水泥土搅拌桩截渗墙施工技术探讨

韩莲凤 赵守生

 【摘 要】针对东平湖围坝堤身垂直截渗处理所采用深层水泥搅拌桩截渗技术，现就其基本原理、工艺流程、截渗技术特点、设计要求指标、施工技术要求、质量控制和质量检测等予以介绍，并把自己在山东黄河东平湖围坝除险加固施工过程中的一些经验和处理措施提出来一起进行探讨。

  　　【关键词】截渗技术；堤身垂直截渗；多头小直径深层搅拌桩；应用   

　2006年东平湖滞洪区围坝除险加固工程东平项目共二个标段（77+300-88+400），位于山东省汶上县和东平县境内。东平湖属大（1）型水库，相应工程等级为Ⅰ等，围坝的级别为1级堤防。

东平湖围坝除险加固东平项目工程主要工程共分为七、八两个施工标段。具体内容：主要内容为11.1km水泥土搅拌桩截渗墙和高压喷射截渗墙施工，本工程堤身垂直截渗处理采用多头（3头直径350mm）小直径深层搅拌桩截渗墙技术。

　　1.多头小直径深层搅拌桩法  

　　多头小直径深层搅拌桩截渗技术是在总结深层搅拌法按钻头形状及数量（单头、双头）搅拌成桩的基础上发展起来的一项新的截渗技术，是近年来遇到百年一遇的特大洪水时运用于堤防的垂直截渗加固处理工程上已获得成功，且日趋成熟，具有工效高、造价低、投入省、截渗性能好，无环境污染的特点。  

　　2.截渗墙技术基本原理  

　深层搅拌桩截渗墙主要是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，把水泥浆（固化剂）喷入地层中，使土体与水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和土体之间产生的一系列理化反应，使相继搭接水泥土硬结成连续截渗墙体，形成具有整体性、水稳性、强度性及抗渗性的优质水泥土截渗墙体。  

　　水泥和土的固化机理有以下物理化学反应：  

　　（1）水泥的水解和水化反应。生成氢氧化钙、含水铝酸钙、含水铁酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水和空气中逐步硬化；  

　　（2）离子交换与团粒反应，钙离子与土中交换性钾离子发生交换作用，使粘土颗粒集成较大团粒；  

　　（3）硬凝和碳酸化反应，水泥水化物中游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳生成不溶于水的碳酸钙等项效应，能增加水泥土强度和足够的水稳定性。  

　　3.截渗技术的施工成墙工艺  

　　3.1 施工成墙工艺。 

　　桩机定位、调平→下钻搅拌至设计深度→提升搅拌至孔口→桩机纵移定位、调平，多次重复上述过程形成连续截渗墙体。  

①要按设计要求放样定位，孔位偏差±5cm、搅拌机沿导向架下沉，偏差率不大于0.3％。保证墙体的垂直度偏差不超过0.5％，桩径偏差不得大于4％，墙体嵌入相对不透水层的深度要达到设计要求。

②通过成墙试验确定浆液的配比、输浆量和与之相匹配的钻头下沉、提升速度等参数并报项目监理批准。水泥浆液要严格过滤，并在灰浆拌制机与集料斗之间设一道过滤网。水泥浆液要随配随用。为防止水泥浆发生离析，在灰浆拌制机中不断搅动，待压浆前才缓慢倒入集料斗中。

③供浆供水必须连续。一旦中断，要将旋喷管下沉至停供点以下0.5m，待恢复供要时再旋喷提升。当因故停机半小时时，要对泵体和输浆管路妥善清洗。

④当浆液到达出浆口后，要在桩底喷浆30秒，使浆液完全到达桩端。喷浆口提升到达设计桩顶时，要停止提升，搅拌30秒，以保证桩头均匀密实。

⑤记录搅拌机每米下沉和提升的时间。深度记录误差不得大于100mm，时间记录误差不得大于5秒。在搅拌压浆作业过程中，要及时准确填写施工记录。记录表格式要符合项目监理指示和有关规定。每根搅拌桩施工完毕，应向集料斗中注入清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆。并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

⑥水泥浆液搅拌时间不得小于3分钟，水泥浆液自制备到用完时间不宜超过2小时，每米用浆量必须满足设计要求。对具有孔洞和缝隙的土层，用浆量要以孔口微有翻浆为控制标准。

⑦现有桩机水平机架设有三个水准标点，三点调平后，可保证导向架垂直度偏差不超过0.3%。为保证墙体的垂直度，整个成墙过程均要有人随时查看水准点位置的变化，并随进调整。施工中发生的问题及处理情况均要在记录中注明。

3)桩间接头处理

对于要求搭接的桩孔，桩与桩的搭接间歇时间不要大于24h。如因特殊原因超过24h，要对最后一根桩先进行空钻留出榫头，以待下一批桩搭接；如间歇时间过长，与后续桩无法搭接，要在项目监理认可后，采取局部补桩或注浆措施。

（3）材料

1)水泥：水泥搅拌桩浆液应采用普通硅酸盐水泥拌制，水泥标号不低于425号，水泥应符合GB175-1999规定的质量标准，不能使用结块水泥，水泥生产厂家要经项目监理认可。

2)水：水泥搅拌桩浆液拌和用水水质应符合《混凝土拌和用水标准》JGJ-的规定，未经处理的工业废水不能使用。

3)外加剂：各种外加剂的质量应符合《水工混凝土外加剂技术规程》DL/T5100-1999的有关规定，其掺量应通过试验确定，选用前要报项目监理批准。

4)浆液配制：水泥掺入量要按配合比试验结果取用，并且掺入量不小于被加固土体重量的12％；对不同批号的水泥及各种不同配比的浆液取样，制作试件进行浆液和浆液固体及浆液与土料搅拌混合体的物理性能、力学性能试验，并将试验成果报送项目监理审批；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内容为：抗渗指标、抗压、抗折强度；施工所用水泥浆液水灰比应为项目监理批准的指标，水泥浆液存放的有效时间，要符合下列规定：当气温在10℃以下时，不宜超过5小时；当气温在10℃以上时，不宜超过3小时；当浆液存放时间超过有效时间时，应按废浆处理；浆液存放时应控制浆体温度在5℃～40℃范围内，如超出上述规定要弃除。

　　4.截渗技术特点  

　　（1）截渗墙体是利用水泥浆与原土充分拌和的水泥土，成墙质量可靠，墙体连续、整体性好、抗渗性能强；  

　　（2）施工时无振动，噪音小，不受环境的影响，无环境污染；  

　　（3）施工需要开集浆槽，设备操作及施工工艺均较简单，使用灵活，人力较少；  

　　（4）对加固处理土体存在架空、松散、渗漏或洞穴等也可施工，且在汛期也不影响施工；

（5）与其它垂直截渗技术比较，成墙工效高，造价低。通过对截渗墙整体性检测，墙体搭接良好。 

5.设计要求指标  

　　墙体厚度：≥20cm                   单轴抗压强度：＞1.5MPa   

渗透系数：k＜1×10-6cm/s            渗透破坏比降：＞40

高喷桩主要指标:

摆喷墙体厚度：≥20cm               旋喷墙体厚度：≥40cm    

单轴抗压强度：＞4MPa             渗透系数：k＜1×10-7cm/s

渗透比降：J＞60

　　6.施工技术要求  

　　6.1 施工场地：施工场地要平整，堤顶宽度不小于5m，场地内地下无连片或成堆的块石、树根、地下管线等，空中建筑物和高压线横跨施工场地时，其净空距地面不小于20m；  

　　6.2 按设计截渗墙轴线方向挖一条宽400~500mm、深200~500mm的集浆槽，避免浆液外溢，保证施工场地清洁，而且有利于放桩位控制的辅助线；  

　　6.3 固化剂：固化剂是提高被加固土体强度、抗渗性等的主要因素，一般采用水泥为固化剂，而水泥的标号、化学成分、掺入比等对水泥土的强度、抗渗影响极大，根据以住经验及试验表明：普通硅酸盐水泥的活性高，其早期和后期强度均较好，其加固效果优于其它水泥品种，因此，水泥最好选用标号不小于425号，品种为普通硅酸盐水泥或矿渣水泥； 

6.4 水灰比：可根据地质报告反映的土层性质、土中孔隙率、土层含水量以及设计要求水泥渗入比、抗压强度、抗渗系数等初步确定，然后再根据现场施工情况进行修正，一般水灰比可取0.8~2.0，则浆液比重为1.286~1.586；  

　　6.5 钻头直径：根据截渗墙体的深浅、单元内搭接长度、单元搭接长度、成墙有效厚度、成墙分序、垂直度等要求，选择好钻头直径，一般在300~500mm；  

　　6.6 喷浆量：泥浆泵是向主机钻杆输入有压的水泥浆，是利用可调泵速的三缸单作用活塞泵，分别单独向三根钻杆输送等量浆液，保证输浆均匀，且以不同的输浆速度与钻杆钻进或提升速度相配合；  

　　6.7 开工时，按照设计要求水泥掺入比，拟定水灰比、下钻及提升速度范围，要保证试桩截渗墙体搅拌较均匀，并且取芯做抗压、抗渗性能，在满足设计要求下方可施工。  

　　水泥掺入比是指水泥重量与被加固土体重量之比，则可计算掺入的水泥重量。 

　　试验表明：水泥土的强度、抗渗性，与水泥掺入比的增加而增大；  

　　6.8 在施工前必须使钻杆保持垂直情况下，使桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与联通器管中油液面重叠，就能保证在施工时截渗墙体垂直度偏差满足设计要求；一般要求垂直度偏差不大于0.3%，桩位偏差±5cm；  

　　6.9 在施工过程中，若电流骤升或桩机振动剧烈，说明钻头遇障碍物，应开挖清除或改变桩位绕过障碍物，不宜强行钻进。 

　　7.质量控制  

　　7.1 钻进质量控制  

　　（1）桩位控制：为确保搭接长度、墙体厚度及整体性，施工时放一条醒目平行设计截渗墙体轴线的辅助线，为保证桩位的准确度，根据桩孔距、搭接要求，制作桩位放样定位尺，可在辅助线上定出每序成墙孔号位置，使桩位偏差满足设计要求；  

　　（2）墙体垂直度控制：在施工前，用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面，因桩机底座平台上有三根标杆均固定联通器管，待管中注入油后，就在管中油液面处的标杆上做出醒目刻度标记，使油液面与刻度标记重叠，最后将联通器管口封闭，因此在施工时，只要保持桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠，所成的截渗墙体垂直度就能满足设计要求；  

　　（3）桩径控制：主要是控制钻头直径，一般选择钻头直径都稍微大于设计桩径要求，因此在施工过程中，要经常检查钻头尺寸是否达到设计要求时所选钻头最小尺寸，特别是在砂性土层中；若钻头磨损利害，尺寸不符合，则应更换合格的钻头。  

　　（4）桩长控制：根据设计要求的桩长，选定较为适宜的机型，以确保桩长及施工质量。  

　　7.2 浆液及灌浆质量控制  

　　（1）严格按照水灰比要求配制水泥浆液，对配制好的水泥浆液时检测，合格后才能使用；  

　　（2）搅拌好的水泥浆液，放置时间不得超过2小时，离析的水泥浆液，禁止使用；  

　　（3）在一、二级搅拌系统中，都应装上过滤筛网，可防止结块水泥、水泥浆块及杂物堵塞浆管，保证输浆系统畅通，尽量避免施工中因输浆系统发生障碍而出现断桩现象；  

　　（4）在施工中如发现溢浆严重或不溢浆现象，施工人员要向现场技术员及施工员汇报，适当调整水灰比或增、减注浆量，保证成墙质量。  

　　7.3 材料质量控制  

　　（1）水泥质量：施工所用的水泥，必须有出厂合格证及化验单，且按国家有关规范、规定进行检测，合格后方可使用。  

　　（2）施工现场水泥必须严格保管好，以免淋雨受潮，控制储备，加速周转，监督使用，降低消耗。  

　　7.4 特殊处理  

　　（1）施工过程中因事故停浆，应及时记录停浆单元成墙深度及时间；若在24小时内恢复施工，再次喷浆时应将桩机搅拌下钻到停浆面以下0.5m；若超过24小时，要考虑该桩和前一根桩进行搭接，则应对该桩进行喷水空钻留出榫头，待恢复施工时该桩水泥渗入量稍增加些； 

　　（2）施工过程中如遇意外故障，钻杆在地下无法提起时，可用抽水泵接入送浆系统中，用清水冲洗钻杆及管道，待恢复时须重钻此单元墙号，水泥浆注入量也稍增加些；  

　　（3）施工过程中，必须随时检查单元成墙施工原始记录及了解施工情况，因钻头直径磨损较大使搭接长度不够，故障处理不当使单元成墙不合格或发现单元墙体不连续等，可考虑在截渗墙体前、后进行补桩，此时，注浆压力加大，注量量增多。 

　8质量检测  

　　8.1 贯入或钎探检测。 

　　在单元成墙后7天内，可采用标准贯入或轻便钎探等动力触探方法，可以判断单元成墙的现场强度及搅拌的均匀性。  

　　8.2 开挖检测。 

　　在截渗墙体的强度达到一定值后，对截渗墙体进行开挖，深度可在3~5m，可检查墙体外观搭接质量、整体性、致密性以及采用吊垂检查墙体垂直度等；还可选择一般截渗墙体开挖，深为150cm，检测桩位偏差、搭接效果以及有无漏桩现象。  

　　8.3 截渗墙体取样检测  

　　从开挖外露的墙体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样，进行室内试验，直接测定截渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求，还可观察截渗墙体搅拌均匀程度。  

　　8.4 埋测压管检测  

　　在施工段截渗墙体内、外两侧可设置若干个测压管，在汛期可对截渗墙体效果进行整体性检测，其中有一处或几处测压管布置于无截渗墙体的堤段，经测压管水位观测，可以知道管中水位差大小，反映截渗墙体效果；若水位差别很大，表明截渗墙体效果非常明显。  

　　9.结语  

　　（1）多头小直径深层搅拌桩截渗技术是一门新的截渗技术，具有工效高、成本低、施工安全等特点，在汛期也不影响施工。  

　　（2）在施工过程中，遇到拦河砂性堤和一处堤身严重渗漏等险段，堤身均存在松散砂土及渗漏通道等情况，并发现湿陷严重，且不溢浆现象，经调整水灰比、加大注浆量等措施。 

　　（3）采用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术施工时，考虑掺入合适的外掺剂，即可节省水泥用量，降低工程造价，还可提高水泥土的强度。