深层搅拌防渗墙技术要求1.docx
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深层搅拌防渗墙技术要求1
附件1：
担丘垅水库大坝深层搅拌防渗墙施工技术要求
一、基本依据
1、《湖北省大冶市担丘垅水库除险加固工程初步设计报告》及图册；
2、《湖北省大冶市担丘垅水库大坝除险加固初步设计工程地质勘察报告》及图册；
3、《土坝灌浆技术规范》（DL/T5238-2010）；
4、《深层搅拌法技术规范》（DL/T5425-2009）。
二、深层搅拌防渗墙
1、布置及型式
桩号B0-005～B0+271采用深层搅拌防渗墙，成墙最小厚度30cm，墙中心线位于坝轴线上，灌浆采用425#普通硅酸盐水泥，墙顶高程36.70m，墙底至坝基基岩接触面以下1.0m处，对坝体及坝基强风化层进行防渗处理。
2、防渗墙水泥土的物理力学特性
（1）无侧限抗压强度不低于500KPa；
（2）龄期：
水泥土强度宜取28d龄期试块立方体抗压强度1.0Mpa；
（3）水泥掺入比：
采用12%；
（4）渗透系数：
k<10×10-6cm/s。
3、施工机具
选用转盘式ZCJ-25型5头深层搅拌桩机。
设备主要技术参数见表1。
表1 ZCJ-25型深层搅拌机械技术参数表
机型
ZCJ-25
搅拌装置
搅拌轴规格（mm）
120×120
搅拌轴数量（个）
5
搅拌叶片外径（mm）
300~450
搅拌轴转数（r/min）（正反）
24、44、71
最大扭矩（KN.m）
44
电机功率（kw）
2×55
起吊设备
提升能力（KN）
200
提升高度（m）
28
升降速度（m/min）
0.3~1.5
接地压力（Kpa）
67
制浆系统
制浆机容量（L）
400
储浆罐容量（L）
1200
2×BW150灰浆泵量（L/min）
22~100
灰浆泵工作压力（Kpa）
1000~2000
生产能力
加固一单元墙长（m）
0.96~1.6
最大加固深度（m）
25
效率（m2/台班）
150~200
重量（t）
39
4、施工准备
4.1、水泥土配合比室内试验
（1）试验项目
水泥浆液性能试验的项目为:
密度、粘度、稳定性、初凝时间。
水泥土凝固体的力学性能试验项目为：
抗压强度、渗透系数、渗透破坏比降。
（2）水泥掺入量
水泥掺入量可按下式计算：
ω=aw×γ
式中：
ω—平均加固（搅拌）1m3土所需要的水泥掺入量，t；
aw—水泥掺入比；
γ—天然土体的湿容重，t/m3。
水泥掺入量决定了水泥土的破坏比降、抗压强度、变形模量，对渗透系数也有较大影响。
土层中水泥掺入量取决于天然土体性质〔孔隙率、土层类别、含水量等）和施工机械的性能。
工程实践经验表明：
在粘性土中可取10%~15%〔土层中有孔洞或极松散的土体除外）；砂性土中可取10%~18%，最大可达20%，本次设计采用12%。
（3）水泥浆的水灰比
水泥浆的水灰比与被加固土体的含水量、性能、机械的搅拌能力和输浆情况等有关。
试验表明，水泥土的性能不但取决于水泥掺入量，还取决于被加固土体的可搅拌性，即使水泥掺入量大，但未搅拌均匀，水泥土力学指标也不理想。
因此水泥土搅拌均匀十分重要，而水灰比对水泥土的均匀性起着重要作用。
在水利水电工防渗工程中一般取l.0~2.0。
室内试验时可参考以往工程经验确定，实际施工时可根据设计要求的水泥掺入比，经现场试桩确定。
（4）试块制备
在工程场地内选定若干钻孔，连续取原状土样，封装于双层厚塑料袋内，以供拌制试块。
试块制作方法：
先按预定配合比称量土、水泥、外加剂和水，用手工拌和10min至均匀，将拌和物（即加固土）装入试模（尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm）一半体积，放在振动台上振动1min，再装满另一半振动1min，将表面刮平，用塑料布覆盖即成。
试块经ld~2d可拆模，然后将其置于温度为20℃±2℃、湿度大于90%的养护室养护。
试块的数量由所需养护龄期和固化剂（水泥）的掺入比决定。
养护龄期通常分为7d、28d和90d三期，固化剂的掺入比可根据土的天然含水量和以往工程经验，确定几个档次。
然后，按不同的养护期和不同掺入比进行排列组合，确定27组试块。
（5）资料分析及配合比的确定
不同龄期的试块分别进行力学性能试验后，将试验结果绘成图表，再经分析对比选定最佳的水泥土配合比，作为工艺试验和施工的主要依据。
4.2、施工现场准备
4.2.1、场地平整与布置
在机械设备进场前应平整场地。
灰浆制备工作棚位置宜使灰浆的水平输送距离在50m以内。
4.2.2、施工备料
深层搅拌施工主要材料为水泥，应按设计要求选用425#普通硅酸盐水泥。
搅拌水泥浆液的水应符合水工混凝土拌合用水的标准。
4.2.3、机械安装及调试
（1）机具组装
包括深层搅拌桩机等机械的组装和就位；水泥浆液制备系统安装；管线连接，用压力胶份连接灰浆泵出口与深层搅拌桩机的输浆管进口。
（2）试运转
机械在试运转时应注意下列事项：
1）电压应保持在额定工作电压范围内，电机工作电流不得超过额定值；
2）调整搅拌轴旋转速度；
3）输送浆液管路和供水水路应通畅；
4）各种仪表应能正确显示，检测数据准确。
4.2.4、施工放样
（1）准确定出各搅拌桩桩位中心，打木桩作出标记。
（2）水泥土防渗墙施工时，从零点桩号开始，沿施工前进方向每50m拉线放样一次，用拉线标定施工方向，并用定位标尺标定桩位。
4.3、工艺试验
在工程大面积施工开始前，应进行深层搅拌工艺试验。
工艺试验的目的是验证并确定设计提出的施工技术参数和要求。
它们包括：
（1）搅拌桩机钻进深度，桩底标高，桩项水泥浆停浆面标高；
（2）水泥浆液的水灰比，外加剂的种类：
（3）搅拌桩机的转速和提升速度；
（4）浆泵的压力；
（5）输浆量及每米输浆量变化，水泥浆经浆管到达喷浆口的时间；
（6）是否需要冲水或注水下沉，是否需要复搅复喷及其部位、深度等。
5、深层搅拌施工
5.1、深层搅拌防渗墙
深层搅拌防渗墙主要用于江河、湖泊、堤防及病险库的防渗加固中。
其特点是墙体连续性要求较高，而且墙体较长，少则几百米，多则达数公里。
ZCJ型5头深层搅拌桩机，最大成墙深度为25m，成墙有效厚度为335.41mm。
一般来说，深层搅拌防渗墙渗透系数小于i×10-6cm/s（15.1.1、成墙工艺
（1）工艺流程
深层搅拌防渗墙的工艺流程是：
桩机就位、调平；启动主机，通过主机的传动装置，带功主机上的钻杆转动，钻头搅拌，并以一定的推动力把钻头向土层推进至设计深度；提升搅拌到孔口，在钻进和提升的同时，用水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆，经钻头喷入土体，使水泥浆和原土充分拌和完成一个流程的施工。
纵向移动搅拌桩机，重复上述过程，最后形成一道水泥土防渗墙。
施工工艺流程见下图。
图1 施工工艺流程图
（2）成墙施工方法
ZCJ型深层搅拌桩机，一机具有3-6个钻头，可根据钻进阻力的大小选择钻头数，钻头间带有刚性连锁装置，一个工艺流程可形成一个单元墙段。
ZCJ型六头深层搅拌桩机成墙方法见图2。
该施工方法适用于钻头直径350mm~450mm，最大施工深度可达25m。
搭接方法为套孔。
图2 一次成墙施工顺序示意图
最小成墙厚度可按下式计算：
h=
式中h—最小成墙墙厚，mm；
d—钻头直径，mm；
S—桩间距，mm。
图2一次成墙顺序示意图中1-2-3-4-5、5-6-7-8-9为5头钻头位置，5为搭接套孔，其间距由ZCJ型深层搅拌桩机钻头中心距决定，钻头中心距为300mm。
（3）施工参数（参见表2）
表2 深层搅拌防渗墙参数参考表
项目
参数
备注
水灰比
1.0~2.0
土层天然含水量多取最小值，否则取大值。
供浆压力（MPa）
0.3~1.0
根据供浆量及施工深度确定。
供浆量（l/min）
10~60
与提升搅拌速度及每米需要浆量协调。
钻进速度（m/min）
0.3~0.8
根据地层情况确定。
提升速度（m/min）
0.6~1.2
与搅拌速度及供浆量协调。
搅拌轴转速（r/min）
30~60
与提升速度协调。
垂直度偏差（%）
<0.3
指施工时机架垂直度偏差。
桩位对中偏差（m）
<0.02
指施工时桩机对中的偏差。
5.1.2施工要点
（1）主机调平
1）施工前应检查主机上的水平测控装置，确保主机机架处于铅垂状态；
2）通过四个支腿油缸调平。
应重点检查施工过程中，支腿是否存在下陷或油缸泄压现象，若有此现象应及时调平。
（2）输浆
1）尽量保证输浆均匀，应根据地层吃浆变化调整输浆量，总输浆量应不少于设计要求；
2）输浆只应有专门的装置计量，如流量仪等；
3）输浆应有一定的压力，但也不宜过大，一般输浆压力为0.3Mpa~1.0Mpa；
（3）提升和钻进速度
1）为保证桩孔不偏斜，开始入土时不宜用高速钻进，一般钻进速度不应大于0.8m/min；土层较硬时，速度不大于0.6m/min
2）提升速度和输浆量应密切配合。
提升速度快，输浆量应大。
二者关系可按设计水泥掺入量来确定。
（4）桩的定位精度
定位是影响桩与桩之间的搭接尺寸的因素之一。
主机调平后，在施工中也可能因振动产生整机滑移，造成桩位偏差。
为了减少累计误差，每施工十个单元段应校核一次，并及时调整。
（5）施工深度
1）防渗墙轴线往往较长，高程变化大。
因此，应按水准点确定施工场地地面高程，并计算出各施工段（一般100m为一个施工段）的施工深度。
2）施工前核定深度盘读数，读数允许误差应小于5cm。
5.1.3防渗墙施工的注意事项
（1）影响垂直度的因素
1）主机本身的误差。
施工前用经纬仪检查桩架垂直度，若垂直度误差超过0.1%时，应对主机进行调整。
2）操作过程的调平误差、支腿下陷误差。
设备应安设测斜装置，若机架倾斜大于0.3%时应及时调平。
3）地层中障碍物阻碍钻进，造成钻杆钻头移位。
施工前开挖约0.5rn深的导向沟，若有障碍物可挖除。
当障碍物理深大于2m时，可避开障碍物成墙。
（2）输浆量和提升下降速度的协调
1）施工前应先做试验了解地层软硬，适宜的下钻和提升速度，地层吸浆情况和浆量多少等。
同一个施工段吸浆情况变化不会太大，但若遇有孔洞或松散土层，吸浆会大大增加，应及时补浆，直至孔口微微翻浆；
2）主机操控和输浆作业应密切配合，在操作时要有约定的信号。
（3）水灰比的影响
1）减小水灰比可提高土层中的水泥掺入量，提高水泥土的抗渗能力；
2）对水泥土搅拌均匀程度的影响：
在堤顶施工防渗墙时，由于提身土含水量低，若水灰比过小，使得水泥浆和原土搅拌不均匀，甚至水泥浆和土分离，导致无法成墙，达不到截渗效果。
3）多头小直径深层搅拌桩机，输浆管管径小，过稠的浆液容易堵塞管道。
5.1.4防渗墙接头
施工过程中因故停机时间超过24小时，墙体出现接头时，接头处理可采取图3中形式。
先施工防渗墙，再于墙体凝固一段时间后，用工程钻机钻孔至设计墙深，向钻孔中灌住水泥砂浆。
1－接头；2－防渗墙
图3 防渗墙接头处理示意图
6、工程质量检查及验收
6.1、工程质量检查
6.1.1、施工过程检查
检查内容包括水泥规格及用量、外加剂用量、水泥浆液密度、搅拌轴的提升速度及转速、成桩时间、成桩速度、钻头直径、桩架的垂直偏差、断桩处理情况及施工记录等。
至少应做到每日一查，发现问题应及时处理。
6.1.2、桩体质量检测
（1）允许偏差。
工程完工后应对所施工的深层搅拌桩进行抽样检测，检测结果应满足允许偏差标准。
参考标准见表3。
表3 防渗墙施工允许偏差及技术标准表
项目
标准
备注
桩径（%）
±4.0
桩径的大小
桩位偏差（m）
<0.05
与设计桩位的差值
垂直度偏差〔%〕
<0.5
成桩后桩的倾斜
墙顶标高（m）
>0.3
大于设计墙顶标高
墙底标高〔m）
<0.1
墙底应超过设计深度
供浆量（%）
±8.0
每米供浆量与设计需要量的差值
渗透系数（cm/s）
1抗压强度（MPa）
>0.5
28d龄期
允许渗透比降
>50
28d龄期
（2）检测方法
1）深层搅拌防渗墙检测方法依据我国水利水电防渗工程实践，常用的方法归纳如下：
（a）开挖检验。
于成桩15d后，检查两处，检查地点由业主、设计、监理及施工四方共同确定。
开挖深度不小于2.0m，长度不小于2.0m，测量墙体中桩的垂直度偏差、桩位偏差、桩顶标高，观察桩与桩之间的搭接状态、搅拌的均匀度、渗透水情况、裂缝、缺损等情况。
（b）取芯试验。
成桩l5d后，开挖从而在防渗墙中取得水泥土芯样，室内养护到28d，作无侧限抗压强度和渗透试验，取得抗压强度、渗透系数和渗透破坏比降等指标。
（c）注水试验。
在水泥土凝固前，由四方现场指定的防渗墙位置贴接加厚一个单元墙，待凝固28d后，在两墙中间钻孔，进行现场注水试验，试验孔布置方法见图4。
试验点数不少于两点。
本试验可直观地测得设计防渗墙最小厚度处的渗透系数。
需要指出的是：
由于防渗墙厚度较小，因此不宜直接在防渗墙上钻孔做注水试验。
1－工程防渗墙；2－注水试验孔；3－试验贴接防渗墙段
图4 注水试验孔布置示意图
6.2、工程验收
工程施工完成后，施工单位应及时提供以下资料，进行验收：
（1）水泥等原材料检验资料；
（2）工艺试验报告，主要包括水泥掺入比、浆液水灰比等施工参数的确定及施工工艺流程等资料；
（3）施工记录，土要包括：
桩深、喷浆量、垂直度及施工过程的重大事故处理记录：
（4）竣工图纸；
（5）单元工程质量评定资料；
（6）施工质景检验报告；
（7）施工管理工作报告。
三、注水试验技术方法
1、钻孔常水头注水试验
1.1、适用条件及试验设备
1.1.1、钻孔常水头注水试验适用于渗透性比较大的壤土、粉土、砂土和砂卵石层，或不能进行压水试验的风化、破碎岩体、断层破碎等透水较强的岩体。
1.1.2、钻孔常水头试验设备见表4
表4 钻孔注水试验设备一览表
设备类型
名称
供水设备
水箱、水泵
量测设备
水表、量桶、瞬时流量计、秒表、米尺等
止水设备
栓塞、套管
水位计
电测水位计
1.2、现场试验
1.2.1、注水试验钻孔试段不应使用泥浆钻进。
孔底沉淀物厚度不应大于10cm，应防止试段岩土层被扰动。
1.2.2、在进行注水试验前，应进行地下水位观测，水位观测间隔为5min，当连续2次观测数据变幅小于10cm时，水位观测即可结束，用最后一次观测值作为地下水位计算值。
1.2.3、试段止水可采用栓塞或套管脚黏土等止水方法，应保证止水可靠。
对孔壁稳定性差的试段宜采用花管护壁。
同一试段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩土层。
对于均一岩土层，试段长度不宜大于5m。
1.2.4、试段隔离后，应向套管内注入清水，使套管中水位高出地下水位一定高度（或至孔口就）并保持固定不变，用流量计或量筒量测注入流量。
1.2.5、量测规定：
量测开始时每隔5min量测一次，连续量测5次；以后每隔20min量测一次并至少连续量测6次。
当连续2次量测的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时，试验即可结束，取最后一次注入流量作为计算值。
1.2.6、当试段漏水量大于供水能力时，应记录最大供水量。
1.3、试验资料整理
1.3.1、绘制注入流量与时间（Q—T）关系曲线。
1.3.2、当试段位于地下水位以下时，采用下式计算试验土层的渗透系数：
式中 K---试验岩土层的渗透系数，cm/s;
Q---注水流量，L/min;
H---试验水头，cm；等于试验水位与地下水位之差；
A---形状系数，cm；按表5选用。
1.3.3、当试段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200、H≤L时，可采用下式计算试验岩土层的渗透系数；
式中 r---钻孔内半径，cm;
l---试段长度，cm；
其余符号意义同本页1.3.2节。
2、钻孔降水头注水试验
2.1、适用条件及试验设备
2.1.1、钻孔降水头注水试验适用于地下水位以下粉土、黏性土层或渗透系数较小的岩层。
2.1.2、试验设备与钻孔常水头方法相同。
2.2、现场试验
2.2.1、钻孔降水头注水试验对造孔、地下水位观测和试段止水的要求，要符合本页1.2.1—1.2.3条的规定。
2.2.2、试段止水后，应向套管内注入清水，使管中水位高出地下水位一定高度或至套管顶部作为初始水头值，停止供水，应记录管内水位随时间变化的情况。
2.2.3、管内水位观测应符合下列规定：
（1）开始间隔时间为1min，连续观测5次；然后间隔为10min,观测3次；后期观测间隔时间为30min。
（2）应在现场采用半对数坐标纸绘制水头比与时间[In（Hr/Ho）—t]关系曲线。
当水头比与时间关系不呈直线时，应进行检查并重新试验。
（3）当试验水头下降到初始试验水头的0.3倍或连续观测点达到10个以上时，即可结束试验。
2.3、资料整理
2.3.1、试验岩土层的渗透系数应按下式计算：
式中 K---试验岩土层的渗透系数，cm/s;
t1、t2---注水试验某一时刻的试验时间，min;
H1、H2---在试验时间t1、t2时的试验水头，cm;
r---套管内半径，cm;
A---形状系数，cm;按表5选用。
表5 钻孔注水试验形状系数A取值规定
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