铣削搅拌水泥土防渗墙的均匀性检查分析

(中国水电基础局有限公司，天津 301700)

1 工程概况

希尼尔水库位于新疆巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市境内，北距库尔勒市20km，南距尉犁县城27km，是一座以下游灌溉用水为主的注入式反调节平原水库，水库等别为Ⅲ等，工程规模为中型，设计总库容0.98亿m3，主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级[1]。

1.1 水库地质条件

希尼尔水库位于孔雀河中段的库鲁克塔格山前剥蚀平原区，库盘为天然洼地，工程地质条件较为复杂。主坝段防渗线主要处于天然洼地内，地基上部为第四系冲洪积中粗砂夹砂砾石及局部低液限粉土，层厚在1.3～4.2m之间，下伏地层岩性为新近系砂岩、泥岩，互层状。水库东副坝处于天然台地之上，表层为砂砾石层，层厚0.3～0.6m，下伏地层岩性主要以泥岩为主夹砂岩；西副坝地层上部岩性为第四系冲洪积中粗砂，层厚1.0～4.0m，下伏地层岩性以新近系砂岩为主夹泥岩(局部夹薄层砾岩透镜体)，强风化层厚5.0～8.0m。

1.2 施工工艺及设计参数

铣削搅拌水泥土防渗墙施工原理与多头小直径水泥土深层搅拌桩[2]施工原理基本相同，均是通过深层搅拌设备在地基深处对原状土体进行切削破碎，并与注入的水泥液等胶凝材料强制拌和，使原状土固结成具有良好整体性、稳定性、较高强度和抗渗性能的铣削搅拌水泥土防渗墙[3]，其工艺流程见图1。

铣削搅拌水泥土防渗墙采用的胶凝材料主要是P·O42.5 级水泥，掺入量为土体质量[4]的15%，按照1 ∶1 的水灰比制备水泥浆后集中供浆。铣削搅拌搅水泥土防渗墙按Ⅰ序、Ⅱ序分序施工，主要设计参数如下：墙厚0.7m，单幅长2.8m，墙体间搭接长度为0.2m，墙体深度按照深入5Lu线以下1m控制，墙体28天无侧限抗压强度[5]不小于1.0MPa，渗透系数不大于1×10-5cm/s。孔位示意图见图2。

图1 铣削搅拌水泥土防渗墙成墙工艺流程

图2 铣削搅拌水泥土防渗墙孔位示意图

2 铣削搅拌水泥土防渗墙均匀性质量检查

铣削搅拌水泥土防渗墙渗透系数、抗压强度等技术指标均与墙体均匀性密切相关，由于施工机械、地质情况等原因，施工时不可避免地会有一些较大粒径的块状泥团(约10cm左右)或砂块(约3cm)。若喷浆搅拌提升过程中水泥浆液未能完全渗透进泥团或砂块则会形成两种不利于墙体均匀性的块体：一种是抗压强度较高但渗透系数较大的砂块；另一种是抗压强度较低但渗透系数性较小的黏土块。因此，项目部采用了局部开挖[6]、超声波检测、钻孔取样[7]和孔内摄像等多种方式对墙体的均匀性进行检测，以便真实地反映出墙体的均匀性质量情况，并从中发现总结出规律。

2.1 墙体局部开挖检查

墙体局部开挖法常用于铣削搅拌水泥土防渗墙的外观质量检查，具有良好的直观性，但一般开挖深度较浅。在墙体达到设计龄期后就可对墙体进行局部开挖检查，开挖时应根据地质、开挖深度等情况进行放坡，墙体两侧开挖高差应控制在3m内，以防止墙体侧压破损。根据工程地质(泥岩、砂岩)、胶凝材料(水泥和粉煤灰)掺量不同等情况，分段开挖检查墙体表面水泥是否拌和均匀，有无较大尺寸的泥团、砂块，墙体两侧一定范围是否存在胶凝材料扩散等情况。试验段1号、2号、3号墙体局部开挖检测见图3。

图3 墙体开挖检查照片

2.2 墙体钻孔取样、孔内摄像检查

在墙体钻孔取样的方法常用于防渗墙实体的非破坏性检测，而孔内摄像技术依据光学原理可以实现对钻孔内部的直观观察，常用于墙体内部均匀性质量检查，两者均具有良好的直观性、真实性，以及对墙体破坏性小等优点。在墙体龄期满足设计要求后，选取代表性地质区段的墙体进行钻孔取样和孔内摄像[8]检查。芯样取出后通过轴向切削加工和破碎性试验，查看芯样内部水泥土拌和是否均匀，有无较大尺寸的泥团或砂块。孔内摄像能更直观地反映出钻孔孔壁的外观质量具体情况，也可消除钻孔取样时因机械等原因造成的芯样表面破损情况。试验段1号、2号墙体孔内成像结果见图4。

2.3 墙体声波检测

声波检测方法常用于防渗墙均匀性、连续性等质量检测，具有直观性好、可靠性高、无破坏等优点。在铣削搅拌水泥土防渗墙达到28天龄期后，在墙体搭接缝两侧进行跨孔声波[9]或声波CT图像[10]检测，通过观察检测波速的变化和CT图像，可以直观地判断墙体的均匀性和孔洞、裂缝等质量缺陷。

图4 孔内摄像检查照片

3 铣削搅拌水泥土防渗墙均匀性研究

3.1 芯样抗压强度与均匀性的关系

在铣削搅拌水泥土防渗墙达到28天龄期后进行墙体钻孔取样，通过检测芯样的无侧限抗压强度，观察破碎后的芯样均匀性，分析确定芯样均匀性与强度的关系。通过多组芯样检测得出如下结论：试验段铣削搅拌水泥土防渗墙的芯样抗压强度均满足设计要求，抗压强度普遍在1.3～2.4MPa之间，在地层相同的情况下，抗压强度随深度的增加呈减小趋势。通过对各段芯样进行破碎对比，发现造成墙底芯样抗压强度低的主要原因是胶凝材料与原状土的拌和均匀性较差，芯样中存在未破碎的泥块或砂块。经分析，导致以上情况的主要因素如下：一是槽孔原状土体铣削搅拌时间短，土体未能均匀破碎；二是槽孔底部水泥浆在联动气体的沸腾作用下上移，使墙底喷浆量变少。试验段1号、2号墙体芯样抗压强度检测数据见表1。

表1 检查孔芯样无侧限抗压强度与均匀性的关系

3.2 渗透性与均匀性的关系

通过对1号、2号检查孔芯样的渗透试验数值与芯样破坏后的均匀性进行观察对比，得出如下试验结论：试验段铣削搅拌水泥土防渗墙芯样渗透系数普遍在1.0×10-6～9.5×10-7cm/s之间，相同地质条件下渗透系数随深度的增加而呈现增大趋势。通过对各段芯样进行破碎试验对比，发现造成墙底芯样渗透系数大的主要原因是地质条件以及胶凝材料与原状土的拌和均匀性差。试验段1号、2号墙体芯样抗压强度检测测数据见表2。

表2 检查孔芯样渗透系数与均匀性的关系

4 结 语

通过对试验段铣削搅拌水泥土防渗墙进行检测与分析，发现槽孔原状土体与胶凝材料的搅拌均匀性是影响防渗墙抗压强度、渗透系数等关键质量指标的主要因素，本文据此提出了一些有助于提高水泥土防渗墙施工质量的建议，如采取增加铣轮刀片数量、复搅、增加槽底预注浆量等措施，使胶凝材料与原状土体拌和的均匀性更好。