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深层搅拌等厚水泥土防渗墙(ESMTW工法)施工方案
1 工程概况
东厢堤堤基地层主要为第四系冲积层，沉积物主要为砂、粘性土、淤泥等。针对该强透水层地基，设计采用深层搅拌等厚水泥土防渗墙(又名多轴深搅等厚薄墙防渗墙)处理。
深层搅拌等厚水泥土防渗墙桩号为0+000～2+900，其中0+400~0+600段防渗墙在潮州供水枢纽受水区工程中实施。其墙顶高程为9.0m～14.88m，墙底高程-15.0m～0.5m，深度最大29.88m，墙厚最小厚度20cm，深入下卧相对不透水层2.0m，工程量为63662.3m2。施工平面布置详见附图4-2。
2 深层搅拌等厚水泥土防渗墙施工方法
2.1 施工工艺
根据设计要求深层搅拌等厚水泥土防渗墙施工采用ESMTW工法，即在移动支撑机上的三支点垂直立柱导杆上装载着ESMTW挖掘搅拌装置，5根掘削搅拌轴将ESMTW回转动力传至下面的挖掘头，同时通过3孔送浆、2孔送气、5轴掘搅、三维作业、跟踪监控，在原有位置将基土和水泥混合搅拌成均匀的地下连续墙的施工技术。
（1）规格参数：用于挖掘防渗墙的ESMTW主机的规格参数见表1。

ESMTW主机规格参数 表1
名称
墙体有效厚度（cm）
墙体套接厚度（cm）
挖掘头直径（cm）
单幅成墙长度（cm）
每次移机距离（cm）
技术参数
20.5
38
38
128
128
（2）掘搅墙体：形状见下图。
等厚水泥土防渗墙挖掘形状

（3）掘搅顺序：根据工程特点采用顺槽式单孔全套复搅式标准形，见下图。
ESMTW施工完成

顺槽式单孔全套打复搅式标准形施工示意图

（4）工艺流程：包括清场备料、放样接高、安装调试、开沟铺板、设备就位、掘进搅拌、回转提升、成墙移机等。工艺流程见下图。

等厚水泥土防渗墙工艺流程图

2.2　施工准备
（1）熟悉情况和技术交底
先组织施工技术人员和骨干技工进行图纸会审，认真研究施工图纸资料、技术要求和业主方要求，吃透精神，制定相关的施工方案；组织工人学习防渗墙施工要求、施工规范，制定施工细则，使全体参加防渗墙施工的所有人员均做到心中有底。
（2）材料选取
①水泥
深层搅拌水泥土防渗墙的浆液采用普通硅酸盐水泥拌制，水泥的强度等级应不低于32.5MPa。水泥应新鲜无结块，过4900孔筛筛余量应不低于5%，水泥的其它要求应符合其它有关规定。受潮湿结块的水泥，禁止使用。
②水
浆液拌和用水的水质按JGJ63-89的规定执行。
③掺和料
为增大防渗墙墙体的柔性，浆液中可掺入适量的黏土或膨润土，黏土的黏粒含量应不小于50%，塑性指数应不小于35；膨润土黏粒含量不小于55%，塑性指数应不小于60，细度应为200目。黏土或膨润土的掺入量应通过现场试验确定。
④外加剂
各种外加剂的质量应符合DL/T5100-1999有关规定。
（3）浆液试验
①配合比试验
（a）在防渗墙正式施工前28天，根据施工图纸对防渗墙墙体的要求，完成浆液的配合比设计，并须将浆液的配合比试验计划报送监理人审批，并在试验结束后应立即将试验成果报送监理人审批。
（b）采集施工现场土样，进行室内试验取得最佳水灰比。
（c）浆液存放时间：当环境气温在100C以下时，不宜超过5小时；当环境气温在100C以上时，不宜超过3小时；浆液存放时间超过以上规定的有效时间，应作废浆处理。
（d）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。
②水泥土固结体的物理及力学性能试验
（a）进行水泥土混合体进行物理及力学性能试验，确定水泥掺入比和掺和料的掺合比，并将试验计划和试验结果报送监理人审批。
（b）进行水泥土混合体取样做单轴无限抗压试验，其强度须满足施工图纸的要求。
（c）进行水泥土混合体进行压（注）水试验，测定水泥土混合体的渗透系数和临界水力梯度，测定允许水力坡降值。
（4）设备选择
本合同工程范围内的深层搅拌等厚水泥土防渗墙墙体的设计最小厚度为200mm，选择适合的成墙机具和施工工艺，保证防渗墙的全部墙体最小厚度均大于200mm。
（5）现场布置
施工场地布置进行全面规划，开挖储留沟，选择弃土场地，做好余浆储存措施和环境保护措施。
① 立面布置
多轴掘搅水泥土防渗薄墙(ESMTW工法)造墙机立面布置见下图。

ESMTW工法造墙机施工立面图

②平面布置
多轴掘搅水泥土防渗薄墙(ESMTW工法)造墙机平面布置见下图。
ESMTW施工机械

ESMTW工法造墙机施工平面图

（6）工艺试验
防渗墙正式施工前28天，经监理人审批后在与基础防渗加固处理区地层相似的地方完成防渗墙的施工工艺试验，检验设计参数和施工工艺是否合理，并通过试验确定适合于本合同工程的水灰比。而且须在工艺试验结果通过监理人的审批后才能开始防渗墙的正式施工。
2.3　深层搅拌水泥土防渗墙施工
（1）钻头定位：由当班班长统一指挥钻机到指定位置，移机时要看清周围情况，发现问题及时处理，根据5轴掘削搅拌轴幅间中心距为128cm，在墙体中心线的一侧划定每幅间的套接的位置，偏差控制在3cm以内。
（2）垂直的精度：用三支点导杆立柱垂直来保证钻具的垂直度，导杆立柱的垂直度由垂直角度仪来调整。采用经纬仪作三支点桩架垂直度的初始零点校准，并用两侧垂直角度仪跟踪调整钻具的垂直度在1/500以内，保证成孔偏倾率不大于0.4%。
（3）挖掘深度：在导杆立柱上划分标尺来量测钻具钻进速度及最终掘进深度。控制挖掘深度为设计深度的±0.2m 。
（4）挖掘搅拌：开动ESMTW掘进搅拌主机，并徐徐下降钻头与基土接触，按规定要求送浆、供气。采用一次钻进一次提升的方法；开动ESMTW掘进搅拌机，并徐徐下降钻头与基土接触，开始慢速搅拌进尺。按规定要求送浆、供气。当钻进一定深度后改为快速掘进。在掘进过程中注浆，全程气体不得间断，其量大小视钻进速度的土质情况实施间控。随时检测搅拌轴的垂直度，以保证搅拌桩的偏倾率不大于0.4%。此间，保存好涌入储留沟中的水泥土混合物，以利回填和整备墙体之用；为保证能充分搅拌基土，用桩架导柱标尺和计时器联合控制钻进搅拌速度在0.5～1.0m/min；采用一次钻进一次提升的方法完成单幅造墙。此后慢速回转提升转杆，鉴于回转转杆时转矩过大，调整转速和提速以减缓耗用功率的突变。提升速度不应太快，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1.0～1.5m/min；在此进程中，将置存于储留沟中的水泥土混合物导回，以补充填墙料之不足。
（5）注浆：制浆桶制备的浆液放入到储浆桶，经送浆泵和管道送入移动车尾部的储浆桶，再由注浆泵经管路送至挖掘头。注浆量的大小由装在操作台的无级电机调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控；在掘进过程中按规定一次注浆完毕。若中途出现堵管、断浆等现象，应立即停泵，查找原因进行修理，待故障排除后再掘进搅拌。当因故停机超过半小时时，应对泵体和输浆管路妥善清洗。
（6）供气：由装在移动车空气压缩机制成的气体经管路压至钻头，其量大小由手动阀和气压表配给；一般控制压力为0.3～0.4Mpa左右，全程气体不得间断。
（7）成墙厚度：为保证成墙厚度，应根据挖掘头齿片磨损情况定期测量齿片的外径，当磨损达到2cm时必须对其进行修复。
（8）墙体均匀度：为确保墙体质量，应严格控制掘进过程中的注浆均匀性以及由气体升扬置换墙体混合物的沸腾状态。
（9）墙体搭接：每幅间墙体的连结是水泥土防渗墙施工最关键的一道工序，在施工时严格控制桩位并做出标识，保证每幅间为套接和墙体的整体连续性。
（10）水泥掺入比：水泥掺入比按设计要求为7～15％。
（11）水灰比：根据现场试验而定，一般控制在1.5左右。
（12）水泥检验：根据设计要求选用强度为32.5矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥应新鲜无结块，过4900孔筛筛余量不大于5﹪，水泥应按规范要求的批量进行检验，分批号堆放。水泥浆液应进行与地层土体搅拌成混合体的物理及力学性能试验。
（13）浆液配制：浆液不能发生离析，采用电子计数器控制水量及人工数包方式严格按预定配合比制作浆液，用比重计量测控制浆液的质量。放浆前必须搅拌30s再倒入存浆桶；浆液性能试验的内容为：比重、粘度、稳定性、初凝、终凝时间。凝固体的物理性能试验为：抗压、抗折强度。现场质检员对水泥浆液进行比重检验，监督浆液质量存放时间，水泥浆液随配随用，为防止水泥浆液离析，搅拌机和料斗中的水泥浆液不断搅动。施工水泥浆液严格过滤，在灰浆搅拌机与集料斗之间设置过滤网。浆液存放的有效时间符合下列规定：1、当气温在10º℃以下时，不宜超过5h。2、当气温在10℃以上时，不宜超过3h。3、浆液温度应控制在5º～40º℃以内，超出规定应予以废弃。浆液存放时间过超过以上规定的有效时间，作废浆处理。
（14）特殊情况处理
①地下构筑物：当遇较大石块或地下构筑物时，用人工、机械方法清除或采取灌浆方法对构筑物周边及上下地层进行封闭处理。
②墙体连接：当两幅间施工时间间隔过长时，由于前幅墙体水泥土硬化后致使后幅钻具不能钻进套接时，就会出现施工接头。沿原定的施工轴线或在施工轴线的任意一侧或在施工轴线上，两有效墙体（不到设计深度的墙体不作有效墙体）边缘碰接连续成墙，中间碰接处用钻孔灌注水泥砂浆连接或采用其他方法进行连接。
（15）施工记录与要求：及时填写现场施工记录，每掘进1幅位记录一次在该时段的浆液比重、下钻时间、提升时间、供浆量、供气压力、垂直度及桩位偏差。
（16）发生泥量的管理：当提升钻具离基面4～5m时，将置存于储留沟中的水泥土混合物导回，以补充填墙料之不足。若仍有多余混合物时，待混合物干硬后外运至指定地点堆放。
2.4　施工设备及劳动安排
（1）计划安排
等厚水泥土防渗墙工程量为63662.3m2。根据总进度计划和动态资源分析，东厢堤L0+000～1+200段防渗墙工程量22500m2安排在2004年2月1日至25日施工工期25天，拟投入3台套ESMTW机；L1+200～2+900段防渗墙工程量为45000m2安排在2004年9月15日至12月10日，月高峰工期89天，强度16000m2，拟投入同样3台ESMTW机施工。
（2）投入施工设备
投入ESMTW工法造墙机3台套，每台机的主要设备见表2。
施工主要设备 表2
类别
设备名称
规格型号
单位
数量
配套功率（KW）
用 途
主机
MSMTW机驱动装置
5轴电动
套
1
5×24
为挖掘提供动力源
掘削搅拌轴

根
5

传递动力
挖掘头
φ380mm
件
5

挖掘基土之用
保持架

件
2

保持钻杆稳定
止摆套

件
1

限制螺旋叶片位移及垂直导向
支撑机
履带式移动车

台
1
118
装载主机
辅助设备
螺旋式水泥输送机
φ200mm
台
1
3

制、供浆
制浆机桶
φ1300mm
台
1
3
储浆桶
φ1300mm
台
2
2×3
注浆泵
HBW140/3
台
3
3×7.5
送浆泵
φ65mm
台
1
11.0
水箱
1.5m3
台
1

送水泵
φ80mm
台
1
7.5
空气压缩机
3m3/min
台
1
22
辅助挖掘、升扬置换灰土混合物
其它
电源
250KW
台
1

驱动装置、制浆、供气系统、照明、维修动力
高压清洗机
1/2英寸喷嘴
台
1
2.2
清洗钻杆
对ESMTW造墙施工进行检测的设备和配置见表3。
主要检测设备和配置 表3
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
用途
应遵循标准
1
导杆立柱倾斜仪
Angelstar电子式角度仪
只
2
指示导杆立柱垂直度
相关技术标准
2
流速和累计流量计
电磁式IFS-4001
只
3
测量供浆量
相关技术标准
3
经纬仪
DJ2
台
1
校核导杆立柱垂直度
相关技术标准
4
水准仪

台
1
水准测量
相关技术标准
5
钢卷尺

把
2
测距
相关技术标准
6
比重计

支
若干
测量浆液比重
相关技术标准
（3）劳动组合
本施工工艺每台班共需人员12人。人员组合及工作岗位见表4
劳动组合 表4
工种
岗位内容
人数
技术要求
领班
全面负责施工质量、安全、进度、贯彻岗位责任制，协调各岗位有序施工
1
持有上岗证书
施工员
负责工程技术、现场记录、资料整理
1
持有助工以上证书
主操作员
按规程操作主机，视工况调节好供浆量和气量，对运行中的非常情况能作出应急处置
1
持有上岗证书
制浆员
按规程操作制浆机，根据要求配制好浆液
2
持有上岗证书
机电
维护员
负责机械发电、供电、机器和电气系统的维护和保养
2
持有上岗证书
普工
负责开挖储留沟、回浆储存、回注混合物和修复场地
5
经岗位培训
合计
12

2.5　质量检查和验收
应会同监理人按有关规程或规范和招标文件有关规定，进行以下内容的质量检验和验收。
（1）等厚水泥土防渗墙施工前，应进行以下项目质量检查和验收：
①桩位现场放样成果；
②材料试验成果；
③浆液配合比试验成果；
④主要材料检验结果。
（2）等厚水泥土防渗墙施工过程中应进行以下项目质量检查和验收：
①挖掘搅拌深度；
②挖掘搅拌的工艺检验；
③成孔垂直度（偏斜率）；
④浆液水灰比检验成果；
⑤墙体水泥掺入比；
⑥墙体其它掺和料的掺入比。
（3）等厚水泥土防渗墙施工结束后，应按施工图纸规定及监理人的指示要求进行以下项目的质量检查和验收：
①等厚水泥土防渗墙的平面位置、墙顶和墙底高程；
②等厚水泥土防渗墙的墙体垂直度、连续性、均匀性和搭接情况；
③水泥土固结体的强度、渗透系数、渗透破坏坡降检测；
④施工完成90天后，由监理人根据现场实际情况随机选取钻孔抽芯的位置，沿堤线每隔300m左右布置一个抽芯孔，不足300m也须布置一个抽芯孔；每孔抽出的芯样应分别从上、中、下部位截取不少于3组（每组3个点）芯样送试验室做抗压强度、渗透系数、测定渗透破坏坡降等试验，试验所得的允许水力坡降[J]应不小于50，墙体的90天龄期无侧限抗压强度应大于0.5MPa，达不到前述指标的部位视为不合格。墙体钻孔抽芯孔须用浓水泥砂浆回填封孔。
⑤由监理人根据现场实际情况，每隔1000m左右随机选取一个试验点进行开挖检查和围封抽水试验；开挖检查沿防渗墙轴线方向的长度不小于2m，开挖的高度不小于3～4m，检查防渗墙的搭接和成墙状况；围封抽水试验的围井应布置在防渗墙的下游侧，试验所得的防渗墙渗透系数不得大于A×10-6cm/s（其中1＜A＜10）。
2.6　质量保证措施
详见《工程质量保证体系及质量保证措施》8.9多轴深搅等厚薄墙防渗墙施工质量控制措施。
2.7 安全生产措施
详见《施工期安全生产保证体系及保证措施》
2.8　文明施工及环保措施
详见《施工期文明施工管理及环境保护措施》