本站原创【摘 要】铣削防渗墙工程应用实例不多,复杂地质条件下的施工参数如水泥掺量、浆液水灰比、钻进及提升速度、单位供浆量、钻进和提升过程中水泥用量比例等工艺参数均需通过试验研究确定；本文通过试验段施工来研究本项目的施工工艺,为保障新夏港船闸工程安全提供技术支持,并为今后类似工程的建设提供参考.
【关 键 词 】铣削水泥搅拌墙；试验段；施工工艺
1.研究背景
1.1 工程概况
锡澄运河新夏港船闸工程项目是锡澄运河航道整治工程的组成部分,该船闸是整治后的锡澄运河的入江口门,位于江阴市新夏港河水利套闸处,船闸为Ⅲ级船闸,建设规模为2×180×23×4.0m（线数×闸室长×口门宽×最小槛上水深）.船闸下闸首距离长江主航道1.5km,船闸起点为锡澄运河航道桩号K36+472,终点桩号为锡澄运河与长江主航道交点K38+710.
船闸施工图设计中考虑到分离式闸室不能满足抗渗稳定性要求,在船闸闸首和闸室周围设计永久防渗帷幕进行防渗处理,防渗墙体沿闸室周边布置,分别形成两个闸室的封闭圈.
设计防渗墙采用宽度为0.8m铣削深搅水泥搅拌墙,墙底进入相对不透水的粉质粘土层（③-2b3土层）2m,闸室墙顶标高0m,上闸首墙顶标高-7.49m,下闸首墙顶标高-8.61m,墙底标均为-28.0m,进入相对不透水的粉质粘土层（③-2b3土层）2m.铣削深搅水泥搅拌墙2011年才开始在中国得到工程应用,到目前为止还没有形成成套施工工艺和质量控制标准.为了保证新夏港船闸铣削深搅水泥搅拌墙的质量,在正式施工之前,先进行试验段施工,研究适合本工程的铣削深搅水泥搅拌墙施工工艺.
1.2 工程地质条件
闸首、闸室区由上至下地层分布特征如下：
（1）-1――素填土：灰,松散,局部密实,稍湿.该层仅部分地段有揭露.土层底标高-4.5-+5.4m,平均+2.9m；厚度0.7-6.3m,平均2.2m.土层具高压缩性,工程地质性能极差.
（2）-1b2――粉质粘土；黄灰色,夹青灰色,可塑.该层间断分布,大多地段缺失.土层定埋深0-6.5m,平均2.2m；层底标高-7.00-+1.5m,平均-3.39m；厚度0.6-9.7m,平均4.0m.土层具中偏高压缩性,工程地质性能一般.
（3）-1c2――粉土：棕,很湿,中密,局部稍密,摇振反应迅速.该层仅部分地段有揭露.土层顶埋深4.8-13.0m,平均7.4m；层底标高-14.～-6.36m,平均-9.98m；厚度2.1-7.7m,平均4.5m.土层具中偏高压缩性,工程地质性能一般.
（4）-1d3――粉砂：黄灰色,饱和,稍密,含云母碎屑,局部夹粉质粘土薄层.该层仅部分地段有揭露.土层顶埋深4.7-12.2m,平均7.79m；层底标高-11.6～-8.6m,平均-10.21m；厚度2.1-7.0m,平均4.14m.土层具高压缩性,工程地质性能差.
（5）-1b1――粉质粘土：褐,可塑.该层大多数孔有揭露,局部地段缺失.土层顶埋深0-8.1m,平均2.24m；层底标高-6.0～-0.5m,平均-3.29m；厚度1.5-9.2m,平均5.87m.土层具中压缩性,工程地质性能较好.
（6）-1b2――粉质粘土：褐,夹青灰色,可塑.该层间断分布,大多地段缺失.土层顶埋深0-8.9m,平均2.29m；层底标高-8.3～-1.6m,平均-4.91m；厚度1.0-9.4m,平均3.55m.土层具中高压缩性,工程地质性能一般.
（7）-1c2――粉土：灰,黄灰色,很湿,中密,摇振反应迅速.该层大多数孔有揭露,局部地段缺失.土层顶埋深1.8-12.3m,平均7.39m；层底标高-13.2～-4.1m,平均-8.0m；厚度1.1-7.9m,平均3.72m.土层具中压缩性,工程地质性能一般.
（8）-1d2――粉砂：灰,饱和,中密,分选性较好,局部含砂质结核,直径2-7cm不等.该层分布较普遍,仅少量孔缺失.土层顶埋深6.3-16.0m,平均10.93m；层底标高-20.3～-8.65m,平均-14.71m；厚度0.5-11.2m,平均6.24m.土层具中压缩性,工程地质性能一般.
（9）-2b3――粉质粘土：灰色,青灰色,流塑,局部软塑,夹粉砂、粉土薄层,具水平层理,多处呈互层状分布.该层仅部分深孔有揭露.土层顶埋深28.3～35.1m,平均30.19m；该层未揭穿,揭露厚度1.9～24.7m,平均10.95m.土层具中偏高压缩性,工程地质性能较差.
2.铣削水泥搅拌墙施工工艺
2.1 铣削水泥搅拌墙工程技术要求
（1）铣削水泥搅拌墙设计要求每幅不小于2.5m.
（2）28天无侧限抗压强度大于0.5MPa；渗透系数达到10-6量级.
（3）固化剂采用P.C.32.5水泥,设计要求水泥掺入量不小于20%.水泥土配合比试验中水泥按20%、22%掺入比进行试验,并测定各级掺入比的渗透系数、抗压强度指标结合现场试验段施工确定水泥掺量及施工工艺参数.
（4）水灰比通过现场施工试验确定,一般控制在1.0-2.0左右.
（5）墙体的垂直度误差不大于0.5%,控制铣削深度为设计深度的±0.2m.
2.2 铣削设备选择和设备性能特点
（1）本工程铣削深度约31米,根据设备型号所对应的最大搅深,选用SC35液压铣削搅拌钻机,扭矩7500kg.m,旋转速度0～44rpm.选用主机为SH36W多功能钻机,主机重量95吨,额定功率为298KW,发动机最大转速1900rpm.
（2）设备性能特点：
1）液压铣削搅拌钻机采用掘进、提升、注浆、供气、铣、削、搅拌一次成墙,无需设置导墙,基土不出槽并和固化剂（水泥）混合,共同构成地下连续墙体. 2）液压铣削深搅形成矩形槽段,幅间连接为完全铣削结合,接头少整体性强,防渗性能好.
3）履带式辅机可自由行走,不需要轨道,在控制室可方便操作.操作人员通过触摸屏,控制导向板、纠偏板,调整铣头的姿态,调整铣头的升降速度,从而有效控制槽孔的垂直度满足设计要求.
（3）后台制浆设备
后台制浆设备选用上海以祖金属制品有限公司生产制造的BZ-20LS全自动水泥配料搅拌系统,此系统集LED全过程显示、保存各种工程所需数据,组合流量系统充分保证了铣削深搅墙施工的可靠性.
该系统由水泥罐、螺旋输送机、拌浆筒、储浆筒、水泵及电子配料秤等部件组成.每小时出浆量20m3.
2.3 工艺原理及流程
液压铣削深搅地连墙是利用水泥稳定土的性能成墙,由液压双轮铣槽机和传统深层搅拌的技术相结合,在掘进、注浆、供气、铣削和搅拌的过程中,两个铣轮相对相向旋转,向下铣削地层,在此过程中,通过供气、注浆系统同时向槽内注入高压气体、水泥浆液,直至设计深度.此后,两个铣轮作相反方向相向旋转,并通过导杆慢慢提起铣轮,并通过供气、注浆系统再次向槽内注入高压气体、水泥浆液,从而形成水泥土墙体.
工艺流程包括清场备料、测量放样、安装调试、开沟铺板、移机定位、铣削掘进搅拌、回转提升、成墙移机等.
2.4试验段施工控制参数与总结
铣削水泥土防渗墙施工工艺属于新工艺,工程应用实例不多,按照铣削水泥搅拌墙设计方案和初步施工方案,决定在施工前先进行试验段施工和对试验段进行全面检测以确定搅拌墙质量的意见.
施工单位在专家意见的基础上,制定了铣削试验段补充方案计划和安排,选取了6幅铣削水泥搅拌墙作为试验段；施工过程中,本着边施工边总结的方法,根据不同的地质条件逐渐地对相应的施工参数进行优化和调整,严格控制每幅墙体中的水泥掺入量、水灰比、进尺（提升）速度与供浆量之间的一一对应关系.1-6#防渗墙的施工过程工艺及参数总结如下：
1#墙体：
施工日期：水泥掺入量22%
理论计算参数为：
钻进过程粉质粘土（0～10m）水灰比：1.3,供浆量：240L/min,进尺速度：0.40m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰比：1.3,供浆量：240L/min,进尺速度：0.30m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比：1.3,供浆量：240L/min,进尺速度：0.25m/min；
铣削提升：水灰比：1.3,供浆量：240L/min,进尺速度：0.5m/min.
铣轮转速：30rpm.
实际施工情况：
12时16分,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比1.3,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量920kg,搅拌时间30s,12时18分,设备就位,钻进开始,在0～10m粘土及粉质粘土深度内钻进速度平均为0.35m/min； 供浆量为210L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内钻进速度平均为0.22m/min,供浆量为180L/min；密实粉砂层至底15～30.38m深度内平均进尺速度为0.07m/min,供浆量为126L/min.
17时20分坐底复搅,17时22分开始铣削提升.提升时水灰比：1.3,供浆量为150L/min,提升速度0.52m/min.18时18分,供浆停止,1#墙施工结束.
去除施工过程中设备油管故障排除时间,本次施工总历时4h50min,其中钻进和提升过程中换夹持时间约20min,铣削下沉用总浆量：83%；铣削提升用总浆量：17%.
总结：通过对1#墙施工过程参数分析：1、施工钻进平均速度较慢,成墙耗时长,功效较低；2、下沉水泥浆用量所占比例偏大；3、密实粉砂层中的喷浆量与钻进速度之间成对应关系,针对上述问题及施工过程总结,遂对2#墙施工参数进行针对性的调整.
2#墙体：
施工日期：水泥掺入量22%.
为保证钻进速度,对钻进过程中各土层的水灰比进行了调整,并加大了钻进期间在密实粉砂层中的喷浆量,钻进和提升水泥用量比例调整为1：1.
理论计算参数为：
钻进过程粉质粘土（0～10m）水灰比2.0,供浆量240L/min,进尺速：0.40m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰比3.0,供浆量280L/min,进尺速度0.30m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比3.0,供浆量320L/min,进尺速度0.20m/min；
提升过程水灰比0.8,供浆量300L/min,进尺速度0.5m/min.
铣轮转速：30 rpm.
实际施工情况：
13时,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比2.0,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量650kg,供浆量240 L/min,搅拌时间30s,13时01分,钻进开始,在0～10m粘土及粉质粘土深度内钻进速度平均为0.36m/min,供浆量240L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内水灰比调整为3.0,供浆量240 L/min,钻进速度平均为0.33 m/min,密实粉砂层至底15～30.38m深度内平均进尺速度为0.16m/min,水灰比3.0,供浆量340L/min.
至15时04-10分,钻进速度由0.28m/min -0.41 m/min -0.43 m/min,钻进深度为-26.97m,由钻进速度加快表明已进入粘土层,15时12分钻进至-28.0m复搅,15时14分提升,水灰比调整为0.8,供浆量300L/min,进尺速度0.6m/min.
16时30分,供浆停止,施工结束. 本次施工总历时3h30min,其中钻进和提升过程中换夹持时间约20min,铣削下沉水泥用量52%；铣削提升水泥用量48%.
总结：通过对2#墙施工过程参数分析：1、针对不同地质条件的土层选择合适的水灰比和供浆量,有利于钻进速度的提升；2、钻进和提升过程中水泥用量比例的调整也有利于墙体的均匀性；3、在2#墙施工参数的基础上,通过减小钻进过程中各土层中的水灰比进行3#墙体的施工.
3#墙体：
施工日期：水泥掺入量22%.
理论计算参数为：
钻进过程粉质粘土（0～10m）水灰比1.5,供浆量240L/min,进尺速度0.4m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰比2.7,供浆量240L/min,进尺速度0.25m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比2.7,供浆量320L/min,进尺速度：0.15m/min；
铣削提升过程：水灰比0.8,供浆量300L/min,进尺速度0.6m/min.
铣轮转速：30 rpm.
实际施工现场情况：
7时35分,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比1.5,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量680kg,供浆量240 L/min,搅拌时间30s,钻进开始,至钻进深度为-4.91时,钻进速度平均为0.22m/min.7时58分调整水灰比至2.0,钻进速度平均为0.43m/min,供浆量240L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内水灰比调整为2.7,供浆量240 L/min,钻进速度平均为0.28 m/min；密实粉砂层至底15～30.38m深度内水灰比为2.7,喷浆量340 L/min,平均进尺速度为0.16m/min.
至9时42-59分,油压由18-22变化至16-20MPa,钻进速度0.14m/min-0.18m/min - 0.3m/min变化,9时59分钻进至-28.5m复搅,10时01分开始提升,水灰比调整为0.8,供浆量350L/min,进尺速度0.6 m/min.
10时50分,供浆停止,施工结束.
本次施工总历时3h20min,其中钻进和提升过程中换夹持时间约20min,铣削下沉水泥用量45%；铣削提升水泥用量55%.
总结：通过对3#墙施工过程参数分析：3#墙施工总历时3h20min较适宜；施工过程控制比较到位,下一步调整方向为减小钻进时的水灰比.
4#墙体；
施工日期：水泥掺入量22%.
理论计算参数为：
钻进过程中,粉质粘土（0～10m）水灰比1.2,供浆量220L/min,进尺速度0.35m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰比2.2,单位供浆量240L/min,进尺速度0.30m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比2.5,单位供浆量275L/min,进尺速度0.15m/min；
铣削提升过程中,水灰比：0.8,单位供浆量240L/min,进尺速度0.50m/min.
铣轮转速：30rpm.
实际施工现场情况：
14时13分,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比1.2,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量980kg,供浆量240 L/min,搅拌时间30s,钻进开始,在0～10m粘土及粉质粘土深度内钻进速度平均为0.37m/min；供浆量220-240L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内水灰比调整为2.2,供浆量240 L/min,钻进速度平均为0.30 m/min,密实粉砂层至底15～30.38m深度内水灰比调整为2.5,平均进尺速度为0.12m/min,供浆量275 L/min.
至17时00-09分,钻进速度由0.1m/min - 0.2 m/min - 0.4m/min变化,钻进深度-26.86m,至底（-28m控制）复搅,17时24分开始提升,水灰比调整为0.8,供浆量300L/min,进尺速度0.55m/min.至18时,提升异常,遂减小注浆量至160L/min.
至19时40分,停止供浆,施工结束.
本次施工总历时5h25min,其中钻进和提升过程中换夹持时间约25min
总结：通过对4#墙施工过程参数分析：4#墙由于提升时发生异常,施工总历时5h25min,但过程中针对异常情况的调整比较及时、到位,下一步要求作业队继续加强施工操作的熟练程度,对于一般的异常情况在第一时间能够及时作出针对性的调整或补救措施.另提高换夹时的效率,减少换夹时间.
4#墙体总体施工参数控制正常,钻进速度及喷浆量较适宜.
5#墙体：
施工日期：水泥掺入量20%.
理论计算参数为：
钻进过程中,粉质粘土（0～10m）水灰比1.5,单位供浆量220L/min,进尺速0.35m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰比2.2,单位供浆量240L/min,进尺速度0.30m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比3.0,单位供浆量320L/min,进尺速度0.15m/min；
铣削提升过程中,水灰比：0.8,单位供浆量290L/min,进尺速度0.75m/min.
铣轮转速：30 rpm.
实际施工现场情况：
7时56分,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比1.5,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量800kg,供浆量220 L/min,搅拌时间30s,7时58分钻进开始,在0～10m粘土及粉质粘土深度内钻进速度平均为0.37m/min,供浆量220L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内水灰比调整为2.2,供浆量240 L/min,钻进速度平均0.31 m/min,密实粉砂层至底15～30.38m深度内水灰比调整为3.0,平均进尺速度为0.15m/min,供浆量320 L/min. 至10时10分,进尺速度由0.19m/min突变至0.32m/min,钻进深度-26.9m,10时12分至底-28m（深入粘土层1m）复搅,10时18分开始提升,水灰比调整为0.8,供浆量310L/min,进尺速度：0.68m/min.
至11时21分,停止供浆,施工结束.
总结：施工过程顺利,工艺参数控制基本到位,钻进过程水泥掺入量占55%.连续施工6#试验段,观察设备的连续施工能力及班组之间的换班交接到位情况.
6#墙体；
施工日期：水泥掺入量20%.
理论计算参数为：
钻进过程中,粉质粘土（0～10m）水灰比1.5,供浆量220L/min,进尺速度0.35m/min；
中密粉砂（10～15m）水灰：2.2,单位供浆量240L/min,进尺速度0.30m/min；
密实粉砂（15～30.38m）水灰比2.7,单位供浆量325L/min,进尺速度0.15m/min；
铣削提升过程中,水灰比：0.8,单位供浆量325L/min,进尺速度0.75m/min.
铣轮转速：30 rpm.
实际施工现场情况：
11时56分,测量放线、设备移机就位完毕,后台制浆设备参数输入完毕,水灰比1.5,每盘搅拌量1.5m3,水泥用量820kg,供浆量220 L/min,搅拌时间30s,钻进开始,在0～10m粘土及粉质粘土深度内钻进速度平均为0.38m/min,供浆量220L/min；稍密及中密粉砂10～15m深度内水灰比调整为2.2,供浆量240 L/min,钻进速度平均为0.29 m/min；密实粉砂层至底15～30.38m深度内水灰比调整为2.7,平均进尺速度为0.16m/min,供浆量325 L/min.
至14时10-20分,进尺速度由11.8cm/min突变为33.8cm/min,钻进深度-26.5m,至14时24分钻进到底（按-28.0m控制）复搅,14时26分开始提升,水灰比调整为0.8,供浆量260L/min,进尺速度0.53m/min.
至15时30分,停止供浆,施工结束.
总结：施工过程顺利,工艺参数控制基本到位,钻进水泥掺入量60%；班组间的交接换班到位,换夹时间缩短至18min；设备连续施工能力可靠.
应设计要求控制墙底进入相对不透水层1m,根据1-6#防渗墙的施工试验,墙体钻进速度突变位置一般在-26.5-27.5m范围内,施工过程中可通过钻进速度的变化来控制墙底高程.
综合以上6段搅拌墙施工,将理论计算参数与实际施工参数及施工过程总结如表3～表5所示.由表3可见,铣削搅拌墙施工下切过程中采用比较高的水灰比,帮助下切施工,提升过程采用比较低的水灰比以提高搅拌墙的水泥均匀性和强度.表3和表4可见,深度（15～30.38m）密实粉砂层是本工程施工难点和关键,通过提高该层下切过程中的水灰比和提高喷浆量,能够做到顺利施工.提升过程中的水灰比固定,提升速率按照需要喷出的水泥浆量做适当调整,能够很好保证搅拌墙墙身的水泥含量和水泥均匀性.
通过对施工参数的理论计算和现场施工实际参数的控制与对比,综合施工效率、施工中的可操作性及确保墙体质量等因素的考虑,今后铣削防渗墙施工参数控制可按总结结栏内的建议值进行.