不同成墙工艺的深层搅拌止水帷幕在上游水库的应用比较

MayNo.5

2011

不同成墙工艺的深层搅拌止水帷幕在上游水库的应用比较

周

摘

磊

（阿拉尔市阿拉尔新城建筑有限责任公司，阿拉尔843300）

要：结合上游水库的工程实例，介绍不同钻机，不同成墙工艺，形成的深层搅拌止水帷幕在上库区防滲中的效

果，并对成墙质量及帷幕止水效果比较分析。

关键词：不同成墙工艺；深层搅拌；帷幕止水；分析比较中图分类号：TU753

文献标识码：A

文章编号：1006-7973（2011）05-0146-02

（2）桩长：有效桩长10.0m，施工桩长11.0m左右。（3）水泥浆液配制：采用P032.5硅酸盐水泥浆液水灰比0.9~1.3，但单位墙体水泥用量不少于75kg。

（4）墙体质量要求：成墙90天后，其墙体各深度断抗压强度不小于1mpa，渗透系数ｋ＜Ａ×10－６﹙ａ﹤Ａ﹤10），渗透破坏比大于200，连续成墙后，最小成墙厚度大

于16cm，最小搭接长度为10cm。

水泥深层搅拌止水帷幕，是近十几年不断发展的一种帷幕止水方法。它具有止水效果好、效率高、成本低等特点，在处理水库及江、河渠堤防渗中是一种较有效的方法，尤其是在大型水利工程中，其功效是非常明显的。

随着深层搅拌钻机的不断发展，目前市场存在多种型号钻机，由于多种钻机设计结构的不同，其成墙工艺也不尽相

同，在工程施工中，形成的水泥搅拌帷幕质量及止水效果也

存在一定差异，结合上游水库水泥搅拌止水帷幕的工程实例，对单钻头、三钻头、四钻头水泥深层搅拌钻机的成墙质量，及帷幕止水效果进行比较分析，为以后同类型工程提供借鉴。

一、工程概况

上游水库位于阿克苏流域最下游的农一师塔里木灌区，设计库容1.8亿m３，设计水位高程1031.15m，主坝线总长22.15km，库区淹没面积108.0km２，坝堤为碾压式均质土坝，属于二等大型工程。

库区范围为河流冲积平原，地势平坦，由于河道摆动，多冲沟及占河道，有少量固定沙丘，根据地质勘察资料，场地地层自上而下为：

（1）表层：为中、重壤土及轻壤土，局部为砂壤土，层位基本连续，但厚薄不均，层厚为0.5~1.0m。

（2）粉细砂层：浅灰色、松散、饱和，厚度大，各钻孔均未揭穿。

库区地下水为孔隙潜水，由于水库为平原水库，库周地势平缓，水库蓄水后，引起坝外地下水位壅高，使得滨库地常荒地，农田沼泽化及次生盐渍化，植被及作物生长受到抑制，库外0~1.5km，地下水埋深一般为0.2~1.5m，局部洼地积水。

二、施工设计

根据工程地质资料，结合工程实际情况，本工程采用坝前铺膜及垂直防渗等措施，延长地下水渗径，减少部分水量损失，提高水的利用率，同时起到减少坝体孔隙水压力，增加坝体自重，加速软化固结作用，另外通过止水帷幕，改善地下水径流条件，以减少坝后浸没影响的范围，保护生态环境，本工程水泥深层搅拌帷幕墙主要采用以下设计参数。

（1）桩径及桩型：采用深层搅拌桩机，进行二搅二喷施工，桩径由各种桩机的实际情况而定。

收稿日期：2011-03-28作者简介：周

磊，阿拉尔市阿拉尔新城建筑限责任公司。

三、施工设备配置

（1）单钻头钻机：动力装置是由一台37kw或45kw电机驱动单根主动钻杆，其成桩直径根据设计要求或地层条件可由200mm~500mm，本工程采用直径500mm的搅拌叶片。

（2）三钻头钻机：动力装置是由75kw电机驱动三根主动钻杆，钻杆中心距为500mm，成桩直径在满足工艺要求及地层条件下，提高功效，单位直径为300mm。

（3）四钻头钻机：动力装置是由一台90kw电机驱动四根主动钻杆，钻杆中心距为400mm，其一次成墙直径须大于430mm，才能发挥其功效，并且满足帷幕墙的设计要求。

四、各钻机成墙工艺流程1．单钻头钻机

由于其构造的特性，决定了单钻头钻机成墙原理是由单独桩体连接而成，不能一钻成墙，所以在实际施工过程中，既要考虑其功效，又要考虑可钻性，一般在地层条件及成桩深度允许的情况下，在满足设计要求基础上，尽量加大搅拌叶片直径，以提高工作效率，其成墙工艺如下图1：

图1成墙工艺图

2．三钻头钻机

本次施工，由于地质条件及成墙深度的，加之，三钻头钻机功效较小，无法满足一次成墙的要求，并且，搅拌

第5期周磊：不同成墙工艺的深层搅拌止水帷幕在上游水库的应用比较

147

叶片直径受到钻杆间距的，直径太大不能成桩，并且功效低，直径太小，既降低功效，又浪费材料，通过试验，选择了二次成墙，其成墙工艺如下图2：

图2

二次成墙工艺图

3．四钻头钻机

四钻头钻机设计合理，动力功效与钻杆间距及成桩直径相匹配，适用性更强，能在较复杂地层一次成墙，且成墙深度较三钻头钻机深，在本次施工中，四钻头以其功效高、成墙连续性好等特点，在整个施工中起到了主导作用，其成墙工艺如下图3：

图3最后成墙工艺图

五、成墙质量比较分析1．抗压强度、抗渗系数比较

对三种类型钻机施工的墙段，分别取芯，做90天龄期的抗压、抗渗试验，其试验结果如下表：

钻机型式

取样位置抗压强度平均抗压强平均抗渗系

（m）mpa度mpa

抗渗系数数

2.0-2.51.36.4×10-6

单钻头钻

3.3-3.81.51.538.3×10-6

7.7×10-6

机

8.1-8.6

1.88.5×10-6

2.3-2.82.52.1×10-6

三钻头钻

4.2-4.72.82.85.3×10-6

4.6×10

-6

机

9.2-9.83.16.5×10-6

2.5-3.01.73.5×10-6

四钻头钻

5.5-6.12.22.12.7×10-6

3.3×10

-6

机

8.7-9.3

2.4

3.8×10

-6

由上述试验结果可知，三种类型的钻机在施工过程中，由于成墙厚度不同，造成水泥搅拌墙內单位体积水泥含量不同，从而使墙体的抗压强度及抗渗系数随着单位墙体体积水泥含量的下降，其结果下降。

平面示意图

库区

水泥深层搅拌截渗墙

观测井

大坝线

剖面示意图

大

坝

库区

观测井

截渗墙

图4墙体布置示意图

（1）截渗墙后水位观测。

（2）为了进一步验证截渗效果，分别对三种类型钻机施工完成的截渗墙段进行地下水观测，观测井，井深7.5m，其布置如上图4。

每种类型钻机施工的截渗墙后，分别设三眼观测井，每组观测井相距不少于1km，观测分为三个阶段，前期为截渗墙施工前，中期为截渗墙施工过程中，后期为截渗墙全部施

工完成，每个观测期为20天，观测结果如下：

（1）前期：成井后，观测井水位与库水位几乎一致，最大降深0.2m，随后一直稳定，并且观测井水位升降滞后库水位三天。

（2）中期，在截渗墙施工至观测井附近时，单头钻机施工段的三眼观测井三天后水位开始逐个下降，比库水位低1.0m，三头钻机施工段的三眼观测井7天后，水位才逐个下降0.4m。四头钻机施工段的三眼观测井水位2天就开始逐渐下降，15天后达到稳定，比库水位下降了1.5m，并且下降后稳定时定为10天。

（3）后期：三组观测井分别达到水位稳定时间为：单头

钻机施工段观测井水位稳定时间为3天；三头钻机观测施工段观测井水位稳定时间为3天：而四头钻机施工段观测井水位则下降幅度大，稳定时间为10天。

这三组观测井水位稳定一段时间后，又开始逐渐回升，最后又与库水位相当，但观测井水位升降一直滞后水库水位

的升降，并且滞后时间也有差别，三头钻机后观测井水位变化滞后库水位2天；单头钻机后观测水位变化滞后库水位3天；而四头钻机施工段观测井水位变化滞后库水位7天

由上述水位变化情况得知：由于成墙工艺的不同，截渗墙的连续性也不一样，其截渗效果也存在很大差异，由于单

头钻机在成桩过程中，钻头产生偏差，桩与桩之间的搭接效果不是很理想，但单钻头钻机的功率大，转速高，加之，搅拌叶直径大，所以，比三钻头钻机的成墙连续要好一些，而四钻头则以设计合理性弥补了单钻头和三钻头钻机的缺陷，其四根主动钻杆由三套夹板固定，这样钻机在施工过程中，四根主动钻机位置不会发生偏移，从而使截渗墙的搭接出现问题较少，截渗墙的连续性也更好。

六、施工体会

（1）水泥深层搅拌止水帷幕的施工，在设计上应明确各项参数，如：墙体厚度、单位体积水泥用量等。以确定合适的施工钻机及合理的单价。

（2）在施工中，针对不同型式钻机，由于成桩直径不同，其水泥掺入量也应变化，而不是直径不同，成墙直径不同，而用同一个水泥掺量标准，应在设计中明确单位墙体的水泥含量。

（3）严肃、认真的施工态度也决定了工程的质量。施工人员应认真领会设计和规范的要求，而不是钻设计上未明确的漏洞，从而影响整个工程的质量。