董维国

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

深搅水泥土防渗墙在汾河流域生态修复中的应用

董维国

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

介绍了汾河流域生态修复工程概况，阐述了深搅水泥土防渗墙的原理、适用条件及在汾河流域生态修复工程中的应用，分析了该技术的设计要点和检测方法，并就防渗墙强度龄期、施工参数、外加剂应用及质量检验要求提出了相应的建议，可为类似工程设计提供参考。

深搅水泥土防渗墙；探地雷达；生态修复；汾河流域

1 引言

汾河流域生态修复工程以生态系统自然修复与保护为主线，力争通过5年工程建设、10年自然修复，用15年的时间重现汾河水系大河风光，将汾河流域建设成为全省的生态长廊、宜居长廊和富民长廊。

汾河中游核心区干流蓄水闸坝工程为先期实施项目，该项目干流采用全断面蓄水，其中，两侧滩面蓄水高度2.0m，中间主槽蓄水高度根据其深度分别采用3.5m，4.0m，4.5m和5.0m四种。蓄水闸坝采用可升降的液压翻板闸，15座翻板闸总长度3876m。闸坝坝基上部主要为级配不良砂层，具中等透水性；下部主要为低液限粉土层。坝基存在不均匀变形沉降、坝基渗漏、坝头绕渗、渗透变形、地震液化、坝后冲刷和基坑涌水等工程地质问题。

2 深搅水泥土防渗墙

2.1 防渗墙原理

深搅水泥土防渗墙是由水泥土搅拌桩多桩搭接而形成连续密实的墙体，是垂直防渗墙中的一种型式。利用深层搅拌桩机在较软弱的地层中，边钻边往土层中喷射浆液，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层中的浆液与原土充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳定性的桩柱体，桩柱体相互搭接排成一列，形成连续墙体，作为水利工程堤坝防渗墙。

2.2 适用范围

深层搅拌法水泥土防渗墙适于淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、砂土等地质条件，尤其对软土，可最大限度地利用原土，且搅拌时无振动、无噪音和无污染，可在密集建筑群中进行施工，对周围原有建筑物影响较小。

深搅水泥土防渗墙一般适用于水头差小于15m的堤坝或建筑物防渗工程，可置于堤坝坝身、坝基，水闸基础等部位。

2.3 应用实例

汾河中游核心区干流蓄水闸坝工程中地基上部主要为级配不良砂层，具中等透水性；下部主要为低液限粉土层。本工程坝基采用深搅水泥土防渗墙围封结构坝解决坝基渗漏、渗透变形、地震液化等问题。其结构布置为：坝体段采用围封处理地基液化，并兼作防渗墙的形式，即垂直河道方向设2道或3道垂直防渗墙（多轴搅拌水泥土防渗墙）伸入相对不透水层0.5m，深8～15m；与顺河道方向间距6m的深搅水泥土防渗墙形成网格状围封结构。

3 主要参数确定

3.1 防渗墙厚度

深搅水泥土防渗墙厚度取决于防渗水头差，并应考虑施工偏差带来的影响，可按下式计算：

式中：S——最小防渗墙厚度，m；

ΔΗ——防渗墙两侧的水头差，m；

[J]——设计允许坡降，一般取破坏比降的0.33～0.50；

ηj——施工垂直度控制偏差，根据设备状况一般取0.7～0.9。

经计算，深搅水泥土防渗墙最小厚度确定为20cm。

3.2 防渗墙深度

地基处理采用围封结构为消除地震液化，其防渗墙必须穿透液化土层。根据地勘资料，本工程防渗墙深度应深入相对不透水层0.5～1.0m，其墙身长度8～15m。

3.3 设计参数

防渗墙主要功能是防渗，因此其渗透性指标尤为关键。从堤防工程防渗墙的防渗功能看，防渗墙的渗透系数越小越好，但防渗墙渗透系数的降低还受到施工技术和成本的限制。深搅水泥土防渗墙在用于堤防和水坝时，渗透系数一般不大于A×10-6cm/s（1

3.4 褥垫层设计

深搅水泥土防渗墙桩头和底板之间设置一道柔性垫层，增加地基的均匀性。褥垫层采用碎石垫层。根据现场碎石垫层碾压试验并结合《混凝土面板堆石坝设计规范》，石料配比采用0.5～1cm石，1～2cm石子，2～4cm石子，按1∶1∶1进行掺和，碎石垫层采用手扶振动碾碾压，碾压遍数为6遍，孔隙率不大于28%，厚度为0.5m。

3.5 防渗墙桩头连接设计

为保证防渗效果，桩头采用沥青水泥砂浆与底板链接，沥青∶水泥∶砂浆配比采用1∶1∶4。

4 深搅水泥土防渗墙检测

深搅水泥土防渗墙主控制量检测指标包括城墙厚度、桩长、桩身连续性、抗压强度及渗透系数等。

4.1 成墙厚度检测

检测方法：相邻两桩检测法和平均厚度检测法量测（桩头开挖进行量测）；评价标准：不小于0.2m（设计有效厚度不小于0.2m）。

4.2 成墙连续性和桩长检测

检测方法：无损检测（探地雷达法），探地雷达技术是基于地下探测目标与围岩介质间的电性差异为物理基础，利用发射天线向地下发射高频（106～109Hz）脉冲电磁波，利用地下电磁波传播路径，电磁场强度和波形将随电磁性质及几何形态变化而变化的规律，来检测判断所通过介质的属性，达到确定地下目标体的一种探测方法。该方法探测效率高，对场地和目标体无损，有较高的分辩率和抗干扰能力。

采用钻芯法进行验证，评价标准满足连续性要求。

4.3 防水渗透系数检测

检测方法：钻芯法、变水头法；评价标准：小于A× 10-6cm/s（1

4.4 抗压强度的检测

检测方法：钻芯法、无侧限抗压；评价标准：90d龄期不小于0.5MPa。

本工程深搅水泥土防渗墙工程委托南京水利科学研究院进行检测，经检测，以上主控指标基本满足设计要求，局部缺陷进行补强。

5 几点建议

5.1 防渗墙强度龄期确定

根据《建筑地基处理技术规范》中确定“水泥土强度随龄期的增长而增大，在龄期超过28d后仍有明显增长，对承重搅拌桩取90d龄期为标准龄期。对起支挡作用承受水平荷载的搅拌桩，考虑开挖工期影响，可取28d龄期为标准龄期。”本工程防渗墙主要作用是防止渗透破坏和地震液化，不开挖，应取90d为标准龄期。

5.2 施工参数确定

在施工中水泥掺入量、喷浆压力、喷浆量、搅拌次数等参数，是一个有机的统一体，应根据地层情况现场试验分别确定。规范明确说明“当喷浆压力一定时，喷浆量大的成桩质量好；当喷浆量一定时，喷浆压力大的成桩质量好”，提高水泥土搅拌机配备能力，是保证成桩质量的重要条件，因此其最低要求泥浆泵的工作压力不得小于5.0MPa。

为防止水泥土的不均匀性，原则上在每个位置每遍搅拌次数不应低于20次，尤其是在淤泥、粉土和黏土层处。

5.3 外加剂应用

本工程施工的场地范围在汾河主河道，地下水位高，深搅水泥土防渗墙施工完成后，40d左右可完整取芯到8m左右，在60d左右可完整取芯到15m。取样结果表明，在土体饱和状态下，深度越深，深搅水泥土防渗墙凝固越慢。为满足工期要求，在施工时可适量掺入早强剂、固化剂等外加剂，有利于满足工期要求。

5.4 质量检验要求

目前国内深搅水泥土防渗墙大多采用国产轻型机械施工，机械质量控制简陋，施工质量尤为重要，很大程度上取决于机组人员的素质和责任心。因此，加强全过程的控制，重点为水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。

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董维国（1964-），男，1986年毕业于清华大学水利水电工程建筑专业，高级工程师。

2016-08-20；

2016-09-27