摘要：首次選定了多頭小直徑水泥土深層攪拌樁截滲墻方案用于解決中運(yùn)河張莊～窯灣和柳林兩險(xiǎn)工段堤壩滲漏問題。在正式施工之前，通過做截滲圍井試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)行了論證。工程完工后使用探地雷達(dá)和埋設(shè)測(cè)壓管進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算表明：通過探地雷達(dá)分析表明兩段墻體的連續(xù)性和完整性較好，墻體對(duì)周邊壩體的疏松土體有明顯的改善；通過截滲墻施工前后斷面兩測(cè)壓管水頭差和滲透系數(shù)的計(jì)算分析與對(duì)比，也說明了這兩段所施工的水泥土截滲墻具有明顯的截滲效果，滿足了設(shè)計(jì)的需要。該技術(shù)在中運(yùn)河堤防加固工程中的成功應(yīng)用，不僅擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也推動(dòng)了該技術(shù)施工工藝的進(jìn)一步發(fā)展。
1 引言
由于受歷史條件和當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力水平的限制，我國(guó)大部分堤防大壩都存在著先天不足和后期老化問題，如填土疏松、抗?jié)B透能力偏低，地基較普遍的未進(jìn)行認(rèn)真處理，在河道中下游沖積平原地區(qū)的不同深度都存有較強(qiáng)的透水層，易產(chǎn)生管涌、冒沙等滲透破壞[1].大壩防滲是水利工程施工的關(guān)鍵技術(shù)，歷來是水利工程界高度關(guān)注的問題。在堤壩工程中，防滲技術(shù)的目的是隔斷堤壩兩側(cè)的水力聯(lián)系，降低堤壩的滲透系數(shù)，通常是通過修建粘土心墻、水泥土防滲墻及注漿等手段來實(shí)現(xiàn)這一目的[2].多年來，人們?cè)诖髩畏罎B工程上進(jìn)行了不懈的探索，取得了許多出色的研究成果[3-9]，具體體現(xiàn)在防滲的技術(shù)和方法應(yīng)用上。
多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲的目的。該方法是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性。該項(xiàng)技術(shù)是在普通深層攪拌樁技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它保留了普通深層攪拌樁技術(shù)取材方便、施工無噪音、無污染、工程效果好等優(yōu)點(diǎn)外，主要在一機(jī)多頭（3個(gè)鉆頭）和小直徑（200-300mm）成墻兩個(gè)方面有所突破，并可連續(xù)成墻。本文研究的就是利用該項(xiàng)技術(shù)在中運(yùn)河堤防加固工程中是如何進(jìn)行應(yīng)用的。
2 工程概況
中運(yùn)河（大王廟～二灣段）近期擴(kuò)大工程是沂沭泗洪水東調(diào)南下工程的一個(gè)重要組成部分，是宣泄南四湖洪水的主要出路，也是邳蒼地區(qū)的主要排澇河道，同時(shí)又是京杭大運(yùn)河航道上的重要一段。中運(yùn)河大王廟～二灣段河道雖經(jīng)過了五、六十年代開挖河道、修筑堤防等大規(guī)模治理，但由于其部分堤防是冬季施工，凍土上堤防，碾壓不實(shí)，存在空洞和裂縫，局部河段河道彎曲，流勢(shì)不穩(wěn)，主流直沖河岸堤防，易形成險(xiǎn)工段，而且防洪能力僅為十年一遇。因此，為提高防洪能力并計(jì)劃把防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到二十年一遇，水利部淮委決定對(duì)其進(jìn)行治理。其中的柳林險(xiǎn)工段、張莊～窯灣險(xiǎn)工段堤壩防滲工程是中運(yùn)河（大王廟～二灣）近期擴(kuò)大工程的重點(diǎn)，這兩個(gè)險(xiǎn)工段防滲施工的工藝及其質(zhì)量控制，對(duì)確保整個(gè)工程高質(zhì)量完成具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
張莊～窯灣險(xiǎn)工段（樁號(hào)左堤43＋070～44＋570）全長(zhǎng)1500m，截滲墻頂高程為27.0m，墻底高程為18.0m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)9.0m，工程量13500 m2；柳林險(xiǎn)工段（樁號(hào)左堤24＋302～25＋150）全長(zhǎng)848m，截滲墻頂高程為28.5m，墻底高程為20.0m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8.5m，工程量7208 m2.
3 技術(shù)應(yīng)用研究
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，通過幾種截滲方案的比較，選定了多頭小直徑水泥土攪拌樁墻截滲方案對(duì)張莊～窯灣和柳林兩險(xiǎn)工段進(jìn)行施工。由于該設(shè)備和工藝首次用于解決堤壩滲漏問題，為確保該技術(shù)方案的成功實(shí)施，因此在正式施工之前進(jìn)行了截滲圍井試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)研究。
3.1截滲圍井試驗(yàn)研究
試驗(yàn)方案為：在堤頂開挖了一個(gè)底部長(zhǎng)為4000mm，頂部長(zhǎng)為2138 mm，深度為2500 mm的倒正四錐體，在該倒正四錐體范圍內(nèi)回填中細(xì)砂，并按天然狀態(tài)密實(shí)，灑水使砂土處于飽和并接近堤基砂土的天然狀態(tài)，模擬堤基下的砂層。圍井設(shè)計(jì)成正四邊形，邊長(zhǎng)1200 mm，樁徑220 mm，樁與樁間搭接部分厚度不小于110 mm，樁長(zhǎng)6 m（見圖2略）。待墻體水泥土滿足設(shè)計(jì)齡期后，挖開圍井中中細(xì)砂和底層堤防原狀土觀測(cè)檢查墻體，開挖深度為4.5 m，挖穿了2.5 m厚的砂層，并在圍井四周注水。開挖外觀檢查和注水試驗(yàn)表明：
?。?） 樁與樁搭接良好，墻體完整，輪廓清晰，墻體表面光滑，墻體截滲效果良好；
?。?） 深層攪拌樁在砂層和堤身原狀土中成墻效果都較好；
?。?） 墻的搭接厚度最大達(dá)230 mm，最小厚度達(dá)160 mm，大于設(shè)計(jì)要求厚度120 mm.從圍井內(nèi)側(cè)樁與樁輪廓看，樁的垂直度偏差較小，圍井上部和下部樁的搭接基本一致。
外觀檢查和注水試驗(yàn)之后，現(xiàn)場(chǎng)鉆取了水泥土試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)獲得了滲透破壞比降、水泥土滲透系數(shù)和墻體抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)。
通過圍井試驗(yàn)，初步確定的主要施工參數(shù)為：水灰比為1.0：1，后來簡(jiǎn)化為1.0；水泥土中水泥摻入比為12％。
3.2 生產(chǎn)性試驗(yàn)研究
開工前雖對(duì)水泥土截滲墻做了圍井試驗(yàn)，并獲得了有關(guān)施工參數(shù)，但由于試驗(yàn)場(chǎng)地及試驗(yàn)條件與施工場(chǎng)地土質(zhì)存在差異，能否連續(xù)成墻，有待于進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。根據(jù)圍井試驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)要求，確定水泥土截滲墻施工采用水灰比為1.0，水泥摻入比為12％。在實(shí)施過程中，對(duì)墻體開挖檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)樁與樁之間搭接處出現(xiàn)夾泥現(xiàn)象，樁體連續(xù)性較差，最小搭接厚度多出出現(xiàn)小于設(shè)計(jì)的最小厚度。針對(duì)上述情況又進(jìn)行了分析論證，認(rèn)為樁機(jī)后退、水灰比偏小可能是導(dǎo)致上述質(zhì)量問題的直接原因，并且堤防土質(zhì)含水量大小與水灰比大小直接相關(guān)，為此又進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)研究。
水泥土截滲墻成墻先決條件是水泥土在攪拌過程中必須成塑性狀態(tài)或流態(tài)。計(jì)算表明，壩體最小含水量為6％時(shí)水灰比約為1.6；平均含水量為21％時(shí)水灰比約為1.1.根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，采用水灰比為1.5、2.0，水泥摻入比為8％和12％進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)考慮到堤防存在0.8～1.6m，最大達(dá)2.6m厚的粉細(xì)砂夾層，局部為中粗砂，且處于動(dòng)水情況。在這種情況下能否成墻、效果如何，在進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)的同時(shí)，又進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)齡期為11天。
試驗(yàn)表明，水灰比為1.5和2.0，水泥摻入比在8％和12％兩種情況下均能滿足滲透系數(shù)、強(qiáng)度和滲透破壞比降要求。水灰比為1.5的墻體滲透系數(shù)明顯優(yōu)于水灰比為2.0的墻體滲透系數(shù)，故最終確定水灰比為1.5，水泥摻入比為12％的施工參數(shù)進(jìn)行施工。
3.3 正式施工階段
根據(jù)圍井試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)取得的參數(shù)與結(jié)果，論證了多頭小直徑水泥土截滲墻用于堤防截滲施工是可行的，并且采用單排樁施工。這主要是因?yàn)橥ㄟ^試驗(yàn)單排樁的接頭處理和截滲效果能滿足質(zhì)量設(shè)計(jì)要求，比雙排樁更經(jīng)濟(jì)。這樣在正式施工階段按照上面的試驗(yàn)結(jié)果，采取有效的控制辦法，就可確保水泥土截滲墻的墻體質(zhì)量。具體施工順序是：
?。?）第一攪拌站按設(shè)計(jì)的水灰比配制并拌和水泥漿；
（2）用泵把配制好的水泥漿輸送到第二攪拌站并記錄水泥漿重量；
?。?）樁機(jī)就位調(diào)平；
?。?）開啟樁機(jī)，鉆頭攪拌下沉，同時(shí)開啟漿泵送漿至設(shè)計(jì)深度，記錄輸漿量；
?。?）攪拌提升同時(shí)噴漿至施工面并記錄輸漿量，關(guān)閉漿泵完成第一組樁施工；
?。?）樁機(jī)向前移動(dòng)150mm，并調(diào)平，重復(fù)（1）～（5）步驟，完成第二組樁施工；
（7）重復(fù)（6），完成一個(gè)單元墻的施工；
?。?）樁機(jī)向前水平移動(dòng)1020mm，對(duì)樁位調(diào)平，使本單元墻的第一根樁和上單元墻的最后一根樁搭接100mm以上，重復(fù)上述（1）～（7）步驟即可完成整個(gè)險(xiǎn)工段的施工注漿。
