液压铣削深搅防渗墙施工参数的选定

(1.山东大禹水务建设集团有限公司,山东 济南 250013;2.山东省水利工程局有限公司,山东 济南 250013;3.山东省农业对外经济合作中心,山东 济南 250013)

液压铣削深搅防渗墙施工技术是目前世界上公认的先进止水防渗技术。该技术在国内水利工程、城市地铁工程、房屋建筑深基坑支护工程等领域均有应用，但在水库大坝中应用的实例不多。到目前为止，国家和行业还未形成对该技术正式的施工规范和质量控制标准。

本文以山东省重点水利工程——黄水东调应急工程(广南水库增容加固工程)试验段施工为例，阐述了在复杂地质条件下的施工工艺，以及施工参数的选定过程。

1 项目概况

1.1 工程概况

广南水库增容加固工程是黄水东调应急工程的重要组成部分，位于东营市新城东南，地处支脉河北，广利河南，防潮堤西，为退海滩涂的开阔地带。水库增容后兴利水位由5.0m提高到5.7m，兴利库容增加2338万m3，总库容为13528万m3。水库枢纽工程由围坝、隔坝、引水枢纽、泄水闸等部分组成，围坝为碾压均质土坝，围坝防渗采用液压铣削深搅防渗墙。

为保证广南水库增容加固工程液压铣削深搅防渗墙施工质量，施工前先进行成墙试验，以检验墙体的完整性、抗渗性和耐久性，确定主要技术参数；进行浆液配合比等试验，提出水泥、外加剂的品种及掺量等，提出墙体的物理性能指标、力学指标。

1.2 主要设计指标

广南水库现状兴利水位5.0m，死水位2.0m，围坝长24.9km；增容后兴利水位5.7m，新筑坝体长24.69km，设计坝顶高程6.7m和7.0m，防浪墙顶高程7.5m和7.8m。

防渗墙轴线位于新筑坝体轴线处，采用液压铣削深搅防渗墙，墙厚不小于0.6m，顶高程6.2m，平均深21m，一般深入③层壤土1m。

1.3 工程地质条件

坝基揭露地层主要为第四系全新统冲积堆积的轻粉质壤土、砂壤土、壤土、粉砂等，自上而下分述如下：

2 液压铣削深搅防渗墙试验段施工工艺及参数

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程包括施工准备(清场备料)、放样接高、安装调试、开沟铺板、移机就位、搅拌下沉、搅拌提升(复搅提升)、成墙、成墙检测等，图1为施工工艺流程图。

图1 工艺流程

2.2 工艺原理

成墙过程分为钻进和提升两个阶段，通过铣削掘进、注浆供气、反向铣削提升、全程注浆搅拌的过程，使固化剂(水泥浆)与土体掺和形成水泥土防渗墙。钻进时，铣轮相对相向旋转，不断地向下掘进铣削地层，同时通过供气、注浆系统不断地向槽内分别注入高压气体、固化剂，直至要求的深度。随后，铣轮做相反方向旋转，慢慢提升铣削，并不断注入气体和固化剂，与槽内的土体不断搅拌混合，从而形成由土、固化剂、水、添加剂等组成的水泥土混合物的固化体，形成上下等厚的水泥土连续墙。

2.3 主要施工设备选择

根据设计要求，本工程选用SC40液压铣削搅拌钻机及其配套设备进行施工。SC40液压铣削搅拌钻机结合了液压铣槽机的设备技术特点和深层搅拌技术，可在复杂地质条件下完成搅拌成墙施工，该机具有移动灵活、成墙质量高、施工速度快、噪声低、污染小等优点，适宜本工程施工。设备主要参数见表1。

表1 设备主要参数

2.4 防渗墙工程技术要求

a.墙体厚度：不小于0.6m，本次施工钻机固定成墙厚度0.7m，满足要求。

b.固化剂：固化剂采用42.5级抗侵蚀性复合硅酸盐水泥。

c.固化剂掺入量：设计要求为20%，试验中水泥按18%、20%、22%掺入比进行施工。

d.注浆水灰比：通过现场施工试验确定，一般控制在1.0～2.0左右。

e.28天抗压强度：大于2MPa。

f.渗透系数：小于1×10-6cm/s。

2.5 试验段布置

试验段施工是确定施工参数的关键环节，也是检验主机、后台及监控系统运转情况的手段。试验段本着边施工、边总结的原则，根据不同的地质条件逐渐对相应的施工参数进行优化调整，选择搭接宽度，检验搭接效果，验证不同水泥掺量对防渗墙墙体强度和渗透性系数的影响。

试验段选择在桩号21+500靠近坝基位置处，由4幅搭接墙体组成(见图2)，每幅桩长320cm，第一幅(1号)墙体与第二幅(2号)墙体搭接15cm，第二幅墙体与第三幅(3号)墙体搭接20cm，第三幅墙体与第四幅(4号)墙体搭接25cm；1号墙体水泥掺入量为18%，2号、3号墙体水泥掺入量为20%，4号墙体水泥掺入量为22%。

图2 试验段布置 (单位：cm)

2.6 试验段施工控制及参数总结

2.6.1 第一幅墙施工

设计桩深20.5m,水泥掺入量18%，水灰比1.5，单幅理论水泥用量14.8t，SMC施工参数监视仪记录见表2。

表2 1号墙体施工记录

第一幅防渗墙于2017年9月1日9点18分开钻，11点41分结束，历时2h 23min，施工过程未出现异常情况。对第一幅防渗墙施工参数的总结分析如下：

a.施工钻进速度较慢，耗时长，效率低，不能满足整体工程进度要求。

b.土质对钻进速度影响较大，特别是②-1层壤土、③层壤土，下沉和提升供浆量不均匀，影响墙体质量。

c.针对以上情况，第二幅防渗墙施工需提高钻进速度和提升速度，调整供浆量。

2.6.2 第二幅墙施工

设计桩深20.5m,水泥掺入量20%，水灰比1.5，单幅理论水泥用量16.5t，SMC施工参数监视仪记录见表3。

表3 2号墙体施工记录

第二幅防渗墙于2017年9月1日12点整开钻，13点46分结束，历时1h 46min，施工过程未出现异常情况。对第二幅防渗墙施工参数的总结分析如下：

a.施工钻进和提升速度有所加快，单幅墙体施工时间由第一幅的146min提高到106min，若按照此施工成墙速度施工，仍不能满足整体工程进度要求。

b.各土层水泥用量基本稳定，施工过程中置换浆液不能被完全回槽，特别是钻进过程中置换浆体有浪费情况出现。

c.针对以上情况，第三幅防渗墙施工继续提高钻进速度和提升速度；调整下沉和提升过程中水泥用量比例(由原来钻进和提升各占50%，调整为钻进40%、提升60%)；调整水灰比为1.2。

2.6.3 第三幅墙施工

设计桩深20.5m,水泥掺入量20%，水灰比1.2，单幅理论水泥用量16.5t，SMC施工参数监视仪记录见表4。

表4 3号墙体施工记录

第三幅防渗墙于2017年9月1日14点6分开钻，15点26分结束，历时1h 20min。对第三幅防渗墙施工参数的总结分析如下：

a.单幅成墙时间较第二幅提高26min，若按照此成墙速度施工，现有设备能满足整体工程进度要求。

b.各土层水泥用量稳定，通过调整钻进和提升水泥浆用量比，能够在一定程度上减少有效浆液的流失，但受施工条件影响，弃浆浪费不可避免。

c.鉴于第三幅防渗墙施工情况，第四幅防渗墙施工只将水泥掺入量调整为22%。

2.6.4 第四幅墙施工

设计桩深20.5m,水泥掺入量22%，水灰比1.2，单幅理论水泥用量18.2t，SMC施工参数监视仪记录见表5。

第四幅防渗墙于2017年9月1日15点41分开钻，17点2分结束，历时1h 21min，施工过程未出现异

表5 4号墙体施工记录

常情况，总体情况跟第三幅施工基本一致。

2.6.5 质量检测情况

2017年9月29日，采用墙体开挖、钻孔取芯、注水实验、渗透实验、抗压实验等手段对墙体防渗效果进行了检查。

2.6.5.1 墙体开挖外观效果检查

墙体开挖沿试验段上游侧进行，开挖长度12m，宽1m，深2～6m。通过墙体开挖外观检查可以看出墙体连续性完整，搭接处(15cm、20cm、25cm)无明显差别，质地色泽均匀，垂直度高，基本无偏斜，满足设计和相关施工规范要求，外观质量整体性良好。开挖外观效果检查见图3。

图3 开挖外观效果检查

2.6.5.2 防渗性和强度检测情况

现场钻孔取芯、注水试验、渗透试验和实验室抗压试验检测结果显示：四幅墙体渗透系数最大值1.12×10-7cm/s，最小值9.86×10-8cm/s，均小于设计值1×10-6cm/s；强度试验每幅各取样一组，除第四幅墙(水泥掺量22%)28天抗压强度2.18MPa能满足设计值外，其余三幅墙强度均达不到设计值，最小值为1.86MPa。

针对前三幅墙体28天抗压强度达不到设计值的情况，施工单位及时与设计单位和检测单位进行沟通，决定对前三幅墙体进行第35天强度复检，复检结果显示第一幅墙体35天抗压强度2.06MPa，第二幅墙体35天抗压强度2.13MPa，三幅墙体35天抗压强度2.16MPa，抗压强度均大于2MPa。由此看出，水泥土抗压强度随时间增加而逐渐增大，水泥掺量的多少与水泥土抗压强度大小有直接关系。

2.6.6 施工参数选择

经试验验证和各参建单位分析研究，本工程施工参数推荐见表6。

表6 液压铣削深搅防渗墙施工参数推荐

3 结 语

黄水东调应急工程(广南水库增容加固工程防渗墙施工)已按照试验段推荐施工参数正常施工，目前24.69km围坝防渗墙已全部完工，工程各项指标均满足设计和相关规范要求，同时该工程也创造了国内外规模最大的液压铣削深搅防渗墙施工记录，为今后类似工程提供了很好的参考案例。