中，峰高量大，陡涨陡落，易于造成灾害。张马淠堤位于寿县境内淠河右岸，是寿县防洪安全的重要屏障。该堤属砂基砂堤，经过多次培修加固，标准逐步提高，防洪能力有所增强。但由于条件限制，堤后散浸、管涌等险情仍十分严重，为解决张马淠堤堤基和堤身存在强透水性砂层产生的渗漏问题，经多套方案的比较，对部分渗漏严重的堤段采用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术进行处理。墙轴线位于迎水侧堤肩1.0m处，下端嵌入相对不透水层0.5m，最大深度为16.9m。

2 多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌截渗桩机一次多头钻进，把水泥浆喷入土体并搅拌均匀，就地将土体和固化剂强制拌和，利用固化剂、土体和水之间所产生的一系列物理、化学反应，使土体硬结成具有良好的整体性、稳定性、抗渗性并具有一定强度的水泥土截渗薄墙，均匀的水泥土墙作为截渗墙达到截渗目的。

2.1 设计参数

多头小直径深层搅拌桩截渗墙主要设计参数如下：

水泥掺入量：12%；

桩径≥360mm；

成墙厚度≥150mm；

搭接厚度≥150mm；

渗透系数≤1×10-6cm/s(28d龄期)；

无侧限抗压强度1.5-1.8MPa(28d龄期)；

最大成墙深度：16.9m；

水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥。

2.2 施工工艺流程

2.2.1 测量放样

工程开工前，对原设控制点、中心线复测，布设施工控制网，并定期检测；对施工段堤顶高程进行原始测量复核，并钻探先导孔探明地质情况，再按照设计要求，确定桩顶高程、桩底高程及钻孔深度。所有的测量资料、记录格式要按相关规范、规程的有关规定进行。

2.2.2 先导孔

由于加固处理的堤坝为人工挑堆而成，施工质量很差，地层土质不一，要求沿堤按每100m打一先导孔，地质变化大的地方还需要加密，探明土层性质，确定不透水层顶板高程，为施工孔深提供依据。

2.2.3 试桩

根据先导孔探明的地层性质，选择有代表性的地段(最大坝高处)做现场试桩试验，28d龄期后取样试压选择满足设计指标的各土层段浆量，并挖桩进行外观检查，从而确定施工参数即：各土层段浆量、管道压力、浆液比重、桩机下沉和提升速度、钻头直径尺寸等。本工程实验水泥掺入量分别为10%、12%、15%，水灰比1∶1.5。

2.2.4 成墙施工

施工工艺流程图如下：

桩机定位→②三杆同步钻孔下沉至桩底→③制浆、罐储、计量→④喷浆搅拌、提升喷浆至地面→⑤关闭浆泵→⑥桩机前移200mm重复①-⑤完成一个单元墙施工→⑦桩机向前平移1m，重复①-⑥开始下一单元墙施工，每单元成墙1.2 m，其示意图见图1。

图1 成墙施工流程图

2.3 施工要点

2.3.1 轴线控制

施工前测量放好轴线样并开挖导槽沟，桩机打桩时在平行与轴线的桩机外缘拉一根直线，使桩机始终靠直线行驶。

2.3.2 原材料质量控制

多头小直径深层搅拌桩截渗墙施工用材料是PO42.5普通硅酸盐水泥，水泥必须符合本技术条款指定的国家和行业的现行标准要求，否则将作为不合格水泥处理。

2.3.3 水泥浆液控制

必须按照设计(或试验桩)结果的水泥掺入量和水灰比，确定每平米墙体喷浆量和浆液的水灰比，施工时在搅拌筒每筒用比重计量取浆液比重，符合要求的浆液才能送到桩机储料筒里，否则就要重搅或废弃。多头小直径深层搅拌截渗桩机施工时，浆液搅拌均匀、输送连续不间断，保证浆液不离析，确保搅拌桩的质量。

2.3.4 钻头直径控制

按设计要求最小成墙厚度加上施工操作偏差确定钻头直径尺寸，施工过程由于土层特别是砂土对钻头叶片有较大磨损，打桩时每天要检查叶片尺寸，尺寸小了要加焊叶片或更换钻头。

2.3.5 垂直度控制

设计的多头小直径深层搅拌桩截渗墙是垂直连续的墙，但施工过程中由于桩机本身或操作人员的水平等原因都有可能产生斜度，为了控制钻孔分叉或交叉，就要经常检校桩机垂度，每天检查一次桩机桅杆垂直度，每次钻机下钻都要调平，并在以后的成墙开挖检查时实测垂度是否在允许范围内，如果偏大，分析其产生原因，从而指导以后施工。在现有桩机水平机架设有三个水准点，三点调平后，施工必须保证导向架垂直度偏差<0.3%。

2.3.6 喷浆量控制

根据设计参数和工艺桩试验检测成果，确定水泥参入比为12%，水灰比为1∶1.5，水泥浆浆液比重为1.37，每平米墙体喷浆量为138L。

3 搅拌截渗墙检测

3.1 截渗墙探坑开挖检查

现场共开挖40个探坑，开挖探坑检查结果表明：开挖范围内截渗墙搅拌较均匀，连续性较为规则。

3.2 截渗墙墙体搭接厚度检测

对开挖的40个探坑截渗墙墙体搭接厚度进行检测，检测结果满足设计墙体搭接厚度≥150mm的要求。

3.3 截渗墙墙体深度检测

截渗墙墙体深度检测孔共20个，钻孔穿透墙体底部用于检测墙体深度。通过对钻孔的取芯情况检测得出，截渗墙墙体施工深度满足设计墙深要求。

3.4 截渗墙现场注水试验

截渗墙共钻20个注水试验孔，每孔做注水试验2段次，共40段次。截渗墙墙体现场注水试验测得渗透系数为7.31×10-7cm/s-9.99×10-7cm/s，满足渗透系数k≤1×10-6cm/s的设计要求。

3.5 截渗墙芯样室内试验

10组墙体水泥土的渗透系数为7.34×10-7cm/s-9.54×10-7cm/s，满足渗透系数k≤1×10-6cm/s的设计要求。10组无侧限抗压强度为1.9 MPa-3.1 MPa，满足水泥土试件28天龄期抗压强度设计值1.5MPa-1.8MPa的要求。

3.6 截渗墙地质雷达检测

截渗墙地质雷达检测测线长度共20206m。地质雷达检测结果分析得出：截渗墙墙体反射波同相轴连续，墙体内反射波较弱，无明显异常，说明截渗墙的连续性与均匀性较好。

4 工程效益

该段截渗墙于2017年竣工，工程运行至今经过了两次洪水的考验，特别是2020年汛期水位达28.39m，超保证水位(保证水位为27.50m)0.89m的时候，背水侧基本未发生散浸和管涌，较往年汛期险情大大减少，效果显著，充分发挥了防洪效益。

5 结 论

淠河是宽浅式沙质河床，张马淠堤位于淠河右岸，抗渗能力差，存在不同程度的渗漏问题，有些地方存在冒砂现象，影响堤防安全。采用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术对土坝进行加固，并在施工中加强原材料、水泥浆液等施工质量控制，在成墙后对搅拌截渗墙进行严格检测。使张马淠堤渗漏情况得到有效治理，汛期险情大大减少，效果显著，充分发挥了工程效益。