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水库防渗加固处理中多头小直径防渗墙的应用

2021-12-27 222 上传者：管理员

摘要：以位于淮安市盱眙县维桥河流域的G水库为研究对象，针对其渗漏及病险状况并在多方案比选的基础上提出多头小直径深层搅拌桩防渗墙加固方案的可行性，进而对多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工技术要求及施工工艺进行分析探讨；钻孔取芯室内试验结果显示，三种配合比下的水泥桩试样均成型良好，桩身呈顺直、坚硬的圆柱体，表面光滑，色泽均匀，且随着龄期的延长，渗透系数减小，抗渗性能提升。

关键词：
加固效果
多头小直径防渗墙
帷幕结构
施工工艺
水库防渗加固
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1、水库概况

G水库建设在淮安市盱眙县龙王山水库上游的维桥河流域，该流域为淮河干流，长19.4km,流域比降0.0045,汇水面积35.9km2。设计洪水位和校核洪水位分别为60.75m和61.76m,水库总库容2598×104m3,兴利库容1675×104m3。G水库大坝长850m,包含防浪墙在内的坝顶宽8.0m,坝顶高程63.0m,为均质土坝。迎水面坡比1∶3,背水面增设戗堤，堤顶高程59m、堤顶宽14m,戗堤上下坡比均按1∶2.5设计。该水库建成于20世纪60年代，2009年进行了水库除险加固处理，2019年所进行的常规性水库运行安全情况检查中发现，该水库坝顶安全超高不足、坝体混凝土护坡破损坍塌、混凝土结构疏松、坝基渗漏、坝后积水管涌等问题，且被评定为三类坝，亟待防渗加固处理。

2、防渗加固方案

2.1 方案比选

考虑到该水库大坝建设年代久远，施工条件差，坝身下部局部压实度差，为此应对该水库大坝进行垂直防渗加固。垂直防渗加固的工程措施主要有高压定喷防渗墙、塑性混凝土防渗墙、黏土劈裂灌浆防渗墙、冲抓套井回填黏土及多头小直径深层搅拌桩防渗墙等。其中，塑性混凝土防渗墙技术成熟，但施工成本高；高压定喷防渗墙墙体厚度小、工程量小，搭接厚度不足，钻孔易偏斜，接头处防渗质量差；黏土劈裂灌浆防渗墙施工对坝体存在较大损伤[1]。

综合考虑水库大坝防渗加固各类工程措施优劣的基础上，从技术可靠性及造价节省性两个角度提出该水库防渗加固方案，并进行比选。

方案一：冲抓套井回填黏土加固方案。长1.85km的黏土井柱防渗墙沿水库大坝坝轴线设置，并按照单排孔造墙，冲抓孔设计孔径1.2m、孔距0.8m、设计厚度0.89m,孔底高程和防渗墙顶高程分别为38.5-41.5m和49.5m,黏土防渗墙总建筑面积为2.063×104m2。回填土料采用黏粒含量35%-55%、含水量20%-30%、内摩擦角≥20°、饱和快剪凝聚力20-30kPa、干密度≥1.6g/cm3、垂直渗透系数不超过10-6cm/s的非分散性土料。

方案二：多头小直径深层搅拌桩防渗墙方案。通过特制小直径深层搅拌桩机将水泥浆液喷进软弱土体，强制搅拌后使水泥浆和周围土体固结为水泥土墙，达到截渗的加固效果。根据加固要求，该防渗墙墙顶高程应比校核洪水位高出至少0.3m,故其墙顶高程应至少为62.06m,墙底伸入坝基原状土以下2.0m,所建造的防渗墙长1.85km,总建造面积2.063×104m2。

冲抓套井回填黏土及多头小直径深层搅拌桩防渗墙两个方案防渗加固工程量一致，均为2.063×104m2,投资额分别为326.8万元和139万元。综合比较截渗效果和投资额，本水库选用多头小直径深层搅拌桩防渗墙加固措施。

2.2 防渗墙技术原理

多头小直径深层搅拌桩防渗墙加固技术是基于单头及双头直径深层搅拌桩而发展起来的，该技术主要通过特制小直径深层搅拌桩机双驱动力装置，使多个钻杆并行转动，并使钻头在土层内持续推进至设计深度；在钻进的同时，由高压泥浆泵将事先制备好的水泥浆液喷入土层内，通过持续搅拌使浆液与周围土体形成水泥土防渗墙，固结后起到截渗加固效果。该技术主要以水泥为固化剂，借助机械可实现对地基深处软土和浆液的深层搅拌，并使土体与浆液发生充分物化反应，使其固结为整体性、稳定性良好的帷幕结构[2],达到增强软土地基渗透稳定性的作用。

实践经验证明，多头小直径深层搅拌桩防渗墙加固技术以水泥土为主要的防渗加固材料，对于黏土、粉土、淤泥质土、砂土以及砾石直径在0.05m以下的砂砾土等土层均具有普遍适用性；甚至对架空、渗漏通道、松散夹层等特殊结构土体也可施工，且施工过程并不干扰水库正常蓄水。多头小直径深层搅拌桩防渗墙成墙厚度可达到300cm以及上，且连续均匀，渗透系数通常可保持在10-6cm/s以下，抗压强度≥1.0MPa,搅拌桩间及桩单元间搭接长度均至少为100cm;抗渗性能好，完全可满足平原水库防渗加固要求。

3、多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工

3.1 技术要求

该水库坝体多头小直径防渗墙加固施工使用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，掺加量按照15%控制，并将墙体有效厚度控制在0.2m;水泥浆液的制备必须严格依据现场搅拌实验所确定的水灰比、土体类型及土料含水量，且水灰比应控制在1:2以上。搅拌桩施工机械行走到设计孔位后使其搅拌轴对中，误差控制在20mm以内，并确保机械搭架垂直。匀速展开搅拌、输浆、下沉、提升等施工操作，确保成桩过程的连续性，严格按施工图要求控制桩体搭接厚度，并定期检查钻头的磨损程度，钻头直径磨耗量应控制在15mm以内。

3.2 施工工艺

该水库多头小直径搅拌桩防渗墙施工采用钻杆间中心距320mm、桩径400mm、搭接处城墙厚度最小为240mm的SP-5F五头小直径水泥土搅拌桩机，该桩机移动支撑支点与立柱导杆挖掘搅拌装置垂直，回转动力主要通过数根掘削搅拌轴传递至底层的挖掘头，并由1#、3#、5#孔输送浆液，2#、4#孔送气，在一次钻进、一次提升的操作方式下由小直径深层搅拌桩机将水泥浆液喷入土体中，并旋转钻头搅拌后使基土与水泥充分混合并达到均匀状态，最终成墙。该技术所形成的拌和体抗压强度比原基土高，且整体性、水稳性、渗透性均更优。将桩体互相搭接成一列便形成截渗作用良好的连续防渗墙体。施工流程具体见图1所示。

3.3 现场取芯

现场试验采用三种配合比：水泥掺量15%、5%水泥掺量用等量粉煤灰取代(即10%水泥+5%粉煤灰)、5%水泥掺量用15%粉煤灰取代(即10%水泥+15%粉煤灰)。以上配比各施工两个幅段，共施工六个幅段，施工桩长10m。到达设计龄期后在各施工幅段分别进行钻孔取芯，芯样编号为X1、X2、X3、X4、X5、X6,通过芯样进行搅拌桩桩身完整性、均匀性、渗透性等的检验。初步判断结果显示，全部搅拌桩均成型良好，桩身呈顺直、坚硬的圆柱体，表面光滑，色泽均匀。

根据现场取芯室内试验结果，水泥土试样在龄期为28d时仅X2试样渗透系数略高出5.0×10-6cm/s外，其余试样渗透系数均在5.0×10-6cm/s以下，且龄期越长，试样渗透系数越小，水泥土渗透性降低，防渗性能越好[3],故该水库工程水泥土配合比符合坝体防渗加固设计要求。

该水库坝体多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工开始于2020年8月，于次月完成施工，次年4月通过主管单位竣工验收，大坝坝体防渗加固效果良好。

4、结论

综上所述，多头小直径深层搅拌桩防渗墙加固技术在水库大坝除险加固中应用十分成功，使坝体渗漏问题得到有效解决，且通过掺加粉煤灰取代部分水泥，既能提升防渗加固体抗压强度、增强其防渗效果，还能节省工程投资。为保证该技术在水库除险加固方面的推广应用，应增强对多头小直径防渗墙体厚度、抗压强度、渗流场及渗透系数等方面的分析研究，以提升技术的适用性和应用效果。

参考文献:

[1]鲍海兵,周巍,王鉴.多头小直径搅拌桩防渗墙在水库大坝加固中的防渗效果[J].治淮,2021(08):49-50.

[2]王明来.多头小直径防渗墙在小型水库防渗处理中的应用[J].陕西水利,2019(01):165-166.

[3]林燕清,孙佳星.多头小直径深层搅拌桩在长江堤防防渗处理中的应用[J].工程与建设,2020,34(01):111-112.

文章来源：汤传波,刘成峰.多头小直径防渗墙在水库防渗加固处理中的应用[J].黑龙江水利科技,2021,49(12):171-173.