多头搅拌水泥桩在台山电厂防渗帷幕工程的应用

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1、工程概述
    由于多头搅拌水泥桩自身所具有的特点，其所形成的防渗帷幕与其它常规施工方法相比，有较大的优越性。本文对多头搅拌水泥桩的工艺特点及其在台山电厂防渗帷幕工程的应用进行了介绍。
    广东省台山电厂位于珠江口以西60km铜鼓湾西侧海岸边，属台山市铜鼓村地域。厂址西北面距赤西镇约15km，东面距大襟岛5km，南面临海，距离上川岛10km，北面距台山市约50km。厂址三面环山，南和东南部分为滩涂，在建电厂为火电厂，规划容量为8台600MW机组，一期工程为2台600MW国产燃煤机组。
    电厂循环水取水系统包括取水口、明渠、循环水泵房，其中明渠长约600m，底宽3m，两侧坡度为1：1.5，开挖深度为12m，循环水泵房平面尺寸为61mx29m，开挖深度为16m。本区域地下水与海水相通，地下水位埋深约4m，经多方案比较，最终确定沿明渠、循环水泵房外围设一道防渗帷幕，考虑后期扩建要求，帷幕轴线范围内已将后期的明渠及泵房包括在内，帷幕两端与山体相接，在防渗帷幕形成的干施工条件下进行开挖和砌筑明渠及现浇钢筋砼泵房，本方案投资省、施工质量最有保证。帷幕工程总长度1244m，帷幕立面11200m。
    帷幕所处地质条件为表层为人工填土层局部地段为填石，厚约6m，其下为砂层（粉砂、细砂、粗砂），厚约2～4m，再往下为粘土层、强风化花岗岩、中等风化花岗岩层。
    针对本工程地质条件，设计上曾对高压摆喷、多头搅拌水泥桩、常规水泥搅拌桩等施工方法形成的防渗帷幕进行比较，最终鉴于多头搅拌水泥桩具有显著的优越性，从而本工程采用多头搅拌水泥桩形成防渗帷幕。另外沿帷幕轴线，有部分路段为原填石区，施工前挖槽将块石挖除，然后填砂土置换。
    2、多头搅拌桩工艺特点
    2.1概述
    多头搅拌水泥防渗墙技术是将传统的深层搅拌工法改进而成的一种专门用于防渗墙（止水帷幕）施工的方法和设备。目前国内采用的是双轴驱动的三头搅拌法，其搅拌器为喷浆形式的十字形结构。它是用三头同时向下搅拌而形成连续的防渗墙或者步进之后形成连续的防渗墙。与传统的深层搅拌桩机相比，它在以下两方面有显著的改进和提高：
    首先，由于动力提高，搅拌头直径减小，每个搅拌头的钻进力大大提高（一般可提高3倍，需要时最大可提高9倍）。因此，它不仅可以穿过较密实的砂层，还可以进入强风化岩石的顶部0.2~0.5m。
    其次，搅拌机的垂直度和操作控制的平稳性能大大提高，其垂直度误差可控制在0.3%之内，可以比较好地避免一般深层搅拌桩机由于垂直度偏差太大而出现“开档”的现象。
    正是由于以上两个特点，使之特别适合于建造地下防渗墙（止水帷幕）。
    2.2技术参数
    根据目前的机械设备能力，墙体有效厚度可取190~450mm，成墙深度一般不超过22.5m，最大不超过25m。根据不同的地质条件和水头差大小，常采用以下三种墙体厚度：
    （a）搅拌头直径φ220mm，墙体有效厚度190mm，搅拌机每次进111mm（半桩），四次步进成墙。此型适合于成墙深度大、砂层密实、需要进入强风化岩层的情况。
    （b）搅拌头直径φ410mm，墙体有效厚度300mm，搅拌机每次步进222mm，二次步进成墙。
    （c）搅拌头直径φ550mm，墙体有效厚度400mm，一次成墙。此型适合于成墙深度较小、土层比较软的情况。
    2.3适用条件及其优点
    多头搅拌水泥桩可以适用于素填土、粘土、砂土、淤泥等地层，可以进入强风化岩层顶部0.2~0.5m。
    多头搅拌水泥桩有如下优点：
    成墙效果：成墙效果好，墙体厚度均匀、连续、渗透系数小、渗透破坏比降大。成墙可靠性高，可控性好，可以作为永久性防渗墙。
    造价低：成墙总造价仅为高压旋喷（包括定喷、摆喷）、双排搅拌桩和砼地下连续墙的二分之一左右或更少，成墙效果和可靠性比高压旋喷好，与双排搅拌桩相当。因此，其“性价比”最高。
    施工工效高：实际施工工效平均为每台机每天200~300m2，最高工效可达450m2。比高压旋喷、双排搅拌桩和砼地下连续墙工效高出一倍以上。
    3、防渗帷幕设计参数
    采用R32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量（重量比）为12~15%，水灰比采用0.5~2.0，掺入量和水灰比根据室内试验初步确定，然后再根据现场施工情况修正。
    帷幕深度：防渗帷幕顶标高为2.5m，底部进入粘土层1.5m或花岗岩岩面，帷幕平均深约10m。
    透水率<1Lu，抗压强度R28>1.0MPa。
    4、防渗帷幕施工及流程
    4．1搅拌桩技术参数：
    搅拌叶片外径：410mm
    喷浆嘴位置：钻头、叶片底部喷浆
    主电机功率：2×45KW
    浆液配合比：1：1
    4．2多头搅拌桩施工
    （1）形成施工平台，施工平台误差控制在15cm范围内。
    （2）测量工人员按图纸放样定位，孔位偏差±5cm内。搅拌桩机钻杆沿导向架下沉，偏斜率小于5‰。
    （3）搅拌设备施工时，开启泥浆泵将水泥浆压入土中，边喷浆，边搅拌下沉，钻至设计深度后，边提升，边喷浆，边旋转搅拌至地面一次成桩完毕。搅拌头直径Φ410mm，墙体有效厚度300mm，搅拌机每次步进222mm，二次步进成墙。
    （4）搅拌桩前后两组桩相互切割，一次成墙完成一个施工单元。单元墙长度为1.32m，相邻桩的施工间隔不能超过72小时，如因特殊原因超过上述时间，应对最后一根桩进行空钻留出榫以使下一批桩塔接；如间歇时间太长（如停电等）与后续桩无法塔接，采取局部补桩或注浆措施。
    （5）泥浆随配随用，为防止水泥浆离析，在制浆桶中不断搅拌。为防止阻塞管路，在一、二级搅拌中间设置一道过滤网。供浆、供水必须连续，一旦中断，应将旋喷管下沉至停浆点以上0.5m处，待恢复供应时旋喷下钻。
    （6）提升速度以Ⅲ—Ⅳ档（0.94m/min）为主，记录仪记录搅拌机施工时间，深度记录误差不得大于10cm。
    （7）记录员及时准确填写施工记录。
    4．3施工工艺流程：
    4．4质量保证措施
    （1）作业形成的防渗墙厚度不小于设计值，施工人员每班施工前测量钻头大小，大小不应小于405mm。
    （2）水泥品种标号为32.5R，水泥平均掺入比15%，每米水泥用量168.3kg，每米浆量98.4L，每桩0.25m浆量4.1L。严格控制水灰比，水泥浆比重1.512，每单元桩用比重计测一次比重，记录在原始记录表中，浆液用量达到设计要求。
    （3）孔位偏差控制在±5cm之内，每隔30m设一控制点，以便于施工放样人员复核。
    （4）单元桩倾斜率≤5‰。控制倾斜率用水平校正仪，倾斜率控制在3‰以内。
    5、效果检验
    防渗帷幕施工历时约2个月，多头搅拌水泥桩施工效果通过局部与整体相结合的方法进行检验。首先，桩体形成14d后进行钻孔抽芯检验，桩体强度达到要求，各桩桩间结合紧密，未发现分叉、缺浆等现象。其次，防渗帷幕全部施工结束15天后在帷幕内进行大开挖，原有地下水抽干后，基坑内基本保持干燥。通过上述检验，说明多头搅拌水泥桩防渗效果好，为明渠及循环水泵房的施工创造了良好的施工环境。现明渠及循环水泵房已施工完毕，施工质量得到了很好保证。
    6、 结语
    多头搅拌水泥桩在台山电厂防渗帷幕工程取得成功应用，为其它工程防渗帷幕施工方案的比选提供了另一途径。多头搅拌水泥桩成墙效果好，施工工效高，造价低，具有较广的应用前景，值得在今后工程推广。