荆南长江干堤防渗墙施工

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　　1概述

　　荆南干堤位于湖北省长江中下游荆江河段南岸，上起松滋市查家月堤，下至石首市五马口，全长189.32ｋｍ，为Ⅱ级堤防工程。是湖北省松滋市、荆州市荆洲区、公安县、石首市和湖南省华容县等部分地区的重要防洪工程，保护面积2546ｋｍ2，保护耕地面积173.78万亩，保护人口136.4万人。

　　堤身填土主要为粉质壤土、粉质粘土及砂壤土组成，局部夹粉细砂、植物腐根及瓦碎片。堤基主要为第四系全新统冲湖基层（ａ1－1Ｑ4）组成。

　　荆南长江干堤水陆交通十分发达。干堤外的长江为较好的水路交通，上溯重庆、宜昌，下通湖南岳阳、武汉、黄石，干堤沿线均有可利用的码头。207国道与干堤的距离一般在1ｋｍ左右，有便道相通，可行驶5ｔ载重车。

　　2防渗墙施工

　　2.1先导孔施工

　　按照设计要求，在沿防渗墙轴线每间距50ｍ布设一个先导孔。先导孔施工采用岩芯钻钻机。为保证芯样的连续和完整，取芯时必须用套筒取样法。造孔取出的芯样放置在岩芯箱中，并进行照相和地质编录。经核对无误后，留取分界线（不透水层）以上50ｃｍ至孔底的芯样，其余可以弃掉。

　　为了处理先导孔施工中无法避免的孔斜等因素造成的工程隐患，对先导孔必须进行封孔处理。并针对不同的情况制定了相应的处理方法：

　　（1）不在防渗墙轴线上的先导孔回填材料及数量，（见表1）。回填使用粘土的含量大于30％，塑性指数大于17，并将粘土加工成2.0～2.5ｃｍ的土球（干容重满足1.4ｔ/ｍ3）。

　　采用冲击法回填。回填前应清孔至孔底（遇到塌孔的情况下，可用套管护壁），按表1中的数量投入泥球后用击实法分层进行冲击，使其压实为0.3ｍ。回填中，当发现孔内又变成泥浆而影响封孔进度和质量时，需重新进行清孔、再封。

　　（2）在防渗墙轴线上的先导孔施工前4ｈ内用水泥浆（水灰比0.6∶1）先封孔。封孔前，清孔至孔底，将胶管下入孔底，待孔口返浆时，边抽管边送浆；封孔后即进行深搅桩的施工。如先导孔的深度深于防渗墙，必须把深搅桩加深到先导孔的孔深。

　　根据先导孔的地质情况首先确定砂层、相对不透水层的高程，然后根据相对不透水层土体的性质确定墙体深度（在粘土中深入1.5ｍ，在粉砂质壤土中深入2.0ｍ）。如果相邻两个先导孔的相对不透水层高程突变较大，则应在两孔之间加密1～2孔，以便更准确地确定最终墙深。全过程由现场监理工程师监督执行，以施工记录资料为依据验收。

　　2.2防渗墙的施工

　　深层搅拌水泥土防渗墙采用单轴、多轴深搅桩机施工。其原理是用深搅桩机钻孔至预定深度，向孔中注入水泥浆液，用螺旋型钻头进行搅拌，尽量使土体和水泥浆强制拌合均匀而凝结，形成水泥土柱，互相搭接成墙，起到防渗作用。

　　荆南长江干堤施工中主要采用的设备为ＰＨ／5Ｆ双动力三轴深层搅拌桩机，桩机主要由液压步履底架、井架和导向架、钻机转动系统、钻具、液压系统、喷浆系统、电气系统及计算机监控系统等部分组成。

　　主要技术参数如下：

　　搅拌叶片外径：220～600ｍｍ

　　成桩直径：3×（220～600）ｍｍ

　　成墙厚度：190～403ｍｍ

　　最大加固深度：22.5ｍ

　　搅拌轴转速：正（10、16、29、47、72）ｒ/ｍｉｎ

　　反（11、19、34、55、85）ｒ/ｍｉｎ

　　最大扭距：43×2ｋＮ·ｍ

　　提升速度：正0.116～1.47ｍ/ｍｉｎ

　　反0.137～1.76ｍ/ｍｉｎ

　　纵向单步行程：1.2ｍ

　　横向单步行程：0.5ｍ

　　主电机功率：45×2ｋＷ

　　油泵电机功率：5ｋＷ

　　空压电机功率；2×3ｋＷ

　　生产率：15～25ｍ2/台时

　　2.2.1开工前的质量控制

　　根据规范规定进场水泥每200ｔ抽检一次，检验结果合格后方可使用；每400ｔ由监理中心送检一次。水泥浆液比重确定为1.5，要求防渗墙的水泥掺入量为15％。根据水泥浆液比重，以及桩机的提升速度（为了防渗墙搅拌均匀，提升速度不超过1ｍ/ｍｉｎ），计算出每分钟注入量。

　　水泥浆液存放有效时间应符合下列规定：

　　（1）当气温在10℃以上时，不宜超过3ｈ。

　　（2）当气温在10℃以下时，不宜超过5ｈ。

　　（3）当浆液存放时间超过有效时间时，应按废浆处理。

　　（4）浆液存放时应控制浆体温度在5～40℃范围内。如超出上述规定应废弃。

　　2.2.2开工准备

　　根据先导孔孔位平顺连接确定出防渗墙轴线，并进行现场放样。根据先导孔的终孔鉴定结果确定出防渗墙墙体的深度。

　　根据地质条件以及有关施工技术要求，在监理的指示下对搅拌、喷浆的有关参数、材料、设备性能及施工工艺措施作验证性试验。

　　2.3施工过程的质量控制

　　施工主要采用的机械为双动力三头深层搅拌桩机及单头深层搅拌桩机。用ＺＪ400型及1500转高速搅拌机拌制水泥浆（浆液比重为1.5ｇ/ｃｍ3），用ＨＢ6／3型灰浆泵供浆。

　　施工工艺及施工步骤如下：

　　配制水泥浆→桩机就位→对中、调平→喷浆搅拌下沉→喷浆搅拌提升→复搅→清洗管路→（下一循环）。

　　2.3.1双动力三头深层搅拌桩机的施工方法

　　（1）搅拌桩机按防渗墙轴线定位，依据桩机上的连通管调平机座，偏斜率应小于5‰。桩位对中偏差不大于50ｍｍ。

　　（2）安装水泥浆液制备系统，水泥浆液严格过滤，在灰浆搅拌机和集料斗前各设一过滤网。

　　（3）管线连接：用压力胶管连接灰浆泵出口与深层搅拌机的送浆管进口。

　　（4）试运转。调整搅拌速度，不得超过设计规定值的10％；调整提升速度，一般控制在1ｍ/ｍｉｎ左右；送浆管路和供水管路通畅；各种仪表应能正确显示，检测数据准确。

　　（5）喷浆搅拌下沉。先启动浆泵至钻头出浆，再启动主机，使其正向转动，并选钻头向下推进挡，直至设计深度。

　　（6）喷浆搅拌提升。当钻进至设计深度时，停钻灌注水泥浆30ｓ，直至孔口返浆，反向旋转提升钻杆，继续注浆，保持孔口微微返浆。当搅拌头提至设计桩顶时，停止提升，搅拌、喷浆数秒，以保证桩头均匀密实。

　　（7）复搅。搅拌、喷浆数秒后搅拌头正向转动向下推进至设计深度，再反向转动提至桩顶。此时灌注水泥浆量适当控制（以不堵塞管路为准）。

　　（8）清洗管路。向集料斗中注入清水，开启灰浆泵清洗管路中残留的水泥浆，直到搅拌头出浆孔喷出清水，并用人工清除粘附在搅拌头上的软土。然后，移机进行下一个桩的施工，见图1。

　　图1水泥土防渗墙孔位、桩距布置示意图（多头二次成墙）

　　2.3.2单头深层搅拌桩机施工方法

　　单头机与多头机施工步骤一样，桩机成墙时，单头机比多头机多一个循环，而且不分序。每次移机44.4ｃｍ，最终成墙厚32.5ｃｍ（见图2）。

　　图2水泥土防渗墙孔位、桩距布置示意图（单头机）

　　2.4防渗墙顶部处理

　　桩头处理时结合桩顶检查一并进行，在回填前查明有无漏桩，搭接厚度是否满足设计要求等情况，如有应进行补桩处理。防渗墙桩头顶部应于挖除并回填。有条件的采用粘土或粉质粘土回填，也可以用原堤身开挖土回填，但应除掉碎石和杂物。回填密实度不小于0.92。

　　3质量检查

　　墙体施工28ｄ后，通过钻检查孔取芯、开挖坑槽检验水泥土的物理力学性质，并进行墙体的完整性评价。检查孔沿轴线每100ｍ布设1个孔；开挖坑槽沿轴线每1000ｍ布设1个坑槽。

　　3.1检查孔钻孔

　　使用回转式岩芯钻机钻孔，孔位偏差不大于±1ｃｍ，全孔岩芯采取率不小于95％，岩芯编号装箱。每个钻孔取3组试样，试样位置在墙体均匀布置，试样项目为60％的样品做抗压强度、弹模实验，40％的样品做渗透系数、允许比降试验。取样采用贯入式活塞取土器，如贯入困难时，采用双管单动回转取土器。最后用水泥浆液封孔。

　　3.2特殊情况的处理

　　机械设备出现故障停机超过24ｈ，搭接按图3所示施工。

　　（1）地下遇见孤石（浅层的可挖出）或掉钻头等，可按图4所示施工。

　　（2）避开电杆、民房，转弯搭接等，按图4所示施工。

　　（3）检查中发现搭接厚度不足时，按图5所示补充处理。

　　图3水泥土防渗墙塔接示意图（停机超过24ｈ）

　　图4水泥土防渗墙塔接示意图（3ｃｍ以下有孤石等障碍物）

　　图5水泥土防渗墙塔接示意图（塔接厚度不够）

　　图6水泥土防渗墙塔接示意图（漏桩）

　　（4）检查中发现漏桩时，按图6所示施工补桩处理。

　　（5）施工中设备需要检修时，先预留榫头（注水空钻），检修完后继续沿榫头施工即可。

　　4深层搅拌法防渗墙的适用范围与技术特点

　　4.1深层搅拌法防渗墙的适用范围

　　荆南长江干堤防渗工程中成功的运用深搅法施工防渗墙表明，深搅法在软土基础加固和防渗处理中具有较强的适用性，处理后其承载能力和防渗性能可以满足常规要求。在当前的施工条件下，考虑经济、质量的保证，其适用范围应为松散砂土，粉砂土、粉质粘土及含少量砾石的土层，甚至有土体架空或洞穴也可施工。但在砂砾石层、有机质含量较高的淤泥土及含水量较少粘土层中慎用。

　　4.2深层搅拌法防渗墙的技术特点

　　（1）施工工效高：施工工效平均可达13.2ｍ2炖台时，是各种防渗技术造墙较快的一种方法。

　　（2）成墙造价低：成墙造价是高喷的1炖5，是混凝土防渗墙的1炖3。

　　（3）施工工艺简单：不需开槽，无塌孔、护壁、回填、夯实等问题，更重要的是不破坏堤坝。

　　（4）成墙效果好：墙体厚度均匀连续，接头少，墙体厚度满足防渗要求（桩机机头直径为400～500ｍｍ），墙体深度可达22ｍ。

　　（5）无污染、噪音低等，在城镇居民较集中的工业与民用建筑地基加固工程中采用此方法可取得很好的效果。

　　5结语

　　荆南长江干堤防渗工程，自2000年2月中旬开工，至2000年5月底竣工，历时3个多月。共完成防渗墙轴线长度41.982ｋｍ，527746万ｍ2。工程已安全运行至今，并经过了2000年长江汛期的考验。经过水利部质量监督总站长江流域分站对此工程的验收、鉴定一致认为：该技术方案构思新颖、技术路线正确，达到了国内领先水平。该技术适应我国大规模加强江河堤防防渗的形势要求，极具推广价值。