王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指挥部办公室，山西 大同 037000）

多头小直径深层搅拌桩防渗墙在文瀛湖水库中的应用

王天云

（大同市人民政府防汛抗旱指挥部办公室，山西 大同 037000）

文瀛湖水库经防渗改造，对围堤进行了垂直防渗处理，对库区渗漏“天窗”采取垂直防渗与水平防渗相结合的方案，将原有的渗漏通道截断，彻底根治了库区蓄水后因围堤渗漏形成的库外库现象；起到了比较好的防渗效果。说明多头小直径深层搅拌桩水泥土防渗墙在大同市文瀛水库中的应用是成功的，可为今后类似工程提供借鉴。

水泥土防渗墙；施工；应用；经验

1 工程概况

1.1 工程简介

文瀛湖水库位于大同市御东新区，是一座旁引中型水库，水库主坝长1.1 km，副坝长8.25 km，围堤总长9.35 km，最大坝高6.0 m，设计总库容1 036万m3。水库始建于1957年，虽然1990年及2004年分别对文瀛湖水库加固进行了改造及综合治理，但堤基及库区仍然渗漏严重，日渗漏量约7.97万m3，湖水逐渐干枯，不能正常运行。随着大同市御东区的开发建设，为重现文瀛湖碧水蓝天的自然景象，大同市政府对库区进行了防渗改造、引水渠改建及环境美化等综合治理。

1.2 工程地质

工程所在地段勘察最大揭露深度12 m，按岩性划分为四层，自上而下分别为：一层填土（）：人工填筑的围堤土体，成分较复杂，主要为粉土、含砂及砾石。厚度一般在3.5～4.0 m。

2 设计要求

文瀛湖水库防渗改造包括垂直防渗和水平防渗。其中，堤基为垂直防渗，库区南部“天窗”及隔水层较薄部位，采用水平防渗和垂直防渗相结合的防渗方案。水泥土防渗墙设计参数：28 d抗压强度≥1 MPa，渗透系数≤1×10-6cm/s，破坏比降≥200，弹性模量≤1 000 MPa。

3 水泥土防渗墙施工

垂直防渗采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙（以下简称水泥土防渗墙）。防渗墙深入相对隔水层二层粉土（北部）及四层粉质粘土（南部）1 m，防渗墙厚度为0.3 m。局部辅以高压喷射灌浆（旋喷）防渗墙，用于连接堤上纵向防渗墙与堤上建筑物的防渗封闭。此外，对于围堤局部地段有孤石及地下障碍物处均采用旋喷防渗墙与两侧水泥土防渗墙相接。

3.1 水泥土防渗墙防渗方案

3.1.1 坝基、坝体垂直防渗

对围堤用水泥土防渗墙施工，北部防渗墙进入隔水层二层1 m，南部防渗墙进入隔水层四层1 m。

3.1.2 库内渗漏“天窗”垂直防渗

防渗北部用二层作为隔水层，南部用四层作为隔水层，首先查明两个隔水层的分布界限和范围，其次查明库区渗漏“天窗”分布范围及界限。

库区渗漏“天窗”处理，先在渗漏“天窗”周边用水泥土防渗墙进行防渗处理，防渗墙深入到隔水层四，“天窗”内用防水毯进行水平防渗，防水毯与防渗墙进行搭接，垂直防渗墙与防水毯共同构成“天窗”的防渗体系。

3.2 水泥土防渗墙施工工艺

使用多头小直径深层搅拌防渗桩机，就位调平，启动主机，通过主机的传动装置带动主机上的钻杆转动，以一定的推动力把钻头向土层钻进至设计深度，提升搅拌到孔口。在钻进和提升的同时，用浆泵将水泥浆由输浆管输进钻杆，经钻头喷入土体，经过强制搅拌使土体与水泥拌合均匀，硬结后成为具有良好整体性、稳定性、不透水性并具有一定强度的水泥土防渗墙。

3.3 水泥土防渗墙施工方法

本工程设计防渗墙厚度为300 mm，深度不大于15.0 m，防渗墙总面积为88 067 m2。投入一次成墙设备BJS-18Y型桩机，采用两序成墙工艺施工。依据施工设备技术参数，搅拌桩轴间距为320 mm，采用两次成墙工艺，桩间搭接180 mm，搭接处最小墙厚达300 mm，单元墙长度960 mm。

掘搅水泥土防渗墙主要施工方法是：使用深层搅拌防渗型桩机，就位调平，启动主机，通过主机的传动装置带动主机上的钻杆转动，以一定的推动力把钻头向土层钻进至设计深度，提升搅拌到孔口。在钻进和提升的同时，用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序墙的施工，纵向移动主机，就位调平，进行下一序墙的施工，多次重复上述过程形成一道水泥土防渗墙。作业程序如下：主机就位并调试，安装水泥浆液制备系统；主机调平，制浆系统同时拌制水泥浆；启动主机，使多钻头同时转动并向下钻进，同时开启输浆系统，边搅拌钻进边喷浆直至达到设计深度；反转提升并搅拌喷浆到地面，完成一序墙的施工，桩机向前移动160 mm，进行第二序施工，两序墙都完工后，即完成一个单元的施工；桩机整机沿预定的方向向前移动800 mm，进行第二个单元墙的施工，如此连续作业，最终形成一道具有一定强度、稳定性和抗渗性的水泥土防渗墙。

3.4 水泥土防渗墙施工质量控制要点

3.4.1 施工前控制

地质复勘，沿坝轴线每50 m打一先导孔，由监理见证，施工人员现场测量岩芯长度，划分地层，确认透水层与相对不透水层或弱透水层分界线，决定防渗墙深度。

经室内和生产试验并经设计单位批准，施工中水泥掺入比按12%，水灰比按1.8∶1控制施工。钻进提升速度：钻进速度0.3～1.3 m/min，提升速度0.8～1.2 m/min。机架垂直度：机架偏斜误差0.2%。

3.4.2 施工过程控制

配制水泥浆：严格按照拟定的水灰比配制水泥浆，水泥浆液随配随用，灰浆搅拌机同时不断搅动，制备好的浆液不得离析。停置时间：当气温在10℃以上时超过2 h，10℃以下时超过5 h均应按废浆处理。桩机就位、调平：桩位偏差在10 mm内；施工前对场地进行平整，保证桩机调平后稳固不发生倾斜、移动，保证桩体的垂直度。钻进：在钻进过程中，根据土层情况保持适当的钻进速度，一般在0.3～1.3 m/min，为减少钻进阻力，钻进时适量喷浆。桩机安装深度自动记录仪，严格按照施工要求控制下钻深度、喷浆面停浆面，确保桩长、深度。提升喷浆搅拌：在提升过程中，控制提升速度，0.8～1.2 m/min，提升速度和输浆量相匹配且输浆连续，并有专人记录。桩机移位：沿施工方向每10～15 m设置轴线控制线，设备沿轴线控制线移动，对位按定位标尺距离移动，确保轴线偏差和桩位偏差控制在允许范围内。

为确保成墙厚度，钻头直径使用350 mm并定期复核检查，其直径磨耗量不大于10 mm，否则进行补焊。

相交桩体时间不超过16 h，特殊原因超过16 h，采取贴桩处理措施。

特殊情况处理：在掘搅水泥土防渗墙施工过程中遇到块石、地下涵洞等地下障碍物无法施工时，先施工至障碍物深度或暂时跳过障碍物施工，以后采用高喷灌浆处理。

3.5 水泥土防渗墙质量检测结果

在水泥土防渗墙取样54组、高喷防渗墙取样32组，检测抗压强度、渗透系数、破坏比降和弹性模量，检验结果满足设计要求，具体见表1。

表1 水泥土防渗墙有关设计指标及检测结果

4 工程完工后观测资料分析

4.1 初期运行监测资料分析

2012年，通过御河干渠从御河河道引水200万m3，从孤山水库引水800万m3，通过册田供水管道从册田水库引水700万m3，共引水1 700万m3，蓄水9个月，目前库存水量800万m3。不考虑沿程损失和初始地下库容，初步估算日损失水量3.3万m3。

从水库水位观测资料分析，水位1 048.1 m（对应水面面积302万m3），水位日下降0.01 m（连续3 d），日损失水量3.02万m3。水库改造前日渗漏量7.9万m3，说明水库防渗效果明显。

4.2 2016年水库渗漏分析

2016年文瀛湖水库日渗漏量用水量平衡法计算，结果见表2。

表2 2016年文瀛湖水库日渗漏量

4.3 库区周围地区的浸没定性分析

库水位抬高必然引起库区周围地下水位上升，当地下水位升高到临界高程以上时，将会出现以下情况：一是将使森林死亡，旱田作物受涝，并可能引起农田盐碱化；二是黄土地区或土质较松软的地区可能引起建筑物地基不均匀沉陷，发生裂缝甚至倒塌；三是可能形成局部沼泽地区，使环境卫生条件恶化；四是地下水位的抬高还会影响库区附近城镇排水也可能增加矿井积水。

从文瀛湖水库2012—2016年连续5年的观测情况看，一是坝后无渗水现象，防治效果明显；二是周边地区5年期间建了五大场馆、太阳宫及住宅小区若干，无一处有渗水而影响工程施工的现象发生，说明无浸没损失发生。

5 结论

文瀛湖水库经防渗改造，对围堤进行了垂直防渗处理，对库区渗漏“天窗”采取垂直防渗与水平防渗相结合的方案，将原有的渗漏通道截断，彻底根治了库区蓄水后因围堤渗漏形成的库外库现象；起到了比较好的防渗效果。根据对库区改造后的观测资料分析，文瀛湖水库经防渗、除险加固工程措施后，坝（堤）体安全稳定，侧向渗漏量、垂直渗漏量满足设计要求，达到了工程目的，说明多头小直径深层搅拌桩水泥土防渗墙在大同市文瀛水库的应用是成功的，可为今后类似工程提供借鉴。

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1004-7042（2017）10-0036-03

王天云（1960-），男，1983年毕业于太原工学院学校水利水电工程建筑专业，工程师。

2017-08-14；

2017-09-26