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1、多头搅拌水泥土防渗墙施工工法1.前言多头搅拌水泥土防渗墙施工工法是一种建造防渗墙的新技术，目前主要有“五头”和“三头”两种类型，我局在东深供水改造工程A2标段中和潮州供水枢纽东溪闸坝及东厢堤加固土建工程中成功地应用了该项技术，并取得了令人满意的防渗效果，下面对这项工法的实施过程及应用情况做一个全面的介绍。2.工法特点2.1工法先进图2.11 多头搅拌桩机“五头”：五轴搅拌、三轴送浆、两轴送气；“三头”：三轴搅拌、两轴送浆、一轴送气；两种类型均属于三维同步搅拌技术，有效地提高了成墙质量、深度和工效；正向掘进搅拌、送气、送浆，反向回转提升、停浆、送气，来回一次成墙，见图2.11。2.2墙体均匀密实
2、、延续性、整体性、抗渗性好搅拌轴带有加长的螺旋叶，搅拌翼和麻花钻头与气体的升扬置换共同作用，使得组成墙体的混合物上下均匀密实一致；每幅墙体间的搭接形式为套接，从而提高了墙体的整体性和防渗性能。2.3墙体壁厚变幅宽、成墙深度大由于多头搅拌桩机的钻具形式独特，一次性成墙深度可达30m；墙体有效厚度为1564cm。2.4稳定性好，精度高、结构紧凑，移动方便由于三支点桩架能跟踪纠偏；动力驱动装置能随搅拌轴上下滑移，降低了重心；转轴间的旋转方向互为相反，能自稳平衡，止摆套管限位和加长的螺旋叶片的导向等组合作用，保证了钻具垂直精度小于4。注浆泵，制、供气系统，储浆桶和配电柜置于支撑机尾部，并与其融为一体，
3、使得移动支撑机易地方便、灵活、快捷。2.5低能耗、低成本、高工效（二低一高）五根（三根）钻具的动力源为独立分体结构，抗干扰性强，启动负荷小（低能耗）；墙体固化材料为普通水泥，易于选购；能充分利用原地土体，就地取材，可比现浇地下连续墙节省造价3040（低成本）；加入高压气体的辅助作用，减少了钻进过程中的摩阻力，而5轴（3轴）成一字形整体布列，每台班可成墙100300，缩短工期50%左右，机械化程度高，每台班技工和普工平均不超过12人（高工效）。2.6质量好、环境影响小采用质量监测系统跟踪监测、管理，可确保工程质量；无泥浆污染、不扰动周边基土、无振动、噪音低、有利于安全和文明施工和环境保护；该工法
4、在施工时可不受周边建筑物或环境的影响。3.适用范围3.1按地质条件分该项工法一般可用于壤土、砂壤土、砂土、砾质土、粉质粘土、粘土和含粒径不大于10的卵（碎）石土层。3.2按使用条件分该项工法既可用于水工建筑物防渗即堤坝防渗、围堰防渗；也可用于挡土和支护结构即防止边坡坍塌、基坑底部隆起；地基的改良、加固防止地层变形、减少构筑物沉降、提高地基承载力。4.工艺原理多头搅拌水泥土防渗墙的工艺原理是在移动支撑机上的三支点垂直立柱导杆上安装集驱动设备、钻杆、钻头于一体的多头搅拌桩机，在本工法中所采用的是“五头”（“三头”）的搅拌桩机，其中三（两）头送浆、两（一）头送气、间隔排列，即：“浆、气、浆、气、浆”
5、（“浆、气、浆”），其中送浆管边搅拌边送浆，使土体与水泥浆初步的混合；送气管送气的同时也对土体进行搅拌，通过气体的升扬置换作用，使土体与水泥浆更加充分的得到搅拌。施工时，驱动设备通过钻杆带动桩机上的五个并列的钻头转动，并以一定的推力使钻杆和钻头向土层推进到设计深度，然后提升再钻杆和钻头搅拌至孔口，在上述下钻提升过程中，通过灌浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆，经钻头喷入土体中，在钻进和提升的同时，水泥浆和原土被充分拌和，被注入的水泥浆与土体中的水发生水化反应，使土体凝结成均匀的水泥土防渗墙。综上所述，多头搅拌水泥土防渗墙的工艺原理就是：三（两）头送浆、两（一）头送气、五（三）头搅拌、形成三维作业
6、，在原有位置将土体和水泥混合搅拌成均匀的水泥土防渗墙的施工工艺。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程多头搅拌水泥土防渗墙的施工工艺流程主要包括：场地清理、材料准备、高程放样、设备安装和调试、开挖导向储留沟、设备就位、钻进搅拌、回转提升、成墙并移机至下一幅墙体，见图5.11。5.11 多头搅拌水泥土防渗墙施工工艺流程5.2施工操作要点本工法的施工操作要点将分为以下两个阶段介绍：5.2.1施工准备阶段操作要点防渗墙施工前先组织施工技术人员进行图纸会审，认真研究相关的设计文件、及规范规程，制定相关的施工方案并且要充分的预计到可以发生的各种突发状况，针对各种突发状况制定相应的应急措施；组织工人
7、学习防渗墙施工技术要求和操作规程，制定施工作业指导书，发放至参加防渗墙施工的所有人员，用以指导施工。1、场地清理对施工场地进行平整及压实，以方便设备移动就位，清除地面地下障碍，保证有足够的施工作空间摆放材料及设备，当地表过软时应采取适当的地表硬化措施，以防止设备失稳，施工场地平面布置见5.2.11。5.2.11 防渗墙施工场地平面布置图2、高程放样根据施工控制网并按设计图纸要求放出防渗墙轴线，每30m布设一个高程控制桩，作出明显标志，用以控制防渗墙的深度和墙顶高程。3、开挖导向储留沟开挖横断面为深1.2m、宽0.6m（可视防渗墙设计厚度改变）的导向储留沟用以解决钻进过程中的余浆储放、回浆补给，
8、并防止防渗墙偏离设计轴线，开挖长度以超前桩机作业处20m为宜，导向储留沟必须与设计墙身轴线平行。4、先导孔施工为详细掌握地层状况及确定防渗墙底高程，施工前沿防渗墙轴线每30m钻设一个先导孔，根据先导孔取出的芯样来判断两相邻先导孔之间的地层情况，先导孔的终孔条件与防渗墙的相同，当遇到地质条件变化较大的地段，应适当加密先导孔。先导孔施工完成后，绘制出地质剖面图及柱状图，以备防渗墙施工时查阅。5.2.2防渗墙墙体施工阶段操作要点1、浆液制备水泥土防渗墙施工所用浆液由水泥、水搅合而成，为了减小墙体弹性模量，增大墙体的柔性，使墙体能更好的适应外界的变形，可在浆液中掺入适量的黏土或膨润土，在施工时还可根据
9、实际需要按要求掺入相应的外加剂。浆液在正式的制备前必须经过配合比试验和水泥土固结体的物理力学性能试验，该两项试验必须委托有资质的检测单位实施，试验的各项结果达到设计要求后才可以按试验确定的配合比进行正式的浆液制备，用于防渗墙施工。1）配合比试验采集施工现场土样，通过室内试验确定最终实际使用的最佳配合比。配合比试验测试内容应包括：浆液拌制时间、浆液密度、浆液粘度、浆液流动性、浆液的沉淀速度和沉淀稳定性、浆液的凝结时间（初凝、终凝）以及浆液凝固体密度、强度、弹性模量等。一般情况下，水灰比控制在1:1.01:1.8之间。2）成墙搅拌速度试验试验中搅拌下沉速度控制在0.51.0m/min，搅拌提升速度
10、应控制在1.01.5m/min。3）水泥掺入量试验水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不低于32.5MPa。根据施工经验，一般情况下水泥掺入量为7%15%。4）水泥土固结体的物理力学性能试验该试验包括水泥土固结体的单轴无限抗压试验和抗渗试验，通过这两个试验来检测水泥土固结体的强度和抗渗性能，通过这两项试验结果便可验证按照配合比试验所配制的浆液与土体混合搅拌后，经过规定的龄期，能否达到设计文件的各项要求，进一步检验了配合比的合理性、适用性。浆液必须严格按试验确定的配合比制备，材料的称量误差不得大于5%，浆液搅拌时间：使用高速搅拌机不应少于30s，使用普通搅拌机不应少于50s。制备好的浆液不得发
11、生离析，用密度计或其它检测手法量测和控制浆液的质量，为防止浆液离析，放浆前必须搅拌30s后再倒入储浆桶，并且制浆桶和储浆桶中的浆液也应不断搅动，同时浆液必须严格过滤，在制浆桶和储浆桶之间设置过滤网。施工过程中必须定期派专人检验浆液性能，性能检验的内容为：密度、稠度、稳定性、初凝、终凝时间。浆液应随配随用，浆液必须存放时，存放的时间必须符合下列规定：当气温在10C以下时，不宜超过5h；当气温在10C以上时，不宜超过3h，浆液存放时间超过以上规定的有效时间，将作为废浆处理。浆液温度应控制在540以内，超出规定应予以废弃。2、成墙顺序为达到墙体良好的连续性，防止套接部位出现“剪刀口”，因此确保每幅墙
12、体之间的套接质量是施工的重要环节之一。多头搅拌水泥土防渗墙按成墙顺序可分为（图中1、2、3为成墙顺序）：1）往复式双孔全套复搅式标准形；2）顺槽式单孔全套复搅式套叠形；3）预钻孔往复式双孔全套复搅式标准混合形（当标准贯入度N50时采用）；见图5.2.21、5.2.22。图5.2.21 防渗墙成墙顺序（五头）图5.2.22 防渗墙成墙顺序（三头）3、设备就位设备移动时要仔细观查周围情况，发现问题及时处理，根据五轴搅拌桩机的幅间中心距离，在墙体轴线上划定每幅间的套接的位置，偏差控制在3cm以内。设备就位后立即调整钻具的垂直度，以保证墙体的垂直度。用三支点垂直立柱导杆来保证钻具的垂直度，导杆立柱的垂
13、直度由倾斜仪来控制。采用经纬仪作三支点桩架垂直度的初始零点校准，并用两侧倾斜仪跟踪调整钻具的垂直度，保证墙体垂直度偏差不大于4。4、钻进搅拌桩机就位并调整好垂直度后即可开机钻进搅拌，采用一次钻进一次提升的方法进行成墙。开动多头搅拌桩机，并慢慢下降钻头与土体接触，按规定要求的时间送浆、供气，不得间断，其浆液流量大小视钻进速度的土质情况确定。随时检测搅拌轴的垂直度，以保证墙体垂直度偏差不大于4。此间，保存好涌入储留沟中的水泥土混合物，用于提升时回灌；为保证能充分搅拌土体，用桩架导杆标尺和计时器联合控制钻进搅拌速度在0.51.0m/min。5、回转提升当钻进至设计墙底高程时，即可回转提升钻具，钻进深
14、度可通过桩架导杆上划分的标尺来测量，钻进深度的偏差为设计深度0.2m。提升时速度不应太快，避免形成真空负压，孔壁坍陷，造成墙体空隙，一般情况下提升速度应控制在1.01.5m/min；在此进程中，将置存于储留沟中的水泥土混合物回灌，对墙体进行进一步的填充。6、送浆本工法中送浆作业是在钻进搅拌过程中进行的，浆液在制浆桶内经过虑网过虑后倒入储浆桶，通过注浆泵送入钻杆、钻头。注浆量的大小由装在操作台的调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控，通常根据钻进速度和地层状况在90130L/min范围内进行适当调整。若中途出现管路堵塞、浆液断流等现象，应立即停止注浆，立即查找原因并尽快解决，待问题查明解决后再进
15、行钻进搅拌，送浆因故停止超过30分钟时，应立即对注浆泵和浆液输送管路进行清洗，防止浆液固结。7、送气搅拌桩机的供气采用移动式空气压缩机，供气量由空气压缩机上的阀门结合压力表控制；一般控制压力为0.30.4Mpa，施工过程中供气不得中断。8、保证墙体厚度和均匀性施工过程中必须控制成墙厚度，可采用事前控制的原则定期测量搅拌页片的外径，当页片磨损达到2时必须对其进行修补，以保证页片外径。在控制墙体厚度的同时，墙体的均匀度的控制也是一项重要的工作，它关系到墙体质量能否过到设计要求，因此必须保证墙体的均匀性，可以通过控制钻进过程中的送浆均匀性以及提升过程中的由气体升扬置换墙体混合物能否成沸腾状态来实现墙体均匀性的控制。9、相邻墙体之间的套接为防止墙体出现“剪刀口”，影响防渗效果，因此必须严格控制相邻墙体之间的套接质量，施工前在墙体的设计轴线上划分出每幅墙体的套接位置，并做出标识；施工中要严格控制每幅墙体的垂直度（垂直度控制见“3、设备就位”），通过上述两方面措施来保证相邻墙体之间的套接质量，从而保证防渗墙的整体连续性。10、残留水泥土的处理防渗墙施工结束后，导向储留沟内残留的水
