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多頭小直徑深層攪拌防滲墻在非洲馬里杰內

大壩圍堰防滲中的應用

劉中華 席月鵬

（中國地質工程集團有限公司）（堤壩安全（北京）科技有限公司）

摘要：多頭小直徑深層攪拌防滲墻技術（簡稱多頭防滲）在馬里杰內大壩圍堰防滲中的應用，在國外屬首次應用。馬里杰內大壩圍堰地質條件復雜，原設計使用鋼板樁防滲方案，由于施工十分困難、造價高，后改為多頭防滲。本文主要介紹了多頭防滲應用的工程概況、施工方法、施工方案、施工質量控制和工程效果。

關鍵詞：多頭小直徑 深層攪拌 防滲墻 非洲馬里 大壩圍堰 應用

1 工程概況

1.1工程簡介

馬里杰內大壩工程位于馬里尼日爾河的主要支流巴尼河上。距前往杰內古城的巴尼河輪渡上游約8.6km。

工程的主要任務是灌溉，估計可灌溉面積68000公頃，正常蓄水位對應庫容為3.2億m3。主要建筑物包括一座7孔單孔寬42m的水閘（溢流堰）、一個魚道，魚道位于工程右岸，在封閉堤和水閘之間，水槽尺寸為2.00m×3.40m（長×寬）。左右岸的封閉堤總長約1144m，高約10 m ～12m，頂寬9m。

本工程施工導流采用分期圍堰導流，圍堰填筑材料主要為當地土料。

1.2工程地質

壩址區揭露地層主要為上部第四系（Q）松散堆積物覆蓋層和下部基巖地層寒武系下統（∈1）泥頁巖。其中覆蓋層包括：第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統殘坡積層（Q3 el+pl）。

勘探深度內揭露的主要地層如下：

①層為中細砂（Q4al+pl）：褐黃色，濕～飽和，稍密。質純，不均。局部含小礫石。具有中等壓縮性和中等透水性。主要分布于主河道和左岸，較連續穩定。層厚 0.3 m～7.8m，層底高程262.98 m～260.06m。共進行2段次標貫試驗，標貫擊數為12、16擊，平均擊數14擊。
    ①-1層為壤土或砂壤土（Q4al+pl）：褐黃色，濕，可塑～軟塑，土質不均。局部夾粉砂團塊。具有中等壓縮性和弱透水性。主要分布于左岸，不連續，局部缺失。層厚 1.3 m～4.5m，層底高程265.54 m～267.94m。共進行1段次標貫試驗，標貫擊數為9擊。
    ①-2層粘土為主（Q4al+pl）：灰黃～褐黃色，干～濕，可塑～硬塑，土質較均。局部含礫石。具有高壓縮～中等壓縮性和微透水性。主要分布于右岸，連續穩定。層厚約9m，層底高程262.62 m～ 263.10m。共進行7段次標貫試驗，標貫擊數12 m～33擊，平均擊數25.4擊。

②層礫質粘土或紅土礫石（Q4al+pl）：棕紅色、棕黃色、肉紅色，濕，硬塑～堅硬，土質不均。礫石粒徑多0.5 cm～1.0cm，最大可達6cm，次棱角狀，含量20%～30%。局部富集狀。局部夾含礫砂質壤土。具有中等壓縮性和弱～微透水性。普遍分布于壩基以下，連續。層厚1.7 m ～7.5m，層底高程255.12 m～258.64m。

工程地質和水文地質問題：圍堰基礎以下中細砂層滲漏較為嚴重，局部礫石富集處滲漏也非常嚴重。汛期河水位較高，水量大，基坑內外水位差高達10余米，因此在基坑開挖前需對圍堰進行防滲處理。

1.3設計指標

多頭防滲墻沿圍堰軸線布置，成墻有效厚度不小于20cm，墻體進入粘土層不小于2米，固化劑采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為12%，水灰比1.5：1～1.8：1。

2 施工方法

2.1技術原理

2.1.1水泥土的固化機理

水泥和土的固化過程有以下物理化學反應：（1）水泥的水解和水化反應；（2）離子交換與團粒化反應；（3）硬凝反應；（4）碳酸化反應。

2.1.2施工過程中，水泥漿液、原土和原土中水、土中孔隙發生的物理變化

（1）在砂層中，由于砂層透水性強、水泥漿液比重大于水的比重、噴入的水泥漿液將砂層中的部分水擠出，砂粒間部分空隙被水泥漿填滿。因此砂層中吃漿量較大。加固一段時間后孔口有一定的陷落。

（2）在粘性土中，由于粘土透水性差，水泥漿噴入后，原土中水體不易被擠出或擠出甚少，被攪拌的水泥土體積大于原土體積，施工時，出現漿液溢出現象。

（3）原土層中存在空洞、裂隙（多出現在填筑而成的堤身），在攪拌施工中會出現土體吃漿量增大現象。尤其在水泥土漿達到流態時，水泥土漿還會填充被攪拌土體周圍空隙。經現場開挖及探地雷達檢測，發現其影響范圍最遠可達被攪拌土體外約1.0m。

上述物理變化過程表明：在水泥土被攪拌達到流態的情況下，若保持孔口微微翻漿，則可形成密實的水泥墻，而且水泥土漿在自重作用下滲透可填充被加固土體和被加固土體周圍一定距離土層中的裂隙，在土層中形成防滲寬度大于攪拌寬度的一條防滲帶。

2.2施工工藝流程

多頭樁機就位、調平；啟動主機，通過主機的傳動裝置，帶動主機上的多個并列的鉆桿轉動，鉆頭攪拌，并以一定的推動力把鉆頭向土層推進至設計深度；然后提升攪拌到孔口；在上述過程中，通過水泥漿泵將水泥漿由高壓輸漿管輸進鉆桿，經鉆頭噴入土體。在鉆進和提升的同時水泥漿和原土充分拌和。樁機縱移就位調平，多次重復上述過程形成一道防滲墻。施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2.3 施工作業程序

（1）測量放線，確定防滲墻的軸線；

（2）對將要施工的防滲墻段開挖導流溝，導流溝寬約0.8m，深1m。在挖導流溝的過程中，遇到地下障礙物須及時清除；

（3）確定機械行走的作業路面的承載力，然后做出相應處理；

（4）設置鉆孔位置，確定每一鉆的位置。并用平面幾何方法確定每次移位樁機地盤的平面位置。

（5）移動主機至設計鉆孔位置，并把樁機調正、水平，對準孔位；

（6）制漿站按照規定水灰比配制水泥漿，用泵把配制好的水泥漿輸送到儲漿罐，水泥漿應隨配隨用；

（7）攪拌機送漿，鉆頭觸地，開動鉆機，鉆進過程中要保證孔口微微翻漿；

（8）鉆頭到達樁底高程后提鉆攪拌、噴漿至孔口，但必須保證孔口微微翻漿；

（9）關閉漿泵完成第一組樁施工，樁機橫移820mm后就位調平，然后重復上述過程進行下組樁的施工。

圖2 單元墻施工示意圖

3 施工方案

3.1選用施工設備

經現場勘察第②層礫質粘土或紅土礫石較堅硬，設計要求進入該層不小于2米，又考慮到工程遠在海外，設備可靠性要高，而且必須確保足夠的動力，因此施工設備采用由北京振沖江河截滲技術開發有限公司生產的BJS-18B型多頭小直徑深層攪拌樁機，設備由國內運至馬里。該設備主要參數見表1。

表1                BJS-18B型設備主要參數

3.2施工布置

該工程導流方式為分期圍堰導流，共分三期施工，根據圍堰施工情況多頭防滲墻同樣分三期施工，共布置1臺套多頭防滲墻樁機，施工平面示意圖見圖3。

圖3 多頭防滲墻施工平面示意圖

3.3工程施工

（1）主機調平。施工前應核定主機上的水平測控裝置，確保主機架處于鉛垂狀態。

（2）輸漿。應盡量保證輸漿均勻，根據地層吃漿變化可調整輸漿量；輸漿量應有專門的裝置計量，如流量儀等。輸漿壓力，一般為0.3～1.0MPa。

（3）提升和下降速度。為保證不偏孔，開始入土鉆進時不宜高速鉆進，一般鉆進速度不應大于0.8m/min；土層較硬時，速度不大于0.6 m/min；提升速度和輸漿量應密切配合。提升速度快，輸漿量也應大。二者對應關系根據水泥摻入量來定。

（4）移位對樁精度。對樁位是影響樁與樁之間的搭接尺寸的因素之一。尤其注意的是施工中也可能因振動造成整機滑移，帶來樁位偏差。

（5）施工深度。應按設計要求及業主提供的高程點確定施工地面高程，分段計算施工深度；施工前核定深度盤讀數，孔深允許誤差應小于5cm。

4 施工質量控制

（1）樁機安裝深度自動記錄儀，嚴格按照設計要求控制下鉆深度、噴漿面停漿面，確保樁長。

（2）輸漿泵安裝漿量自動記錄儀，輸漿時精確記錄輸漿量，并使漿液泵送連續，使樁體水泥摻入量達到12%。

（3）施工時保證水泥漿液濃度并使之與攪起的泥土充分攪勻，使在鉆進和提升過程中孔口始終有微微翻漿。

（4）施工時定時檢查攪拌樁的樁徑、成墻厚度及攪拌均勻度，對使用的鉆頭定期復核檢查。

（5）樁機安裝水平調平裝置，確保樁機機身施工時處于水平狀態，使塔架垂直度不超過0.1%。

（6）樁位偏差不大于3㎝，樁間搭接長度、成墻厚度滿足設計要求。

（7）噴漿鉆進和提升的速度符合施工工藝要求，并設專人記錄每樁下沉和提升時間，深度記錄誤差不得大于20cm，時間記錄誤差不得大于5s，施工中發現的問題及處理情況均應注明。

5 工程效果

在防滲墻施工前，圍堰基礎以下中細砂層滲漏較為嚴重，局部礫石富集處有滲漏，特別是圍堰下方中細砂層滲漏呈流態，滲漏嚴重處基坑內側已出現坍塌，情況比較危險。多頭防滲墻施工分別采用了1.5：1、1.7：1和1.8：1的水灰比，均未出現明顯漏漿現象，隨著防滲墻的施工滲漏逐漸停止，多頭防滲墻施工起到明顯防滲效果。一期圍堰防滲墻施工全部結束后，基坑開挖到基礎底高程，基坑滲水量很小，配置一臺30KW污水泵10小時左右抽排一次水即可保持基坑內基本沒水。按該工藝及參數施工完成了二、三期圍堰，經開挖均未有明顯滲水，保證了工程順利按期完工。多頭防滲墻施工前后對比見圖4、圖5。

6 結束語

馬里杰內大壩圍堰多頭防滲墻施工經實際基坑開挖檢驗證明達到了預期的工程效果，確保了本工程主體順利施工。本工程的應用證明了該技術在砂層止水中防滲效果明顯，成本較低，值得在水利工程施工中推廣應用。