水泥土防渗墙在胜利水库加固工程中的应用

 任海民1  于学涛2  玄  鹏1

（1．泰安市水利勘测设计研究院，山东泰安271000：2．泰安市水利和渔业局，山东泰安271000）

【摘要】  本文主要介绍在胜利水库北迎主坝除险加固工程中，根据大坝地质条件，通过加固方案比较，选用多头和单头小直径搅拌机联合施工构筑水泥土防渗墙的施工工艺，并通过适宜的施工工序和方法，严格控制施工质量，成功解决了大坝渗流稳定问题。试验检测证明，各项施工技术指标均满足相关规范和设计要求，大坝防渗体达到了设计标准。

【关键词】  小直径搅拌机；水泥土防渗墙；质量控制重点；应用

中图分类号：TV543  文章编号：1005-4774( 2016) 04-0005-04

1工程概况

 胜利水库位于黄河流域漕河上游，坝址在泰安市岱岳区满庄镇南留、北留村东，控制流域面积13. 8km2。水库是1978年在原南留、北留两座小(1)型和北迎小(2)型水库的基础上扩建而成的，现状总库容5483万m3，是一座以灌溉、供水为主的中型水库。水库主要由大坝、放水洞、引水渠、溢洪道等建筑物组成。自投入运行以来，各建筑物均暴露出比较严重的问题，处于带病运行状态。2011年10月，经水利部大坝安全管理中心核查，核定该坝为三类坝。该次除险加固工程设计确定水库工程等别为Ⅲ等，大坝、放水洞等主要建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。洪水标准采用100年一遇(P=1%)设计，1000年一遇(P=0.1%)校核。设计总库容5020万m3，兴利水位129m，兴利库容4670万m3，设计洪水位128. 64m，校核洪水位129m。地震设计烈度Ⅵ度。

2存在问题

 心墙土料混杂，土质均匀性差，组成心墙的坝料主要为壤土，其次为含粗粒壤土。心墙壤土干密度为1. 39~1.84g/cm3，压实度在73. 9%~97. 8%之间。室内试验渗透系数为1. 08×10-7~8.06×10-4 cm／s，现场注水试验渗透系数为2. 78×10-5~1.13×10-3cm／S。心墙顶部为含粗粒壤土透镜体，土料渗透系数偏大；心墙土料属中一高压缩性，土料压实不均，压实度较低。高程121. 0m以下出现缩孔，容易产生坝体不均匀沉降，从而造成坝体内部产生张裂隙，危及大坝安全。

3  工程设计方案选择

 针对工程实际情况，在选择加固方案时，主要对比了当下水库加固中比较常用的两种处理方案：方案一是塑性混凝土防渗墙；方案二是水泥土搅拌桩防渗墙。通过对比：⑧两种处理方案如按常规设计均能满足对坝体防渗的处理要求；⑥该水库坝顶宽度为4m，如若采用方案一，坝顶需加宽4m左右，既改变了坝体下游坝面，又增加了投资，且该方案施工工序多，工序之间衔接难度大，人为因素对质量的影响较大，本身造价约为320元／m2；⑥方案二所需施工设备简单，工艺不复杂，工序之间衔接机械化程度高且操作简便，本身造价约为150元/m2。综合多种因素，决定采用方案二。

 胜利水库北迎主坝(4 +868～5 +559)采用水泥土搅拌桩防渗墙，直径0. 45m，平均墙厚0.392m，最薄处为0. 335m。施工桩位偏差不大于30mm，桩位偏移不大于10mm，成桩垂直度不大于0.4%。成桩水泥土强度不小于0. 5MPa，渗透系数不大于1×10-6cm／s。与基岩接触面应增加喷浆量使水泥土尽量与基岩胶合。防渗墙沿心墙轴线布置，最大搅拌深度为23. 67m，采用多头小直径搅拌法施工。防渗墙与放水洞连接处，对坝体进行高喷灌浆、充填灌浆处理。

4施工工艺

 根据工程地质勘探资料和现场施工条件等综合分析比较后，确定采用SJ4-550型四头搅拌机（施工区域：5+ 447.2~5+559；4+868~5+336.4，深度：3.7~ 16. 5m)和ZGZ-A25单头深层搅拌机（施工区域：5 +336.8～5 +445.6，深度：15.2~24. 1m）联合施工，通过四搅二喷法一次成墙，桩机直径0. 55m，桩距0. 4m，一次移位及成墙单元长度分别为1.6m和0. 4m，单元间最小搭接尺寸为0.15m。其施工工艺如下。

4．1  测量放样

4.1.1  施工平台与高程复合

 平整场地、清除地面障碍物，以形成施工平台。进行地面高程测量，标记水准点和测量点，并将测量结果与设计文件要求进行复合。施工平台高程与设计文件要求误差应控制在±15cm内。

4.1.2  防渗墙轴线的测量放样

 按设计要求进行防渗墙轴线的测量放样，定出基准线和每一个桩位。

4.1.3  设置导流沟

 按设计防渗墙轴线方向挖一条宽0. 5m、深0.8m的导流沟，避免浆液外溢，保证施工场地清洁，而且有利于放桩位控制的辅助线。

4.2  没备安装调试与就位

4.2.1  垂直度校准

 设备试运转成功后，应进行垂直度较准，为保证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、右距离相等来控制垂直度，有风时，采用经纬仪或全站仪。

4.2.2确立桩位

 SJ4-550型多头深层搅拌机与ZGZ-A25型单头搅拌桩机均具有独立的液压行走系统，开启液压行走系统，就位第一桩位。通过水平标尺找正垂直度。拉开标线和标尺，并将其固定在地面，标线长度以不小于10m为宜。

4.3  制浆搅拌与拌和输送

 该工程中水泥浆液制备系统采用LT-D型双筒立式搅拌机进行，由HBW150型中压灌浆泵经高压胶管输送至深层搅拌机喷浆搅拌。

4.4预搅下沉

 启动深层搅拌桩机主动电机，选择实验确定的低位档速，搅拌下沉至设计深度。

4.5  喷浆搅拌提升

 深层搅拌机搅拌头下沉至设计深度后，加大供浆量，注浆搅拌30s，然后使搅拌头在桩底1m范围内上下活动一次，待桩口有少量浆液溢出时，按试验确定的速度喷浆并提升搅拌头。

4.6重复搅拌下沉

 按设计要求的档位停浆搅拌下沉至设计深度。

4.7重复搅拌提升

 喷浆搅拌提升达到设计桩顶。

4.8清洗检查

 每根搅拌桩施工完毕，应向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗并检查全部管路，直至干净通畅，并将黏附在搅拌头的软土清洗干净。

4.9移机就位搭接

 每序成墙移机行程分别为1. 6m或0.4m。设置长度标尺和标线控制移位行程和轴线。

4. 10垂直度周期性校准

 每移机一次应进行垂直度找正，即找正液压台车四水平标尺，控制钻杆垂直度不大于0.4%。

4. 11  连续成墙

 重复上述作业流程可连续成墙。

5  施工中注意问题

5.1地质复勘

 沿防渗墙轴线布置地质复勘先导孔，先导孔完成后，绘制轴线处地质复勘剖面图，以校核设计图纸并对深度进行精确定位，确保桩机钻进搅拌深度。

5.2确定现场试验参数

 项目开工前，必须进行水泥土搅拌桩试验桩施工，以检验机具性能，确定施工工艺中的各项技术参数，如下表所列。

5.3  制浆

 施工制浆过程中，所用水泥品种和质量必须符合设计及规范要求，应严格按批复的水灰比制浆，防止灰浆离析，若停机4h配置的浆液就不能使用，以确保浆液质量。

5.4预搅下沉

 在搅拌桩第一次预搅下沉时，为避免堵管或遇到较硬土层下沉较慢，可适当带浆下钻，但严禁带水下钻。喷浆压力宜大于0. 5MPa，小于1.0MPa。

5．5  桩径控制

 必须采用相应规格的钻头，经常检查搅拌头及钻头磨损情况，发现问题及时更换或修补，进而确保墙体最薄厚度满足要求。

5.6  庄体体完整性

 为保证桩体的完整性，应首先调好桩机下沉及提 升速度，严格按照试验参数确定的速度施工，其次应严格控制喷浆和停浆时间，钻头到达桩底高程后提钻搅拌到地面，必须保证孔口有翻滚的水泥浆，严禁断浆事件发生，如若发生应立即处理，防止断桩。

  5.7搅拌深度

 严格控制搅拌深度，每次搅拌到底部时，应与设计及加密断面进行比对，如采取措施后确实达不到设计深度，应由参建各方会商处理。

5.8搭接厚度

 为确保桩与桩之间的搭接厚度满足墙厚的要求，应严格控制搅拌机每次移位的准确，防止少搭接或漏搭接现象的发生。

5.9成桩中断处理措施

 施工过程中，如遇到特殊情况导致成桩工艺中断，如能在24h内恢复施工，应将搅拌机下降至停浆点以下0. 5m处，待恢复供浆时再喷浆钻搅，以防止出现不连续桩体。如因故停机时间较长，在24h内无法恢复，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗，以防止浆液硬结堵管，按冷缝处理方法进行处理。

5. 10施工冷缝

 施工冷缝处理，施工过程中因超时无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，采取在搭接处补做搅拌桩的措施，确保搅拌桩的施工质量。

6  质量检查与检测

6.1  开挖检查

 在防渗墙体的强度达到一定值后，建设、设计、检测、监理及施工等单位进行联合检查，对桩号5 +500、5 +310两处防渗墙体进行开挖检查，从两个探坑开挖情况发现，墙体连续好、搭接较好、外观质量良好，墙体厚度、桩头直径等各项检测指标符合设计要求。

6.2芯样检测

 取芯检测由山东某测试中心负责，共检测10组：试验桩芯样检测4组，抽检桩芯样检测6组。经检测，墙体的强度均大于0. 8MPa，渗透系数均小于1×10-6cm/s，符合设计要求。

6.3  注水试验检测

 现场在桩号4 +900、5+110和5+480三处防渗墙顶部布置钻孔注水试验点，经对测试数据进行整理计算，渗透系数均小于1×10-6cm/s，满足设计要求。

6.4高密度电法检测

 山东某测试中心采用高密度电法（FlashRES64超高密度电法仪）对防渗墙工程进行了全线检测，经检测：水泥土防渗墙墙体在其深度范围内未见明显电阻异常区域，连续性、整体性等各项指标均满足设计要求。

7  结语

 胜利水库大坝除险加固防渗墙工程施工期为2015年2月26日-6月17日，共完成防渗墙工程量7941. 6m2。工程完成后，根据检测数据及工程加固处理后蓄水运行实际效果现场检查对比，防渗效果显著，满足设计要求和实际的需要，取得了较好的经济效益和社会效益。