周 兵
(安鄉縣水利局,湖南 常德 415600)
安造垸位于安鄉縣境內,東臨虎渡河,西靠松滋河東支,北與湖北省公安縣接壤,南抵松滋、虎渡兩河匯流。地勢北高南低,地面一般高程為(29.0~36.0)m。安造垸轄深柳、安全、安障及黃山頭4 個鄉(鎮)。全垸一線大堤總長81.50 km,保護面積為204.6 km2,保護總人口21.19 萬人,其中農業人口18.14 萬人,耕地面積為15.7 萬畝。安造垸堤防加固工程主要建設內容包括堤防護坡9.40 km、堤防護腳21.64 km、堤身防滲26.71 km、堤基防滲41.50 km、防汛路面73.188 km、穿堤建筑物23 座。
為保證工程質量要求,在工程施工全面鋪開之前,選取安造垸29+370~29+400、44+835~44+865 兩個典型堤段進行水泥土攪拌防滲墻觀測試驗(工程位置詳見圖1),總長60 m。29+400~29+370 段現狀堤頂高程為39.35 m,堤頂寬8.0 m 左右,從堤頂自上而下地層為:上部為堤身素填土,主要成分為粉質黏土、砂壤土,均勻性較差,稍濕,厚約6.0 m,其下為粉細砂層,灰褐色,松散-稍密,飽和,含泥質,厚約9.8 m,為主要滲漏層,下部為深厚粉質黏土層,可作為相對不透水層,該段設計為堤基防滲,采用水泥土攪拌防滲墻,墻厚300 mm,墻深15.8 m。堤身水泥摻量10%、堤基部分水泥摻量15%。44+835~44+865 堤現狀堤頂高程為38.61 m,堤頂寬12.0 m 左右,從堤頂自上而下地層為:上部為堤身素填土,主要成分為粉質黏土、砂壤土,均勻性較差,稍濕,厚約8.0 m,其下為粉細砂層,灰褐色,松散-稍密,飽和,含泥質,厚約7.51 m,為主要滲漏層,下部為深厚粉質黏土層,可作為相對不透水層,設計為堤基防滲,采用水泥土攪拌防滲墻,墻厚300 mm,墻深15.51 m。堤身、堤基水泥摻量均為15%。
圖1 試驗堤段位置示意圖
本次水泥土攪拌防滲墻觀測試驗的主要目的包括:
1)驗證300 mm 等厚度深攪水泥土防滲墻在本地區的可實施性;
2)取得不同地層水泥摻入量、注漿泵壓力、機械轉速、下鉆及提升速度等施工參數;
3)取得300 mm 等厚度深攪水泥土防滲墻施工工效,分析施工成本。
水泥土攪拌防滲墻觀測試驗技術要求包括:
1)墻體厚度不小于300 mm;
2)墻體深度符合設計要求;
3)軸線定位偏差不大于50 mm;
4)槽段搭接厚度不小于300 mm;
5)鉆孔深度誤差不大于50 mm;
6)成墻垂直度誤差不大于0.5%;
7)水泥土體單軸抗壓強度R28≥0.3 MPa,滲透系數K<5×10-5cm/s,墻體允許滲透比降J>50;
8)相鄰樁體對中偏差不大于20 mm;
9)水泥漿液中水灰比初步控制為1∶1,可根據現場實際情況適當調整。
試驗項目采用三軸攪拌樁機進行施工,三軸攪拌樁機單幅成墻長1.1 m,搭接12.5 cm,有效單幅成墻長0.975 m;施工工藝包括2 攪2 噴和4 攪2 噴。泵送壓力為(0.3~0.4)MPa,堤基水泥摻量為15%、堤身10%,水灰比為1∶1,下沉和提升速度(0.5~0.9)m/min。施工前用GY-1 型工程鉆機采用Φ91 mm 鉆具干鉆法鉆進取芯進行超前探孔,孔位布置于設計施工位置,每50 m 布設1 孔2 臺,共成墻60 幅,每幅墻長0.975 m。
水泥土攪拌防滲墻實施完成7 d 后,分別對2ZK-4(29 +396)、2ZK -5(29 +395)、2ZK-6(29+394)、2ZK-7(29+393)、2ZK-8(29+392)、5ZK-6 (44+840.6)、5ZK-7(44+836.7)墻體進行了淺部開挖,通過觀察,墻體內部搭接良好,完整、均勻且連續。通過檢測墻厚H≥300 mm,樁位偏差及墻間搭接均滿足設計要求。墻體現場開挖情況詳見圖2。
圖2 墻體開挖現場
試驗施工完成7 d 后,第三結構通過取芯觀察并結合注水試驗,鉆孔注水檢測防滲墻滲透系數7 孔,共進行21 段注水試驗,對所有7 個取芯孔的注水試驗所測得的滲透系數K<5×10-5m/s,均滿足設計要求。鉆孔取芯檢測7 孔防滲墻,按鉆孔深度在上、中、下部選取具有代表性芯樣共63 個進行芯樣抗壓強度檢測,檢測芯樣齡期在10 d 左右,結果為(0.10~12.2)MPa。
工藝試驗完成28 d 后,同樣通過取芯觀察并結合注水試驗,鉆孔注水檢測防滲墻滲透系數4 孔,共進行12 段注水試驗,對所有4 個取芯孔的注水試驗所測得的滲透系數K<5×10-5m/s,均滿足設計要求。鉆孔取芯檢測4 孔防滲墻,按鉆孔深度在上、中、下部選取具有代表性芯樣共12 個進行芯樣抗壓強度檢測,檢測芯樣齡期在28 d 左右,結果為(0.3~4.3)MPa。
從試驗段前期施工工藝段的質量檢查,可以得出如下主要結論:
1)2ZK-4 及5ZK-6 成墻連續、均勻,樁徑大小均勻,樁徑墻厚均滿足設計要求。
2)鉆孔取芯檢測7 孔防滲墻,按鉆孔深度在上、中、下部選取具有代表性芯樣共63 個進行芯樣抗壓強度檢測,檢測芯樣齡期在10 d 左右,結果為(0.10~12.2)MPa,71.4%滿足設計要求,芯樣不合格部位多數集中在下部淤泥層(10 m 以下),少數集中在中上部。
3)鉆孔注水檢測防滲墻滲透系數7 孔,共進行21 段注水試驗,均滿足設計要求。
4)根據28 d 成果數據,鉆孔取芯檢測4 孔防滲墻,按鉆孔深度在上、中、下部選取具有代表性芯樣共12 個進行芯樣抗壓強度檢測,檢測芯樣齡期在28 d 左右結果為(0.3~4.3)MPa,100%滿足設計要求。其中上部(0~5)m 及下部(10~15)m 水泥含量較高,芯樣強度較高,中部(5~10)m 水泥含量較低,芯樣抗壓強度較低。
根據7 d 水泥攪拌樁樁體取芯情況,有局部位置成樁強度小于0.2 MPa。分析其原因,主要有以下幾個方面:
1)芯樣不合格部位多數集中在10 m 以下,地質條件復雜,凝固時間應適當延長。
2)泥漿比重太小,漿液中水泥的含量少,造成攪拌樁的成樁質量差。水泥漿比重過大,壓漿泵無法正常壓漿,也會造成攪拌樁的成樁質量差。根據28 d 水泥攪拌樁樁體取芯情況,上部(0~5)m 及下部(10~15)m水泥含量較高,芯樣強度較高,中部(5~10)m 水泥含量較低,芯樣抗壓強度較低。
根據水泥土攪拌樁試驗參數情況,按相關規范要求,建議后續大規模施工中采用以下措施:
1)在28 d 齡期抗壓強度檢測報告正式出具前,按照2 攪2 噴、(0.6~0.8)m/min 提升速度的施工工藝用于安造垸防滲墻施工。
2)及時整理好先導孔地質資料,繪制地質剖面圖用于指導防滲墻施工,施工過程中要根據地質情況及時調整施工工藝和相關施工參數,盡量做到既要確保施工質量,又不浪費水泥、污染環境和提高施工成本。
3)鑒于7 d 齡期抗滲系數全部滿足設計要求,建議待試驗段28 d 齡期后對2 攪2 噴大于0.6 m/min提升速度的試驗樁再進行鉆孔取芯,檢測28 d 抗壓強度是否滿足設計要求,可以根據檢測結果推薦既能確保質量,又能進一步提高工效的、更優化的施工工藝。
4)鑒于28 d 水泥攪拌樁樁體取芯情況,抗滲系數、抗壓強度全部滿足設計要求,可使用2 攪2 噴0.6 m/min 提升/下沉速度進行后續施工。