摘要：文章通过对洞庭湖区重点垸堤防加固一期工程安造垸TRD水泥土防渗墙开展工艺性试验及应用研究，获得合理的施工技术参数，实施效果经检测满足设计要求，并对该工法的施工经验及建议做了初步的分析总结，可供类似工程借鉴。
关键词：TRD水泥土防渗墙；工艺试验；施工技术参数；经验及建议
湖南省洞庭湖区重点垸堤防加固一期工程对安造坑等6个重点垸进行治理，安造坑位于常德市安乡县境内，为洞庭湖区11个重点垸之一，该坑东临虎渡河，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。安造垸一线防洪大堤总堤长81.48 km,堤防级别为二级，地势北高南低，地面高程一般为(29~36m）。安造垸实施TRD水泥土防渗墙的堤防总长13.90km,总工程量约25万m²。
TRD工法，又称等厚度水泥土地下连续搅拌墙工法，其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直打入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定强度等厚度的止水墙（见图1）。TRD工法主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面，主要建造工序有“三步法”和“一步法”。
TRD水泥土防渗墙设计要求为：防渗墙轴线布置在堤顶控制线外侧2m的堤顶上，深度为深入相对不透水层2m。固化剂使用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，无侧限抗压强度R28≥0.5MPa,渗透系数K≤ix10-6cm/s(1<i<10),允许渗透比降j>50，墙厚度为550 mm,墙位偏差为50 mm,墙体垂直度≤1/250。为验证TRD水泥土防渗墙施工工序“一步法”“三步法”在安造垸地质条件下的可实施性，需开展工艺性试验加以验证，同时取得支持后续大规模施工的各施工工序的切割速度、水灰比、外加剂等施工参数最经济可行的成果。
安造垸TRD水泥土防渗墙共进行两次工艺试验。试验方案按照配合比及水灰比试验、制定试验方案、TRD水泥土防渗墙施工、现场开挖检测、钻孔取样、资料整理及分析几个步骤开展。
3.1试验段1试验过程
试验地点选取安造垸56+750外堤段，分4段进行TRD水泥土防渗墙“一步法”“三步法”工艺性试验，试验前开展了先导孔施工。
3.1.1地质情况
56+750外堤段现状堤顶高程为39.3m,堤顶宽10m左右。从堤顶自上而下地层：上部为堤身素填土，厚约6.6m;其下为粉质黏土，厚约6.5m;其下为粉细砂层，厚约8.3m,为主要渗漏层；下部为深厚黏土层，可作为相对不透水层。试验做堤基防渗，采用TRD水泥土防渗墙，墙厚550mm,水泥掺量20%,墙深23.4m。
3.1.2试验设备
采用铁建重工LSJ60型链刀式连续墙设备进行施工，设备基本参数见表1。
3.1.3施工过程
1）“一步法”施工。往前切割边喷浆一次。现场施工参数：成墙搅拌切割推进速度控制在1.6 m/h、1.8m/h,水泥掺量为20%,水灰比为1.8:1、1.6:1,墙体宽度为550 mm,不掺外加剂。
2）“三步法”施工。往前切割一次、回撤一次、再往前切割及喷浆一次。现场施工参数：先行切割推进速度控制在1m/h,回撤切割推进速度控制在5m/h,成墙搅拌切割推进速度控制在1.8m/h、2m/h,水泥掺量为20%,水灰比为1.8:1、1.6:1,墙体宽度为550 mm,不掺外加剂。
3.1.4试验数据分析
1）开挖检测。成桩后28 d,每段进行浅部开挖检查，挖深(2.5~4m,墙体厚度、均匀性、完整性、连续性均良好，通过检测墙厚≥500 mm,符合设计要求。
2）钻孔取芯检测。成桩28d后，钻孔注水检测防渗墙渗透系数4孔，共进行16段注水试验。钻孔取芯检测16孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取48个具有代表性的芯样进行抗压强度试验，得出4组试验参数见表2。
3）试验结论。根据试验数据得知，“一步法”“三步法”渗透系数均能满足设计要求，但28d抗压强度均不能满足设计要求，本次试验未能成功。
3.2试验失败原因分析及下一步计划
3.2.1原因分析
根据对试验段1的试验方式、过程及结果进行分析，对于三步法中的第一步，为了使原土层更松散更易切割，往往在切割液中掺水，这会导致原有土体中的含水量接近饱和状态，第三步施工时通过压降泵注入的固化液(水泥浆液)不易被土体吸收，出现比较多的返浆现象，这是导致TRD水泥土防渗墙实体强度偏小的重要原因之一。同时，黏性颗粒不易搅破碎，在含水量过高情况下，会加剧浆液与原土搅拌不均匀的情况；TRD大型机械长期扰动土体，使得水泥浆液里面存在大量气孔，这也是影响实体强度的一个重要原因。
3.2.2下一步计划
1）研究在同样的水泥掺量条件下，如何最大限度地降低水泥浆液含水率、增加浆液的流动性、降低土体的摩擦力；切割液配合比、注入量等仍需做进一步工作，根据不同地质情况，通过添加一些特殊的外加剂(如早强剂),使得固化液水灰比尽可能减小一些的同时又不影响混合浆液的流动性。同时也要考虑在保证施工质量、安全的前提下，适当加快切割速度，从而达到节约工期、降低施工成本的目的。
2）根据安造垸一线大堤总体地质勘探分析，透水层主要为结构松散、透水性强的粉细砂层，无卵石、漂石层，且墙深均在25m以下。从施工进度及成本节约方面考虑，计划在试验段2全部采用“一步法”施工，成墙搅拌切割推进速度为2m/h,在能正常切割推进的情况下，尽量使用水灰比较小的浆液，控制现场置换量，确保成墙的抗压强度、抗渗性能与墙体的均质性；同时进行外加剂掺入与否的对照。
3.3试验段2试验过程
试验地点选取安造坑60+100-59+920堤段，分5段进行TRD水泥土防渗墙”一步法”工艺性试验，试验前开展了先导孔施工。
3.3.1地质情况
60+100-59+920段现状堤顶高程为38.93m,堤顶宽8m左右。从堤顶自上而下地层为：上部为堤身素填土，厚约5m;其下为粉质黏土，厚约6.3m;其下为粉细砂层，厚约8.5m,为主要透水层；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TRD水泥土防渗墙，墙厚550 mm,水泥掺量为20%,墙深21.8m。
3.3.2试验设备
同试验段1设备。
3.3.3施工过程
均采用“一步法”施工，往前切割同时喷浆一次。现场施工参数：成墙搅拌切割推进速度控制在2m/h,水泥掺量为20%,墙体宽550 mm,水灰比为1.2:1、1.6:1,早强剂1%、2%及不掺。
3.3.4试验数据分析
1）开挖检测：成桩(10~17d后，每段进行浅部开挖检查，挖深(2.5~3)m,墙体厚度、均匀性、完整性、连续性均良好，通过检测墙厚≥500 mm,符合设计要求。墙体现场开挖见图2。
2）钻孔取芯检测：成桩(10~17)d后，钻孔注水检测防渗墙渗透系数5孔，共进行15段注水试验，钻孔取芯检测15孔防渗墙，按钻孔深度在上、中、下部选取具有代表性的芯样共45个进行抗压强度试验，得出5组试验参数见表3,芯样照片见图3。
3.3.5试验结论
D根据试验结果得知，有三组试验抗压强度、渗透系数均满足设计要求，分别为“水灰比1.2:1、掺2%早强剂、成墙时间12d”“水灰比1.2:1、掺1%早强剂、成墙时间15 d”“水灰比1.2:1、不掺早强剂、成墙时间17 d”;同时根据对钻孔提取的上、中、下部芯样观察，整体地层已实现充分搅拌，芯样整体基本保持一致，没有明显不均匀部位，下部的抗压强度及渗透系数因温度原因虽然比上、中部会略差，但随着强度的增加渗透系数会继续变小；通过本次试验，证明TRD水泥土防渗墙已能在安造垸地质条件下成功应用。
2)成墙时间17d即可达到设计抗压强度及渗透系数要求，能满足28d实体检测指标，且掺早强剂的主要作用是提高早期的强度，对后期强度无显著影响；综合考虑材料成木、施工质量等因素，试验推荐采用一步法的施工工艺，施工参数：水灰比1.2:1、成墙搅拌切割推进速度2m/h、水泥掺量20%、不掺早强剂。
日前安造垸TRD水泥上防渗墙已实施14.04 km(防渗墙深度16m~23.5m,完成240000m³,单元工程数718个，验收合格单元718个，合格率100%;评定优良单元715个，优良率99.58%。TRD实体规模化生产的整体效果良好，参建各方及检测单位对安造垸TRD水泥土防渗墙实施效果均予以认可。2024年汛期安造垸经历了高洪水位的考验，已施工段的历史险情已基本消除，进一步验证了工艺性试验结果的可靠性。
5.1合理选择工艺试验方式
本次在安造垸进行了2次试验，试验场地地质情况基本相同，在选择施工工艺上按照相关规程规范要求，对“一步法”“三步法”均进行了试验。未根据安造垸实际情况，如防渗墙深度、透水层的类型等，选择最合适自身的方式，同时也未全面考虑成本与质量的关系，对主要施工参数的选择过多地关注经济效益，导致第一次试验失败。在后续的其他工艺试验中，应根据实际情况，因地制宜，以确保质量为前提，尽可能找到最经济适用的施工参数。
5.2质量控制的要点及重点
通过本次试验，发现现场施工质量控制的要点及重点主要分为三个方面：一是需严格控制水灰比及成墙搅拌切割推进速度，每幅墙施工均应使用相对密度计进行浆液比重测试检查并登记在册；二是因下刀箱位置会注入大量的切割液(水),虽然通过注入固化液(水泥浆液)将土体内的水排出，但无法严格控制注入量，会导致水灰比不受控，须在下刀箱位置及时进行取样，通过试块检验该位置的指标是否满足设计要求；三是加强信息化监管，通过机械本身配备的自动施工精度监测与纠偏系统，实时观测防渗墙的深度、推进速度、喷浆量、垂直度等关键参数。但由于并未出台相关的规范及行业标准，各厂家均自行设计及配备软硬件，且存在不同程度改造情况，导致暂无法实现标准化的信息化质量监管。
5.3安全文明施工的主要注意事项
因TRD设备宽度较大，在部分较窄堤段需临时加培施工平台，施工过程中必须保障平台坚实牢固，满足规定的承载安全系数，防止设备倾斜。主机临时停放时，需每隔(2~4)h启动一次，低速运转(10~30)min;遇机修需长时间停放时，需将切割箱全部拔出，防止墙体形成一定强度后，导致刀箱难以转动，其至刀箱掉落。泥浆池、施工导槽四周必须设置围栏，防护高度不低于Im,防止现场作业人员滑入。TRD水泥土防渗墙置换出来的水泥浆弃渣较多，施工时需及时清理废浆、废渣，统一堆放在施工现场附近晾干，并及时覆盖；堆放现场旁应有沟槽、沉浆池等临时措施，防止泥浆外流；晾晒完毕后，需运输至指定弃渣场，或进行社会消纳。
TRD水泥土防渗墙墙体整体无开叉、分缝、断墙、沉渣、离析等质量缺陷，连续完整性好，与传统的防渗墙相比具有更可靠的止水性，尤其适用透水层为粉细砂层、粒径小于10cm的卵石层。且TRD工法具备工期快、噪声低、振动小、可紧邻建筑施工、施工深度长、施工简便、品质容易保证、成本较低等优点，适合在类似地质条件的堤防堤身堤基防渗工程中推广应用。
资料来源：《湖南水利水电》
作者：周炼
编辑整理：项敏
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