清远市水利水电建筑工程有限公司广州分公司 广东广州 510000
1 工程概况
仙村大围位于广州市增城区仙村镇境内。仙村大围历年虽经过多次加高培厚，但大部分堤段防洪标准还是较低，整体防洪能力仅达20年一遇标准。按照本地区的社会经济发展状况和远景规划预测，其防洪治涝标准已不能满足要求。局部堤段堤身、堤基为粉细砂土，结构较松散，导致了堤围的渗水。大部分堤段堤身单薄，洪水期局部堤段有越浪现象，为此需要进行防渗、加固，将工程建设为50年一遇的防洪（潮）标准，10年一遇24小时暴雨1天排干不成灾排涝标准。本工程需加固堤围长度16.35km，重建竹园、巷头、仙吓、沙洛、龙湖、白花涌、上基共7座水闸，重建旱闸5座，暗窦6座。本次堤防加固级别为2级，堤防主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级，临时性建筑物级别为4级。
2 工程地质
2.1 旧堤堤身工程地质特征
本工程整条堤段堤身填筑土层厚约0.40～6.70m，旧堤现阶段存在的最大问题是堤身单薄，高度不能满足防洪标准的要求，在局部地段河流逼近堤脚，严重威胁了堤防的安全，属旧堤的险段，达标加固时应重点采取相应消险加固措施。整条堤段堤身物质组成以粉质粘土、砂质粘土为主，土质不甚均匀，表层混杂少量砂土或砖瓦等杂填土成分，总体土质粘性一般，呈稍密状，局部稍松散，其防渗性能一般。但局部地段的堤身填土多为粉细砂土，结构松散，呈微胶结或未胶结状，粘性差，水泡易散塌，在钻探过程中常出现无回水现象，漏水严重，说明其渗透性较强，防渗性能差。堤身填筑土体自身稳定性差，抗冲刷能力弱。
2.2 旧堤堤基工程地质特征
本工程堤围沿线堤基中下部均分布有粉细砂、中砂、粗砂等砂层，厚度较大，粘粒含量较低，渗透性中等～强透水，分布连续，局部堤段砂层埋深较小，甚至直接暴露与河水相连，在汛期当河水位较高时，堤基易发生渗漏。
本工程西福河堤段地基表层一般覆盖有较厚的粉质粘土、淤泥质土等渗透性相对较弱的土层，防渗性能较好，有利于堤基抗渗稳定；其下粉细砂层厚度较大，为中等透水层。在东江北干堤仙村涌堤段大部分地段堤基表层粉质粘土等较弱透水性土层覆盖相对较薄，其下一般为较厚的粉细砂层，为中等透水层，堤内外水力联系强，当汛期内外水头相差较大时，构成了发生管涌和流土等渗透破坏的不良因素，使得堤基易发生渗透变形问题。堤段在测量桩号5+400～6+000堤段以及测量桩号1+140、4+720、7+260等局部堤段由于上覆粉质粘土或淤泥质土弱透水铺盖层较薄或堤身直接与粉细砂土层接触，易出现管涌、流土等不良工程地质问题，属于堤基防渗薄弱地段，应采取相应防渗加固处理措施。本文主要阐述多头水泥土搅拌桩在堤基防渗中的应用。
3 堤基防渗处理方法
一般堤基渗控措施主要有4种类型：堤外粘土铺盖、堤基垂直防渗、堤内压重、堤内排水减压井。以上4种渗控措施具体适用条件和优缺点比较如表1。
根据本堤围实际情况，若采用堤内压重的方案，则需要征用大量的堤内土地，而堤内土地征用费用昂贵，故不采用该方案。
目前堤内大部分为农田、果园，局部为住房和工业厂房，渗流量过大会影响区内工农业生产。如单独采用堤内排水减压井措施，不能减少目前渗漏严重的现象；且常年的抽水不但费用高，而且给今后堤防的管理工作带来很大不便，因此该方法也不适用。
选用粘土铺盖结合粘土斜墙方案施工简单、经济合理，适用于当地有良好防渗土料且堤外有滩地的堤段。但从实测地形来看，桩号K1+168～K1+268渗漏堤段堤外是厂房，不允许占用，粘土铺盖方案不适用。其余渗漏堤段堤外都几乎没有滩地，粘土铺盖方案也不适用，综上所述，本堤围的堤基处理可以考虑的方案为：堤基垂直防渗的渗控措施。
根据堤基透水层的埋藏深度和防渗墙处理深度的不同，堤基垂直防渗可分封闭式、半封闭式和悬挂式3种。封闭式防渗墙底伸入不透水层，防渗效果好，但切断了堤内外地下水的联系，改变了地下水环境，从而可能带来生态等一系列问题，一般堤围不值得推荐使用。悬挂式防渗墙仅对上部土层进行防渗，通过延长渗径来降低堤内水头、减小出逸坡降和降低堤身浸润线，但其效果相对较差，处理后仍会有一定渗透量。半封闭式防渗墙介于以上两者之间，即可有效降低堤内水头、减小出逸坡降和降低堤身浸润线，又不致于切断堤内外地下水的联系。
本次垂直防渗设计拟采用垂直防渗墙和水泥土加固法作比较，见表2：
由上表计算结果可知，需对以上堤段采用垂直防渗措施进行防渗处理。本工程渗漏堤段都为厂区段或者是居民区，局部堤段为农田保护区，施工时不允许影响周围环境。且考虑本工程堤基渗漏处理堤段较长（831m），为了节约工程投资，推荐采用多头搅水泥土加固技术进行防渗，设计桩径为500mm的水泥搅拌桩，桩距为400mm，成墙厚度不小于300mm，水泥掺入量为15%。防渗墙顶与老堤顶平齐，同时解决了该堤段堤身的防渗。防渗墙伸入砂层，墙体深度15m。具体断面见图1
4 堤基水泥土加固法施工工艺原理、参数和流程
4.1 工艺原理
利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就地将泥土和水泥强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理-化学反应，使软土硬结改性。改性后的软土强度大大高于天然强度，其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。本工程采用PH-5G系列双动力多头深层搅拌，其工作原理是通过主机的双动力驱动装置，带动主机上的多个并列钻杆转动，并以一定的推动力使钻头切削土体至设计深度，然后提升搅拌至孔口，在上述下沉提升过程中，通过浆液输送泵把搅拌好的水泥浆送入钻杆，经钻头出浆口喷入土体中，在钻进和提升过程中，水泥浆和已搅松的土体充分拌合。桩机移位调整，多次重复上述过程，即形成一道连续的防渗墙。
4.2 工艺参数
本次采用φ500钻头，成墙厚度为400mm，水泥采用强度等级为32.5级及以上普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为15％(实际选用掺入量根据现场试桩试验确定)，要求防渗墙整体渗透系数小于1X10cm-6/s，抗压强度不小于0.5MPa，允许渗透坡降不小于50。
4.3 工艺流程
桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m位置→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。
5 施工准备
平整场地, 清除地面地下障碍。当场地低洼时, 应回填满足回填土技术要求的粘性土料, 当地表过软时, 应采用防止机械失稳的措施；进行现场测量放线, 定出每一个桩位, 并作出明显标志,基线、水准基点等, 应复核测量并妥善保护；布置开挖排水沟, 并经常清除沉积物, 保持排水沟畅通；现场施工用的临时设施, 如供水、供电道路, 灰浆拌制工作棚, 临时房屋, 工作台以及材料库场应建设完备。
6 施工过程
6.1 测量放样
根据施工图纸要求测放出防渗墙中心线位置，并测量中心位置的高程，以便与设计底高程计算分段确定桩长。高程测量后即开始导向沟的开挖。测放中心线时，遇有堤身弯曲段则轴线按弧形走势，通过曲率半径测放，防止产生陡弯段，造成防渗墙搭接不牢留下渗漏通道；对急弯地段放成折线搭接，施工时因接头桩整根重复搭接而可靠连接。导向沟开挖后，则根据桩机每幅施工成墙长度进行定位放样。
6.2 原材料质量
本工程防渗墙材料试验主要为原材料检验、水灰比和掺入比试验。材料进场首先验证发货单、质保书，然后根据规范要求分批抽样送具相应资质的检测单位进行设计要求项目的检测，合格后再投入使用。开工前应根据设计要求进行水灰比和掺入比试验。
6.3 浆液配比
根据水灰比、掺入比试验结果，通过理论计算确定每桶浆的水泥和水的用量，采用电子继电器控制水量及人工数包方式控制水泥用量的方式严格按试验结果进行浆液的制作，制浆过程中用比重计对浆液质量进行跟踪检查。制浆应正反搅拌不少于2 min。搅拌桶出浆口，安置筛网进行浆液过滤，清除水泥渣质，确保供应的水泥浆液优质，不堵塞输浆管路和搅头上的喷浆眼。
搅拌喷浆桩机对位后，则送浆、送气进行钻进。钻进搅拌时按规定一次注浆完毕，浆液由注浆泵经管路送至钻头，注浆量由无级电机调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控注浆的同时全程不间断供气，气体经管路压至钻头，供气量由手动阀和气压表配给；一般控制压力为0.3 MPa～0.4 MPa 左右。若中途出现堵管、断浆等现象，应立即停泵，查找原因进行修理，待故障排除后再掘进搅拌。当因故停机超过0.5 h，应对泵体和输浆管路妥善清洗。搅拌下沉速度应控制在0.5 m/min～1.0 m/min，提升速度控制在1.0 m/min～1.5 m/min，此速度的控制还取决于钻杆旋转的速度。
7 施工质量控制
水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。
施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。施工中发现喷浆量不足，整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因而喷浆中断时，应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。
8 施工质量检验
8.1桩身质量检验方法
（1）、水泥搅拌桩成桩7天可采用轻便触探法进行桩身质量检验。
①、检验搅拌均匀性
用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。
②、触探试验
根据现有的轻便触探击数(N10)与水泥土强度对比关系来看，当桩身1d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。
（2）、水泥搅拌桩成桩28天后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样送实验室做(3个一组)28天龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1％～1.5％。
（3）、如果某段水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10％，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10％小于20％时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30％，则该段水泥搅拌桩为不合格。
（4）、对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。
8.2 水泥桩外观鉴定
（1）桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。
（2）搅拌均匀，凝体无松散。
（3）群桩桩顶整齐，间距均匀。
9 结语
目前，堤基防渗手段主要有堤外粘土铺盖、堤基垂直防渗、堤内压重、堤内排水减压井等等，通过技术、经济的比较，多头水泥土搅拌桩是既经济又有技术保障的防渗手段之一。通过本工程的施工，认为截渗墙的质量主要是取决于固结剂的质量、水灰比和掺入量的确定、搅拌头叶片和搅拌速度以及垂直度的控制。
参考文献：
［1］王和富．小议水利工程防渗加固中应用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术［J］．科技资讯，2011(04)
［2］刘荣东．多头深层搅拌防渗墙技术及实际应用．山西建筑，2009
［3］赵德龙．多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙在八条路水库除险加固工程中的应用[J]．陕西水利，2011(3)：101—102
论文作者:杨林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/11
标签：防渗墙论文; 水泥论文; 防渗论文; 粘土论文; 堤围论文; 浆液论文; 细砂论文; 《基层建设》2017年第13期论文;