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多頭小直徑深層攪拌防滲墻在非洲馬里杰內(nèi)

大壩圍堰防滲中的應(yīng)用

劉中華 席月鵬

（中國(guó)地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司）（堤壩安全（北京）科技有限公司）

摘要：多頭小直徑深層攪拌防滲墻技術(shù)（簡(jiǎn)稱多頭防滲）在馬里杰內(nèi)大壩圍堰防滲中的應(yīng)用，在國(guó)外屬首次應(yīng)用。馬里杰內(nèi)大壩圍堰地質(zhì)條件復(fù)雜，原設(shè)計(jì)使用鋼板樁防滲方案，由于施工十分困難、造價(jià)高，后改為多頭防滲。本文主要介紹了多頭防滲應(yīng)用的工程概況、施工方法、施工方案、施工質(zhì)量控制和工程效果。

關(guān)鍵詞：多頭小直徑 深層攪拌 防滲墻 非洲馬里 大壩圍堰 應(yīng)用

1 工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

馬里杰內(nèi)大壩工程位于馬里尼日爾河的主要支流巴尼河上。距前往杰內(nèi)古城的巴尼河輪渡上游約8.6km。

工程的主要任務(wù)是灌溉，估計(jì)可灌溉面積68000公頃，正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容為3.2億m3。主要建筑物包括一座7孔單孔寬42m的水閘（溢流堰）、一個(gè)魚道，魚道位于工程右岸，在封閉堤和水閘之間，水槽尺寸為2.00m×3.40m（長(zhǎng)×寬）。左右岸的封閉堤總長(zhǎng)約1144m，高約10 m ～12m，頂寬9m。

本工程施工導(dǎo)流采用分期圍堰導(dǎo)流，圍堰填筑材料主要為當(dāng)?shù)赝亮稀?/span>

1.2工程地質(zhì)

壩址區(qū)揭露地層主要為上部第四系（Q）松散堆積物覆蓋層和下部基巖地層寒武系下統(tǒng)（∈1）泥頁(yè)巖。其中覆蓋層包括：第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統(tǒng)殘坡積層（Q3 el+pl）。

勘探深度內(nèi)揭露的主要地層如下：

①層為中細(xì)砂（Q4al+pl）：褐黃色，濕～飽和，稍密。質(zhì)純，不均。局部含小礫石。具有中等壓縮性和中等透水性。主要分布于主河道和左岸，較連續(xù)穩(wěn)定。層厚 0.3 m～7.8m，層底高程262.98 m～260.06m。共進(jìn)行2段次標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)為12、16擊，平均擊數(shù)14擊。
    ①-1層為壤土或砂壤土（Q4al+pl）：褐黃色，濕，可塑～軟塑，土質(zhì)不均。局部夾粉砂團(tuán)塊。具有中等壓縮性和弱透水性。主要分布于左岸，不連續(xù)，局部缺失。層厚 1.3 m～4.5m，層底高程265.54 m～267.94m。共進(jìn)行1段次標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)為9擊。
    ①-2層粘土為主（Q4al+pl）：灰黃～褐黃色，干～濕，可塑～硬塑，土質(zhì)較均。局部含礫石。具有高壓縮～中等壓縮性和微透水性。主要分布于右岸，連續(xù)穩(wěn)定。層厚約9m，層底高程262.62 m～ 263.10m。共進(jìn)行7段次標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)12 m～33擊，平均擊數(shù)25.4擊。

②層礫質(zhì)粘土或紅土礫石（Q4al+pl）：棕紅色、棕黃色、肉紅色，濕，硬塑～堅(jiān)硬，土質(zhì)不均。礫石粒徑多0.5 cm～1.0cm，最大可達(dá)6cm，次棱角狀，含量20%～30%。局部富集狀。局部夾含礫砂質(zhì)壤土。具有中等壓縮性和弱～微透水性。普遍分布于壩基以下，連續(xù)。層厚1.7 m ～7.5m，層底高程255.12 m～258.64m。

工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問(wèn)題：圍堰基礎(chǔ)以下中細(xì)砂層滲漏較為嚴(yán)重，局部礫石富集處滲漏也非常嚴(yán)重。汛期河水位較高，水量大，基坑內(nèi)外水位差高達(dá)10余米，因此在基坑開(kāi)挖前需對(duì)圍堰進(jìn)行防滲處理。

1.3設(shè)計(jì)指標(biāo)

多頭防滲墻沿圍堰軸線布置，成墻有效厚度不小于20cm，墻體進(jìn)入粘土層不小于2米，固化劑采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為12%，水灰比1.5：1～1.8：1。

2 施工方法

2.1技術(shù)原理

2.1.1水泥土的固化機(jī)理

水泥和土的固化過(guò)程有以下物理化學(xué)反應(yīng)：（1）水泥的水解和水化反應(yīng)；（2）離子交換與團(tuán)?；磻?yīng)；（3）硬凝反應(yīng)；（4）碳酸化反應(yīng)。

2.1.2施工過(guò)程中，水泥漿液、原土和原土中水、土中孔隙發(fā)生的物理變化

（1）在砂層中，由于砂層透水性強(qiáng)、水泥漿液比重大于水的比重、噴入的水泥漿液將砂層中的部分水?dāng)D出，砂粒間部分空隙被水泥漿填滿。因此砂層中吃漿量較大。加固一段時(shí)間后孔口有一定的陷落。

（2）在粘性土中，由于粘土透水性差，水泥漿噴入后，原土中水體不易被擠出或擠出甚少，被攪拌的水泥土體積大于原土體積，施工時(shí)，出現(xiàn)漿液溢出現(xiàn)象。

（3）原土層中存在空洞、裂隙（多出現(xiàn)在填筑而成的堤身），在攪拌施工中會(huì)出現(xiàn)土體吃漿量增大現(xiàn)象。尤其在水泥土漿達(dá)到流態(tài)時(shí)，水泥土漿還會(huì)填充被攪拌土體周圍空隙。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖及探地雷達(dá)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其影響范圍最遠(yuǎn)可達(dá)被攪拌土體外約1.0m。

上述物理變化過(guò)程表明：在水泥土被攪拌達(dá)到流態(tài)的情況下，若保持孔口微微翻漿，則可形成密實(shí)的水泥墻，而且水泥土漿在自重作用下滲透可填充被加固土體和被加固土體周圍一定距離土層中的裂隙，在土層中形成防滲寬度大于攪拌寬度的一條防滲帶。

2.2施工工藝流程

多頭樁機(jī)就位、調(diào)平；啟動(dòng)主機(jī)，通過(guò)主機(jī)的傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)主機(jī)上的多個(gè)并列的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆頭攪拌，并以一定的推動(dòng)力把鉆頭向土層推進(jìn)至設(shè)計(jì)深度；然后提升攪拌到孔口；在上述過(guò)程中，通過(guò)水泥漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴入土體。在鉆進(jìn)和提升的同時(shí)水泥漿和原土充分拌和。樁機(jī)縱移就位調(diào)平，多次重復(fù)上述過(guò)程形成一道防滲墻。施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2.3 施工作業(yè)程序

（1）測(cè)量放線，確定防滲墻的軸線；

（2）對(duì)將要施工的防滲墻段開(kāi)挖導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝寬約0.8m，深1m。在挖導(dǎo)流溝的過(guò)程中，遇到地下障礙物須及時(shí)清除；

（3）確定機(jī)械行走的作業(yè)路面的承載力，然后做出相應(yīng)處理；

（4）設(shè)置鉆孔位置，確定每一鉆的位置。并用平面幾何方法確定每次移位樁機(jī)地盤的平面位置。

（5）移動(dòng)主機(jī)至設(shè)計(jì)鉆孔位置，并把樁機(jī)調(diào)正、水平，對(duì)準(zhǔn)孔位；

（6）制漿站按照規(guī)定水灰比配制水泥漿，用泵把配制好的水泥漿輸送到儲(chǔ)漿罐，水泥漿應(yīng)隨配隨用；

（7）攪拌機(jī)送漿，鉆頭觸地，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，鉆進(jìn)過(guò)程中要保證孔口微微翻漿；

（8）鉆頭到達(dá)樁底高程后提鉆攪拌、噴漿至孔口，但必須保證孔口微微翻漿；

（9）關(guān)閉漿泵完成第一組樁施工，樁機(jī)橫移820mm后就位調(diào)平，然后重復(fù)上述過(guò)程進(jìn)行下組樁的施工。

圖2 單元墻施工示意圖

3 施工方案

3.1選用施工設(shè)備

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察第②層礫質(zhì)粘土或紅土礫石較堅(jiān)硬，設(shè)計(jì)要求進(jìn)入該層不小于2米，又考慮到工程遠(yuǎn)在海外，設(shè)備可靠性要高，而且必須確保足夠的動(dòng)力，因此施工設(shè)備采用由北京振沖江河截滲技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的BJS-18B型多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，設(shè)備由國(guó)內(nèi)運(yùn)至馬里。該設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1                BJS-18B型設(shè)備主要參數(shù)

3.2施工布置

該工程導(dǎo)流方式為分期圍堰導(dǎo)流，共分三期施工，根據(jù)圍堰施工情況多頭防滲墻同樣分三期施工，共布置1臺(tái)套多頭防滲墻樁機(jī)，施工平面示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 多頭防滲墻施工平面示意圖

3.3工程施工

（1）主機(jī)調(diào)平。施工前應(yīng)核定主機(jī)上的水平測(cè)控裝置，確保主機(jī)架處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。

（2）輸漿。應(yīng)盡量保證輸漿均勻，根據(jù)地層吃漿變化可調(diào)整輸漿量；輸漿量應(yīng)有專門的裝置計(jì)量，如流量?jī)x等。輸漿壓力，一般為0.3～1.0MPa。

（3）提升和下降速度。為保證不偏孔，開(kāi)始入土鉆進(jìn)時(shí)不宜高速鉆進(jìn)，一般鉆進(jìn)速度不應(yīng)大于0.8m/min；土層較硬時(shí)，速度不大于0.6 m/min；提升速度和輸漿量應(yīng)密切配合。提升速度快，輸漿量也應(yīng)大。二者對(duì)應(yīng)關(guān)系根據(jù)水泥摻入量來(lái)定。

（4）移位對(duì)樁精度。對(duì)樁位是影響樁與樁之間的搭接尺寸的因素之一。尤其注意的是施工中也可能因振動(dòng)造成整機(jī)滑移，帶來(lái)樁位偏差。

（5）施工深度。應(yīng)按設(shè)計(jì)要求及業(yè)主提供的高程點(diǎn)確定施工地面高程，分段計(jì)算施工深度；施工前核定深度盤讀數(shù)，孔深允許誤差應(yīng)小于5cm。

4 施工質(zhì)量控制

（1）樁機(jī)安裝深度自動(dòng)記錄儀，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制下鉆深度、噴漿面停漿面，確保樁長(zhǎng)。

（2）輸漿泵安裝漿量自動(dòng)記錄儀，輸漿時(shí)精確記錄輸漿量，并使?jié){液泵送連續(xù)，使樁體水泥摻入量達(dá)到12%。

（3）施工時(shí)保證水泥漿液濃度并使之與攪起的泥土充分?jǐn)噭?，使在鉆進(jìn)和提升過(guò)程中孔口始終有微微翻漿。

（4）施工時(shí)定時(shí)檢查攪拌樁的樁徑、成墻厚度及攪拌均勻度，對(duì)使用的鉆頭定期復(fù)核檢查。

（5）樁機(jī)安裝水平調(diào)平裝置，確保樁機(jī)機(jī)身施工時(shí)處于水平狀態(tài)，使塔架垂直度不超過(guò)0.1%。

（6）樁位偏差不大于3㎝，樁間搭接長(zhǎng)度、成墻厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

（7）噴漿鉆進(jìn)和提升的速度符合施工工藝要求，并設(shè)專人記錄每樁下沉和提升時(shí)間，深度記錄誤差不得大于20cm，時(shí)間記錄誤差不得大于5s，施工中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理情況均應(yīng)注明。

5 工程效果

在防滲墻施工前，圍堰基礎(chǔ)以下中細(xì)砂層滲漏較為嚴(yán)重，局部礫石富集處有滲漏，特別是圍堰下方中細(xì)砂層滲漏呈流態(tài)，滲漏嚴(yán)重處基坑內(nèi)側(cè)已出現(xiàn)坍塌，情況比較危險(xiǎn)。多頭防滲墻施工分別采用了1.5：1、1.7：1和1.8：1的水灰比，均未出現(xiàn)明顯漏漿現(xiàn)象，隨著防滲墻的施工滲漏逐漸停止，多頭防滲墻施工起到明顯防滲效果。一期圍堰防滲墻施工全部結(jié)束后，基坑開(kāi)挖到基礎(chǔ)底高程，基坑滲水量很小，配置一臺(tái)30KW污水泵10小時(shí)左右抽排一次水即可保持基坑內(nèi)基本沒(méi)水。按該工藝及參數(shù)施工完成了二、三期圍堰，經(jīng)開(kāi)挖均未有明顯滲水，保證了工程順利按期完工。多頭防滲墻施工前后對(duì)比見(jiàn)圖4、圖5。

6 結(jié)束語(yǔ)

馬里杰內(nèi)大壩圍堰多頭防滲墻施工經(jīng)實(shí)際基坑開(kāi)挖檢驗(yàn)證明達(dá)到了預(yù)期的工程效果，確保了本工程主體順利施工。本工程的應(yīng)用證明了該技術(shù)在砂層止水中防滲效果明顯，成本較低，值得在水利工程施工中推廣應(yīng)用。