安乡县安造垸水泥土防渗墙试验研究

周 兵

（安乡县水利局，湖南 常德 415600）

1 基本情况

安造垸位于安乡县境内，东临虎渡河,西靠松滋河东支,北与湖北省公安县接壤,南抵松滋、虎渡两河汇流。地势北高南低，地面一般高程为（29.0～36.0）m。安造垸辖深柳、安全、安障及黄山头4 个乡（镇）。全垸一线大堤总长81.50 km，保护面积为204.6 km2，保护总人口21.19 万人，其中农业人口18.14 万人，耕地面积为15.7 万亩。安造垸堤防加固工程主要建设内容包括堤防护坡9.40 km、堤防护脚21.64 km、堤身防渗26.71 km、堤基防渗41.50 km、防汛路面73.188 km、穿堤建筑物23 座。

为保证工程质量要求，在工程施工全面铺开之前，选取安造垸29+370～29+400、44+835～44+865 两个典型堤段进行水泥土搅拌防渗墙观测试验（工程位置详见图1），总长60 m。29+400～29+370 段现状堤顶高程为39.35 m，堤顶宽8.0 m 左右，从堤顶自上而下地层为：上部为堤身素填土，主要成分为粉质黏土、砂壤土，均匀性较差，稍湿，厚约6.0 m，其下为粉细砂层，灰褐色，松散-稍密，饱和，含泥质，厚约9.8 m，为主要渗漏层，下部为深厚粉质黏土层，可作为相对不透水层，该段设计为堤基防渗，采用水泥土搅拌防渗墙，墙厚300 mm，墙深15.8 m。堤身水泥掺量10%、堤基部分水泥掺量15%。44+835～44+865 堤现状堤顶高程为38.61 m，堤顶宽12.0 m 左右，从堤顶自上而下地层为：上部为堤身素填土，主要成分为粉质黏土、砂壤土，均匀性较差，稍湿，厚约8.0 m，其下为粉细砂层，灰褐色，松散-稍密，饱和，含泥质，厚约7.51 m，为主要渗漏层，下部为深厚粉质黏土层，可作为相对不透水层，设计为堤基防渗，采用水泥土搅拌防渗墙，墙厚300 mm，墙深15.51 m。堤身、堤基水泥掺量均为15%。

图1 试验堤段位置示意图

2 试验目的、技术要求和施工过程

2.1 试验目的

本次水泥土搅拌防渗墙观测试验的主要目的包括:

1）验证300 mm 等厚度深搅水泥土防渗墙在本地区的可实施性；

2）取得不同地层水泥掺入量、注浆泵压力、机械转速、下钻及提升速度等施工参数；

3）取得300 mm 等厚度深搅水泥土防渗墙施工工效，分析施工成本。

2.2 施工技术要求

水泥土搅拌防渗墙观测试验技术要求包括:

1）墙体厚度不小于300 mm；

2）墙体深度符合设计要求；

3）轴线定位偏差不大于50 mm；

4）槽段搭接厚度不小于300 mm；

5）钻孔深度误差不大于50 mm；

6）成墙垂直度误差不大于0.5%；

7）水泥土体单轴抗压强度R28≥0.3 MPa，渗透系数K＜5×10-5cm/s，墙体允许渗透比降J＞50；

8）相邻桩体对中偏差不大于20 mm；

9）水泥浆液中水灰比初步控制为1∶1，可根据现场实际情况适当调整。

2.3 施工过程

试验项目采用三轴搅拌桩机进行施工，三轴搅拌桩机单幅成墙长1.1 m，搭接12.5 cm，有效单幅成墙长0.975 m；施工工艺包括2 搅2 喷和4 搅2 喷。泵送压力为（0.3～0.4）MPa，堤基水泥掺量为15%、堤身10%，水灰比为1∶1，下沉和提升速度（0.5～0.9）m/min。施工前用GY-1 型工程钻机采用Φ91 mm 钻具干钻法钻进取芯进行超前探孔，孔位布置于设计施工位置，每50 m 布设1 孔2 台，共成墙60 幅,每幅墙长0.975 m。

3 试验数据分析

3.1 前期施工工艺段质量检查

水泥土搅拌防渗墙实施完成7 d 后，分别对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）墙体进行了浅部开挖，通过观察，墙体内部搭接良好，完整、均匀且连续。通过检测墙厚H≥300 mm，桩位偏差及墙间搭接均满足设计要求。墙体现场开挖情况详见图2。

图2 墙体开挖现场

3.2 钻孔取芯及注水试验检测

试验施工完成7 d 后，第三结构通过取芯观察并结合注水试验，钻孔注水检测防渗墙渗透系数7 孔，共进行21 段注水试验，对所有7 个取芯孔的注水试验所测得的渗透系数K＜5×10-5m/s，均满足设计要求。钻孔取芯检测7 孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取具有代表性芯样共63 个进行芯样抗压强度检测，检测芯样龄期在10 d 左右，结果为（0.10～12.2）MPa。

工艺试验完成28 d 后，同样通过取芯观察并结合注水试验，钻孔注水检测防渗墙渗透系数4 孔，共进行12 段注水试验，对所有4 个取芯孔的注水试验所测得的渗透系数K＜5×10-5m/s，均满足设计要求。钻孔取芯检测4 孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取具有代表性芯样共12 个进行芯样抗压强度检测，检测芯样龄期在28 d 左右，结果为（0.3～4.3）MPa。

4 结论和建议

4.1 主要试验结论

从试验段前期施工工艺段的质量检查，可以得出如下主要结论：

1）2ZK-4 及5ZK-6 成墙连续、均匀，桩径大小均匀，桩径墙厚均满足设计要求。

2）钻孔取芯检测7 孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取具有代表性芯样共63 个进行芯样抗压强度检测，检测芯样龄期在10 d 左右，结果为（0.10～12.2）MPa，71.4%满足设计要求，芯样不合格部位多数集中在下部淤泥层（10 m 以下），少数集中在中上部。

3）钻孔注水检测防渗墙渗透系数7 孔，共进行21 段注水试验，均满足设计要求。

4）根据28 d 成果数据，钻孔取芯检测4 孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取具有代表性芯样共12 个进行芯样抗压强度检测，检测芯样龄期在28 d 左右结果为（0.3～4.3）MPa，100%满足设计要求。其中上部（0～5）m 及下部（10～15）m 水泥含量较高，芯样强度较高，中部（5～10）m 水泥含量较低，芯样抗压强度较低。

4.2 成桩强度偏小的可能原因分析

根据7 d 水泥搅拌桩桩体取芯情况，有局部位置成桩强度小于0.2 MPa。分析其原因，主要有以下几个方面：

1）芯样不合格部位多数集中在10 m 以下，地质条件复杂，凝固时间应适当延长。

2）泥浆比重太小，浆液中水泥的含量少，造成搅拌桩的成桩质量差。水泥浆比重过大，压浆泵无法正常压浆，也会造成搅拌桩的成桩质量差。根据28 d 水泥搅拌桩桩体取芯情况，上部（0～5）m 及下部（10～15）m水泥含量较高，芯样强度较高，中部（5～10）m 水泥含量较低，芯样抗压强度较低。

4.3 下一步施工中需要注意的问题

根据水泥土搅拌桩试验参数情况，按相关规范要求，建议后续大规模施工中采用以下措施：

1）在28 d 龄期抗压强度检测报告正式出具前，按照2 搅2 喷、（0.6～0.8）m/min 提升速度的施工工艺用于安造垸防渗墙施工。

2）及时整理好先导孔地质资料，绘制地质剖面图用于指导防渗墙施工，施工过程中要根据地质情况及时调整施工工艺和相关施工参数，尽量做到既要确保施工质量，又不浪费水泥、污染环境和提高施工成本。

3）鉴于7 d 龄期抗渗系数全部满足设计要求，建议待试验段28 d 龄期后对2 搅2 喷大于0.6 m/min提升速度的试验桩再进行钻孔取芯，检测28 d 抗压强度是否满足设计要求，可以根据检测结果推荐既能确保质量，又能进一步提高工效的、更优化的施工工艺。

4）鉴于28 d 水泥搅拌桩桩体取芯情况，抗渗系数、抗压强度全部满足设计要求，可使用2 搅2 喷0.6 m/min 提升/下沉速度进行后续施工。