双轮铣施工工艺在陈集水库防渗墙施工中的应用

王 岚

（阳谷县水利局，山东 阳谷252300 ）

1 工程概况

陈集水库是山东省阳谷县为调蓄长江水兴建的南水北调续建配套工程，工程位于阳谷县南外环路以南、明堤东干渠（陈集村）以西、朱施董村以北、曹集村以东，总库容1 031 万m3。水库坝基各层均具有中等透水性，30 m深度内无相对隔水层分布，存在渗漏问题，30 m以下⑩层粘土渗透系数较小、分布连续、厚度较大，可视为相对隔水层。为有效减少水库渗漏量，确保渗透稳定以及坝外农田不发生浸没，确保水库发挥效益，采用塑性混凝土防渗墙截渗，围坝坝轴线总长度为4 312.48 m，大致呈正方形布置。防渗墙轴线位于围坝轴线上游8 m，墙厚0.6 m，墙底入⑩层粘土不少于1.0 m，最大深度约36 m，平均深度约32 m，渗透系数不大于5×10-7cm/s，孔位偏差±30 mm，垂直偏斜率≤3‰。

塑性混凝土防渗墙采用液压双轮铣削深层搅拌桩成墙施工工艺，这一施工工艺是液压双轮铣槽机和传统深层搅拌技术特点相结合起来的。较传统搅拌技术具有切削能力强、成墙单幅宽且深度大等优点。

2 施工原理

双轮铣即液压铣槽机，这一挖掘设备专用于建造地下连续墙施工，该设备主要由履带式起重机、铣槽机、泥浆制备及筛分系统三部分组成。施工工艺是由液压双轮铣槽机和传统深层搅拌的技术特点相结合。在下沉注浆、供气、铣、削和搅拌的过程中，通过两个铣轮相对相向旋转，铣削地层；同时通过凯利方形导杆施加向下的推进力，向下掘进切削。在此过程中，通过供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压气体、固化剂（一般为水泥和膨润土），其注浆量为总注浆量的70% ～80%，直至达到要求的设计深度。此后，两个铣轮作相反方向相向旋转，通过凯利方形导杆向上慢慢提起铣轮，并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入气体和固化液，其注浆量为总注浆量的20% ～30%，并与槽内的基土相混合，从而形成由基土、固化剂、水等形成的混合物，达到截渗效果［1］。

3 性能和优点

（1）液压双轮铣锥齿铣轮对地层适应性强。在淤泥、砂、砾石、卵石及中硬强度的岩石、混凝土中均可开挖。

（2）在钻进过程中，效率高、精度高。在松散地层中钻进效率20 ～40 m3/h，在中硬岩石中钻进效率1 ～2 m3/h，钻进效率明显高于传统的抓斗工法。钻孔偏斜率可控制在2‰以内，从而保证了墙段之间的可靠连接。

（3）操作过程中，运转灵活、方便。双轮铣的履带式起重机不需要设置轨道，即可自由行走，在控制室方便安全操作。施工过程中自动记录仪即监控操作过程，又可出具施工记录。

（4）安全环保。发动机符合绿色排放标准，施工时噪音低、震动小，对周围环境无不利影响。

（5）跟踪纠偏，槽形规则，成墙垂直精度高。液压双轮铣设备安装传感器，铣头的偏直、铣削的深度、铣头受到的阻力等在设备施工过程可以有效的控制。

4 施工方法

4.1 测量放线

施工前，先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，精确计算出截渗墙轴线角点坐标（或转角点坐标），利用测量仪器精确放样出截渗墙轴线，每50 m布设1 个高程控制桩，并作出明显标志，然后进行坐标数据校核。

4.2 安装调试

支撑移动机和主机就位：架设钻杆安装铣头；安装制浆、注浆和制气设备；接通水路、浆路和气路；运转试车。

4.3 泥浆配置工艺

施工前配置新鲜泥浆，泥浆性能按照砂性土比重在1.05 ～1.08 g.cm-3，粘度为25 ～30 s，含砂率＜4%，pH 值8 ～9。循环泥浆性能指标按照砂性土比重＜1.15 g.cm-3，粘度＜35 s，含砂率＜7%，pH 值＞8。砂性土比重如＞1.35 g.cm-3，粘度＞60 s，含砂率＞11%，pH 值＞14 则为废弃泥浆。新配置泥浆室内性能指标检测合格的，进入泥浆储存池用于泥浆护壁。为保证施工过程中槽壁土体稳定，泥浆指标根据监控数据随时不断调整。所有泥浆在施工过程中不断循环利用，以新配置泥浆性能指标为标准，达不到标准的泥浆通过泥浆软管送到除砂系统。在除砂系统里，泥浆通过净化处理（用旋流器及振动筛）将含粗砂砾的渣土与泥浆分离，达到控制指标的再回到泥浆储存池进行处理，之后通过泵重新输送回槽段内进行循环利用［2］。

4.4 开沟铺板

在防渗墙施工前，为保障成墙施工机械在足够的地面承载力和工作空间运行，将施工场地碾压平整密实。清除地面地下障碍，作业面不小于15 m（从截渗墙轴线至边缘），开挖横断面为深0.5 m、宽1 m的储留沟以解决钻进过程中的余浆储放和回浆补给，长度超前主机作业10 m，铺设过路板，以均衡主机对地基的压力，保证设备的垂直度。搅拌桩的搭接以及施工设备的垂直度补救依靠重复套钻来保证。

4.5 孔位放样及桩机就位

在开挖的工作沟槽两侧设计定位辅助线，按设计要求在定位辅助线上划出钻孔位置。根据确定的位置严格钻机桩架的移动就位，就位误差不大于3 cm。开钻前用液压系统将平台调平，并调直机架，确保机架垂直偏斜率≤3‰。由专人统一指挥桩机就位，移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正，桩机保持平稳、平正。

4.6 槽孔建造

防渗墙按照一期沟槽、二期沟槽相互间隔开挖，一期沟槽成墙后达到一定强度后施工二期沟槽。这样一是避免了施工二期沟槽时，泥块等杂质掺杂到一期沟槽中。二是一期沟槽成墙具有硬度，液压双轮铣削设备在足够承载力地面行走，有利于设备稳定性。挖沟槽前划定双轮铣铣头中心线到机前定位线的距离，并在线上做好每一幅桩位的标记（用短钢筋打入土中定位），槽孔长度与铣头长度一致。固壁泥浆面保持在导墙顶面以下300 ～500 mm，施工过程中及时清除槽孔周围的废水、废浆、废渣，槽孔建造结束后，进行终孔质量检验。槽壁平整垂直，孔位偏差不大于30 mm，槽孔深度满足设计要求。终孔质量检验合格后，再进行清孔换浆。将铣削头置入孔底并保持铣轮旋转，铣头中的泥浆泵将孔底的泥浆输送至地面上的泥浆净化机。经净化后的部分泥浆流回到槽孔内，并补充适当数量的新制泥浆，保持墙内液面高度，如此循环往复，直至孔底淤积不再增加、泥浆达到标准为止［3］。二期槽孔清孔换浆结束前，用钢丝刷子分段清除接头槽壁上泥皮。

4.7 喷浆、搅拌成桩

水泥采用山水集团生产的P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比不大于1.2，水泥掺入量为22%（重量比），注浆压力一般为2.0 ～3.0 MPa。施工的关键在于如何保证桩身的强度和均匀性。在施工中加强对水泥用量和水灰比的控制，确保泵送压力。根据钻头下沉和提升两种不同的速度，注入土体搅拌均匀的水泥浆液，确保水泥土搅拌桩在初凝前达到充分搅拌，水泥与被加固土体充分拌和，保证搅拌桩的加固质量。

水泥浆液制备系统每一个时间段，人工抽查灰浆比重。半自动拌浆系统配制好的水泥浆液输送至储浆罐为液压铣削搅拌设备连续供浆。开动主机掘进搅拌，并徐徐下降铣头与基土接触，按规定要求注浆、供气。控制铣轮的旋转速度为36 r/min 左右，一般铣进控速为不大于0.6 m/min. 掘进达到设计深度时，延续10 s 左右，对墙底深度以上1 ～2 m范围，适当重复提升1 ～2 次。提升速度严格控制，一般不大于0.8 m/min；以避免形成真空负压，孔壁坍陷，造成墙体空隙。

经常进行现场实测压浆泵的流量、浆液配合比与设计水泥掺量一致，确保桩体的成桩质量。液压铣削水泥土搅拌桩在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，同时严格控制下沉和提升速度，确保每幅桩的水泥用量。

4.8 槽孔接头

建造完成一期槽孔塑性混凝土浇筑前，在其端孔处下入接头管，根据施工当天气温、混凝土配比、接头管埋深及混凝土初凝时间等因素，通过试验确定开始拔接头管的时间。用专用机械将接头管拔出后，两期槽孔之间形成一定形状的曲面接头。在槽孔施工过程中将接缝位置准确的标记在导墙上，经常测量接缝处端孔的孔斜率，并控制孔斜。

4.9 质量检测

根据工程特点和施工情况，防渗墙共划分108个单元。质量检测项目包括渗透系数、抗压强度、墙体连续性、水泥浆比重及钻杆入土深度等。渗透系数采取原位测试在墙体内布设检测孔，在检查孔中进行注水试验，利用孔口和地下水位差提供水头，现场测读单位时间流量，然后通过相应的计算公式求得渗透系数［4］。通过钻孔常水头试验法，测得陈集水库防渗墙渗透系数不大于设计渗透系数5×10-7cm/s。对陈集水库工程水泥土防渗墙墙体连续性检测，采用超高密度电法配合钻孔取芯法进行。通过对高密度电法辅以钻孔取芯检查验证，得出结论：所检测水泥土防渗墙墙体连续完整，未发现漏搅、错台等缺陷，结合施工过程中钻杆的入土深度可以判断所检墙体深度达到设计要求。

5 质量控制措施

5.1 槽孔建造

施工过程中由于护壁泥浆质量差、地下水位过高，槽孔两侧地下水位差较大、提钻速度过快、漏浆或施工操作不慎，造成孔内泥浆液面降低，超过安全范围等原因，在槽孔建造时容易出现槽段内局部孔壁坍塌。防治措施是采用性能指标满足地层条件要求的护壁泥浆，提高导墙顶高程，使其高于地下水位，承压水层或地下水较高时，采用适当加大泥浆相对密度或采取降水、排水等措施。造孔成槽机具在槽内提升速度不应过快，并及时向槽孔内注入泥浆。

5.2 槽孔偏斜

施工过程中造孔机械安装不稳固、造孔时发生位置移动、成槽掘削顺序不当，钻头两侧受力不均，容易导致槽孔偏向较软一侧。防治措施是开钻前调整悬吊装置的位置，使钻头和孔轴心在同一条直线上，并保持造孔机械安设平稳、底座水平。在扩孔、塌孔严重部位，严格控制造孔速度并加密测量孔斜频次。在槽孔建造中采用两序成墙工艺，间隔造孔、合理安排掘削顺序，使造孔时两侧受力均匀。

5.3 槽段接头

在后序施工的槽孔清孔时，未将已浇墙体端头上的污物刷洗干净，造成槽孔清孔不彻底，槽段接头处容易出现渗水、漏水或涌水现象。

防治措施是清孔时采用与接头形状一致的钢丝刷紧贴接头进行刷洗，将表面附着物清除干净。按要求做好清孔换浆，孔内泥浆的密度、黏度和含砂率三项指标满足要求［5］。

6 结 语

陈集水库塑性混凝土防渗墙施工中采用液压双轮铣设备，具有施工便利、精准（定位、垂直度）性能高、成墙有效深度、墙体的质量效果（强度、

均匀性等）好的特点；但液压双轮铣设备也存在着不足。

一是尽管双轮铣在大多土层条件下作业，均有不俗表现，但在遇到诸如孤石、较大卵石等情况下，就没有明显的优势了。这种情况尚需要用冲击钻或爆破的方法加以配合。另外，在土层、砂层等软弱土层中优势也并不十分明显。与传统设备，如抓槽机和冲孔机相比，施工成本要高出近两倍。

二是设备自身的限制。主要是施工中，连续墙槽段划分不方便，特别是在二期槽段。

三是设备的维护保养成本高。由于设备构造较复杂，技术含量较高，在国内的维护成本较大。

四是对含杂物土层过敏。对土层中含有的铁器或钢筋等杂物，设备仪器会做出过度反应，影响施工进行。

五是设备对场地的要求高。由于设备自重大，在场地的平整度与负荷力上要求较高。

双轮铣槽机应用于地下防渗墙施工，即有优点也有缺点与不足，但它的施工效率和成墙质量效果等远远大于传统施工设备与工艺，双轮铣这一施工工艺值得在地下防渗墙施工中推广应用。