浅析水泥土搅拌桩防渗墙在水库除险加固工程中的应用
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摘要：目前，我国很多水库，特别是中小型水库都处在病险状态，且多数病险水库大坝有渗漏现象，在水库除险加固时设计多采用水泥土或混凝土截渗墙两种方案对大坝进行防渗加固处理。本人结合句容墓东水库除险加固工程大坝防渗施工，探讨水泥土搅拌桩防渗墙在水库加固工程中的应用，供同行参考。
1 工程概况
墓东水库位于句容市东部低山丘陵地区，通济河、胜利河上游，为山谷型水库，属太湖流域。水库发源于大青龙山，汇流面积17.4km2，干流长度7.7km，干流比降10.2‰。水库始建于1959年，1977年竣工蓄水，建设之初为小（一）型水库，1980年水库溢洪闸建成，按200年一遇设计、1000年一遇校核标准进行调洪演算，得设计洪水位32.38m，校核洪水位33.00m，相应库容1186万m3，水库上升为中型水库。
现状水库枢纽包括：主、副坝各一座，溢洪道一座，高、低涵洞各一座。
主、副坝坝体填土主要以素填土（重、中粉质壤土）为主，土料不均，由人工填筑而成，密实度变化大，均匀性差。坝体平均压实度均达不到《碾压式土石坝设计规范》 SL274-2001要求的3级及以下中低坝压实度96%～98%的要求，坝体土密实度稍差，且不均匀。
由于建坝时受当时的施工条件所限，均为人工填筑，未采取有效的压密措施，虽然经过了40多年的自身压密固结，但其压实度仍未达到规范要求，均匀性差。水库管理人员在日常巡查时发现大坝背水面坡脚有多处窨潮地带，同时注水试验和室内渗透试验均反应了坝体整体渗透性较大。
2 大坝防渗处理方案
通过渗水原因分析，经多方案经济、技术比较后，设计选定水泥土搅拌桩防渗墙作为大坝除险加固处理方案。防渗墙自桩号0+000～0+880段在坝外肩沿轴线方向布置，墙体有效厚度30cm，搅拌桩桩底高程一般控制进入坝基不透水层2m，或直接接触坚硬基岩。要求无侧限抗压强度不小于650KPa，渗透系数达到1E-6cm/s以下。
3 施工方法
根据工程地质和现场施工条件，防渗墙施工采用多小头直径深层搅拌桩成墙工艺，机械选用ZCJ-25三轴搅拌机，要求按四搅三喷施工。
3.1 施工流程
施工流程：准备工作搅拌机定位喷浆搅拌下沉喷浆搅拌提升重复搅拌喷浆下沉搅拌提升至孔口关闭搅拌机、清洗移至下一根桩。具体如下：
1、准备工作。主要包括以下内容：
1）按设计图纸测量放线，确定连续墙的轴线；
2）对将要施工的连续墙段开挖导流沟，导流沟宽约O.8m，深1m。在挖导流沟的过程中，遇到地下障碍物须及时清除。
3）制配水泥浆
4）确定机械行走的作业路面的承载力及平整度，并做相应的处理。
2、设置钻孔标志，确定每一钻的位置。并用平面几何方法确定每次移位桩机底盘的平面位置。移动主机至设计钻孔位置，并把桩机调正、水平，对准孔位。
3、搅拌站喷浆，钻头触地，开动钻机，钻进过程中要保证孔口有翻滚的水泥浆。
4、钻头到达桩底高程后做提钻搅拌喷浆，必须保证孔口有翻滚的水泥浆。
5、重复搅拌喷浆下沉。
6、搅拌提升至孔口，关闭搅拌机、清洗。
7、桩机横移就位调平，然后重复上述过程。
3.2 施工技术要求
1、交通：进出场道路及桥梁应能通过10t卡车。
2、施工场地：场地平整，堤顶宽度不小于4m，场地内地下无大块石、树根、地下管线等，空中建筑物和高压线横跨施工场地时，距地面不小于20m(相对于18m的多头桩机)。
3、固化剂：采用42.5级普通硅酸盐水泥做固化剂，水泥掺入量(占天然土重的百分比)≥15%。
4、水灰比：根据地质报告反映的土层性质，土的孔隙率、孔洞裂隙情况、土层含水量及室内试验数据初步确定，然后再根据现场施工情况修正，一般来说水灰比为O.5～2.0。
5、钻头直径：根据桩深、墙厚及垂直度的要求，可选Φ220～632mm。切割刀片直径要求大于450mm。
6、搭接：设计要求的桩与桩之间搭接长度应不小于50mm，随墙深增加而应增加搭接长度。
7、垂直度：施工前应使桩机水平，使钻杆保持垂直，垂直度误差不大于1/300。
8、桩间接头处理：对于要求搭接的桩孔，桩与桩的搭接间歇时间不应大于24h，如因特殊原因超过上述时间，应对最后一根桩搭接处进行空钻留出榫头以待下一批桩搭接；如间歇时间过长(如停电等)与后续桩无法搭接，应在设计和监理单位认可后，采取局部补桩或注浆措施。
9、技术指标要求。设计图纸要求防渗墙无侧限抗压强度不小于650KPa，渗透系数达到1E-6cm/s以下；
3.3 施工质量保证措施
1、成墙垂直保证措施。在施工前，用经纬仪校正双动力多头深层搅拌桩机机身的水平和塔架的垂直，使塔架垂直度控制在1‰内。为了确保钻进过程中塔架和钻杆的垂直度，桩机设有偏斜自动报警系统。钻机在调平及施钻过程中如果偏斜超过2‰，则报警系统自动报警，施工人员可以及时调整。
2、墙体有效搭接厚度保证措施。采取增大钻头直径，确保有效墙体厚度。桩位放线必须准确，桩机钻头对位也必须准确，通过平面几何对位确保钻孔偏位误差在3cm内。
3、墙体结石体质量保证措施。采用三个并列的挤压泵，确保浆液正常有效输送。配备喷浆记录仪，自动记录打印，减少人为影响。当地层有缺陷，喷浆压力衰减较大或孔口不返浆时，需通过或停止提升、静压回灌，或者增大泵的排量来解决。
4、按设计要求的搅喷次数（即四搅三喷）施工。
5、成品保护措施。施工后，对墙体区域进行适时保护，防止重型机械过于靠近，扰动墙体，影响墙体防渗效果。
3.4 质量检验及方法
搅拌桩体的施工作业过程质量检验包括桩位、桩顶、桩底高程、桩身垂直度、桩身水泥掺入比、搅拌头上提喷浆的速度、浆液水灰比等每桩施工作业全过程的检验。
搅拌桩防渗墙墙体的质量检验方法主要采用钻孔取芯检查，开挖检查、围井检查及较先进的雷达探测法检测。
钻孔取芯检查在施工28天后，采用钻机抽芯取样检验水泥土的单轴抗压强度，渗透系数及抽芯样的完整性评价。堤线每100m抽检一孔，并回填水泥砂浆封孔。
开挖检查与围并试验：沿堤线每隔1km开挖一处，每处长10m，深2～3m。合格标准：墙体的外观质量好，无蜂窝、孔洞；防渗墙与桩间搭接、墙厚满足设计要求；防渗墙整体性强。若开挖检查发现水泥土强度不足，应将软弱部分挖深，回填混凝土或砂浆。
在各开挖部位作围井注水试验，围井深按监理人员指示，检测渗透系数。
4防渗效果
大坝防渗墙经江苏省水利建设工程质量检测站现场开挖检查和其委托江苏省南京水利科学研究院岩土工程研究所采用的地面雷达探测法两种方法综合检测，确认水泥土防渗墙成墙厚度达到30cm以上，成墙连续均匀，没有发现异常或缺陷地段区域，渗透系数小于1E-6cm/s，综合判断防渗墙质量合格。
日前，水库已蓄水运行一年多，原来坝体背水坡坡脚窨潮现象已消失，验证了坝体防渗施工效果较好。
5结语
水泥土防渗墙与混凝土防渗墙和其他防渗处理方法相比，具有工效高、成本低、汛期不影响施工等特点，具有较好的经济效益和推广使用价值，深受设计和施工单位的青睐，已在越来越多的水库除险加固工程施工中应用。