安乡县安造垸水泥土防渗墙试验研究_周兵.pdf

周兵（安乡县水利局，湖南 常德415600）收稿日期：2023-04-02作者简介：周兵（1989-），男，湖南津市人，大学本科，工程师，水利水电工程二级建造师，长期从事水利水电工程施工和技术管理工作，手机：[phone]。摘要：水泥土搅拌防渗墙是洞庭湖区堤基防渗的主要方式。文章通过对安乡县安造垸两个堤段水泥土搅拌防渗墙试验数据的分析，得出了成墙渗透系数均满足设计要求、芯样抗压强度大部分满足设计要求的结论，同时从地质条件、施工工艺等角度对抗压强度偏低的原因进行了研究，进而对后续大规模施工中需要采用的措施提出了合理化建议。关键词：安造垸；堤基防渗；水泥土防渗墙；试验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（29.036.0）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 26.71km、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+37029+400、44+83544+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+40029+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 300mm，墙深 15.8 m。堤身水泥掺量 10%、堤基部分水泥掺量 15%。44+83544+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 300mm，墙深 15.51m。堤身、堤基水泥掺量均为 15%。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安乡县安造垸水泥土防渗墙试验研究湖南水利水电 2023 年第 3 期试 验 与 研 究40DOI:10.16052/ki.hnslsd.2023.03.022周兵/安乡县安造垸水泥土防渗墙试验研究区的可实施性；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 R280.3 MPa，渗透系数 K50；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 11，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（0.30.4）MPa，堤基水泥掺量为 15%、堤身 10%，水灰比为 11，下沉和提升速度（0.50.9）m/min。施工前用GY-1 型工程钻机采用 91 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 H300mm，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。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 K510-5m/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（0.1012.2）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 K510-5m/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（0.34.3）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。图2墙体开挖现场图1试验堤段位置示意图N比例：012 km安昌垸湖北省黄山头镇79+178北大堤虎山81+4780+00079+17875+00070+00065+00060+00055+00050+00045+00040+00035+00030+00025+00020+00015+00010+0005+000明塘湖龟山安造乡黄土堤潭子口蔡浦溪松滋河东大湖口腰河口金龟堡安澧支白家岗周氏坡陈田红卫安生乡大杨树安全乡虎渡董家？河五七岩豆口四昏西碈堰家蔡安障乡安造垸试验段129+400试验段244+835上河坝肖公咀丁家渡陆家渡安乡县安乡城关镇长岭洲安保垸西县芦苇场新叶口414）源头防治。乡村在产生生活污水或者工业污水相对集中的区域建立污水处理站，经过系统处理后循环使用或者变为低污染水排放；而对于散居及没有条件建设集中污水处理站的村庄，则可以就近分户分片处理后排放；严禁畜禽养殖废弃物、废水直排或经地面径流排入小微水体，并通过种养结合、种养平衡，实现畜禽粪污腐熟后作为肥料就地就近还田利用，确实不能利用的则要经过处理达标排放；建议推进化肥农药使用量零增长行动，并全面推广高效低毒低残留农药，以期减少化肥农药的使用量；建议引导做好垃圾分类减量，并探索农村生活垃圾的就地资源化利用。5）绿植护坡。对于受到污染的小微水体，可以采取绿植护坡。绿植护坡不仅可以维护河道原有形态，有效地抵抗河流冲刷避免水体流失，更能很好地改善坡岸和水体的生态环境。对已破坏或流速较大的河段，可采用绿植护坡进行修复加固。6）水环境生态修复。植物净化水质建议，浅水区可种植挺水植物，深水区适宜沉水植物；合理收割、控藻，防止水华。动物控藻，可饲养鳙、鲢、螺蚌等；不得直接向水体投肥、粪；审慎使用微生态制剂改良水质；清洁补水，保持水质稳定；曝气增氧，提高自净能力。7）小微水体管护措施。建立农村小水体管理台账及分布图，依托河（湖）长制度，明确小水体管护主体，细化管理事务，加强空间管控，规范岸线使用审批流程，实现保护和管护责任的落实。5结语农村小微水体与乡村振兴、新农村建设密切相关，势必会成为将来美丽乡村建设研究的热点之一。通过落实农村小微水体综合整治思路，积极采取相应的工程措施，可实现“河畅水清、岸绿景美、功能健全、人水和谐”的生态治水目标。（上接第39页）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（0.1012.2）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（0.34.3）MPa，100%满足设计要求。其中上部（05）m 及下部（1015）m 水泥含量较高，芯样强度较高，中部（510）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（05）m 及下部（1015）m水泥含量较高，芯样强度较高，中部（510）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、（0.60.8）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 0.6m/min 提升/下沉速度进行后续施工。周兵/安乡县安造垸水泥土防渗墙试验研究42