多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术应用在大坝防渗加固中的可行性分析

　　摘要:本文结合工程实例,队对多头小直径深层搅拌桩截渗墙的设计、施工及检验进行了分析，可供大家工程参考。
　　关键词:大坝;防渗加固;多头小直径深层搅拌桩
　　
　　1前言
　　近年来，我国在大坝防渗加固技术和方法上进行了不懈的探索，取得了许多出色的研究成果。多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。该技术与普通深层搅拌桩技术相比，它除具有取材方便、施工无噪音、无污染、工程效果好等优点外，还具备一机多头（3个钻头）和小直径（200-300mm），并可连续成墙。本文结合实例,就多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术堤防加固中的应用进行了探讨。
　　
　　2工程概况
　　广东某防洪堤为4级堤防，顶宽4～5m，堤高10m，除险段防洪堤长580m，边坡1：2，该防洪堤是70年代由当地农民从防洪堤脚取土填筑而成。在2006年遇到了30一遇洪水，该防洪堤k0+850～k1+150m垮堤，k1+850～k2+130多处出现管涌。
　　根据地质勘察，防洪堤堤身为壤土夹粉土，局部粉土较集中，地基土层分布情况从上到下为：壤土层，厚5m；粉质土，厚约4m；粉细砂层，厚约8.5m，分布起伏不均；砂砾卵石层厚约11m；然后到灰岩。出现管涌和防洪堤垮堤是由于防洪堤地基渗漏引起。
　　经研究决定对防洪堤k0+850～k1+150m垮堤段进行地基防渗处理，并重建该垮堤段。对k1+850～k2+130管涌堤段段堤身及堤基进行防渗除险加固处理。由于多头小直径深层搅拌桩墙在粉土及砂砾地基中使用，相对其它的防渗技术相对高喷截渗、混凝土墙截渗优越，本工程决定选用此技术。
　　
　　3多头小直径深层搅拌桩截渗墙的原理
　　主要是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻进边往土体中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，使喷入软土的固化剂和软土充分拌合在一起，由固化剂和软土间所产生的一系列化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性、强度性及抗渗性的优质水泥土截渗墙体。
　　
　　4多头小直径深层搅拌桩的优点
　　目前普遍采用的垂直截渗方法有:高喷截渗、混凝土墙截渗、多头小直径深层搅拌桩墙截渗等,结果表明多头小直径深层搅拌桩墙截渗技术优点如下:①充分利用原防洪堤土体,仅使用易于选购而且价格低廉的普通水泥构成墙体;②成墙质量可靠,具有混凝土墙和高喷墙截渗效果和寿命,而且水泥土墙具有一定的塑性,相当于塑性混凝土墙,适应防洪堤土堤变形的能力强;③成墙造价低,经比较分析，多头小直径深层搅拌桩墙的造价仅是混凝土墙的1/3,高喷截渗墙的1/4。
　　多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术适用于粉土、砂土以及含少量砾石的直径小于50mm中粗砂层的防渗，对土体存在架空、松散夹层、渗漏通道或洞空等情况也可施工，而且在汛期也不影响施工；加固处理深度不大于18.0m。
　　
　　5多头小直径深层搅拌桩墙的设计
　　设计内容如下:
　　(1)墙体位置：均设在防洪堤堤基中部，k0+850～k1+150m，施工从地表至地基以下18m，k1+850～k2+130段，从堤上开始，至地基以下8m。
　　(2)桩径及墙厚：搅拌桩墙厚度T为T=△H/J其中,△H为最大上下游水头差9.6m;J为水泥土允许水力渗透坡降,根据相关资料取80。混凝土防渗墙厚应不小于T=H/J=9.6/80=0.12m,结合施工可能带来的垂直偏差,选用桩径为390mm,搭接处理论最小成墙厚度210mm。
　　(3)设计参数
　　a、墙体渗透系数k<A×10-6cm/s(1<A<10)，
　　b、渗透破坏比降大于200，
　　c、墙体室内抗压强度kp>0.5MPa(28天龄期)，
　　d、成墙厚度的范围一般在200～300mm,堤基截渗成墙厚度应大于满足设计渗透破坏比降要求最小成墙厚度，
　　e、固化剂采用水泥，水泥标号应不小于32.5，
　　f、水泥掺入比一般为8～12%，则浆液比重为1.286～1.586，通过实验选取。
　　
　　6搅拌桩墙的施工技术
　　6.1施工成墙工艺
　　桩机定位、调平→下钻搅拌至设计深度→提升搅拌至孔口→桩机纵移定位、调平，多次重复上述过程形成连续截渗墙体。施工要求：保证桩位成直线，墙体垂直，桩径尺寸，及深度控制。
　　（1）桩位控制：为确保搭接长度、墙体厚度及整体性，施工时放一条醒目平行设计截渗墙体轴线的辅助线，为保证桩位的准确度，根据桩孔距、搭接要求，制作桩位放样定位尺，可在辅助线上定出每序成墙孔号位置，使桩位偏差满足设计要求。
　　（2）墙体垂直度控制：在施工前，用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面，因桩机底座平台上有三根标杆均固定联通器管，待管中注入油后，就在管中油液面处的标杆上做出醒目刻度标记，使油液面与刻度标记重叠，最后将联通器管口封闭，因此在施工时，只要保持桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠，所成的截渗墙体垂直度就能满足设计要求。
　　（3）桩径控制：主要是控制钻头直径，一般选择钻头直径都稍微大于设计桩径要求，因此在施工过程中，要经常检查钻头尺寸是否达到设计要求时所选钻头最小尺寸，特别是在砂性土层中；若钻头磨损利害，尺寸不符合，则应更换合格的钻头。
　　（4）桩长控制：根据设计要求的桩长，选定较为适宜的机型，以确保桩长及施工质量。
　　6.2浆液及灌浆质量控制
　　控制质量有多方面，首先控制材料，选用合格材料；其次关键控制水灰比，及水泥浆液，要求符合设计值；同时尽量避免施工中因输浆系统发生障碍而出现断桩现象；最后也注意地质情况，在施工中如发现溢浆严重或不溢浆现象，施工人员要向现场技术员及施工员汇报，适当调整水灰比或增、减注浆量，保证成墙质量。
　　6.3效果检验
　　1）开挖检测
　　在截渗墙体的强度达到一定值后，对截渗墙体进行开挖，深度可在3～5m，可检查墙体外观搭接质量、整体性、致密性以及采用吊垂检查墙体垂直度等；还可选择一般截渗墙体开挖，深为300mm，检测桩位偏差、搭接效果以及有无漏桩现象。
　　2）截渗墙体取样检测
　　从开挖外露的墙体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样，进行室内试验，直接测定截渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求，还可观察截渗墙体搅拌均匀程度。效果检验主要采取了开挖外观检查、取样室内试验以及地质探地雷达检测等手段,检验结果如下:室内试验共取样8组,进行28d龄期室内试验得知:水泥土试块强度离散性较大,最大1.3MPa,最小0.8MPa,均大于0.5MPa;渗透破坏比降均大于200,渗透系数均小于A×10-6cm/s(1<A<10),试验结果满足设计要求。
　　3）探地雷达检测
　　为了探测桩体完整性、连续性以及找出墙体缺陷位置等,采用了探地雷达检测,沿墙中心线布测线,全程检测,并垂直墙体在防洪堤顶每50m检测一横断面。检测结果表明:墙体的连续性和完整性均较好;极少个别桩体垂直度较差,略偏离墙体轴线,但不影响墙体的连续性和完整性。
　　
　　7结语
　　深层搅拌法是截渗方法中较为实用、经济、有效的除险加固方案，而多头小直径深层搅拌桩墙在粉土及砂砾地基中使用，相对其它的防渗技术相对高喷截渗、混凝土墙截渗优越，但它仍存在一些局限性，我们在实践运用中应不断总结经验，因地制宜，灵活运用。

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