多头小直径深层水泥搅拌桩在高云水库除险加固中的应用

柳湘平，孙福威，冷淑芬

(林口县水利勘测设计队，黑龙江林口157600)

1 工程概况

高云水库位于黑龙江省林口县龙爪镇境内，该水库始建于“文革”期间，由于当时施工条件很差，主要靠农民工用牛马车、手推车、人挑等修建起来的，没有专业施工队伍，更没有具备资质单位的正规勘测设计，工程质量很差，再经过多年运行，工程管理工作又跟不上去，使水库存在多处工程安全问题，其中大坝渗漏问题就比较严重，为处理渗漏，本次除险加固采用多头小直径深层水泥搅拌桩防渗墙方案进行防渗处理，该坝基础属于砾石结构，坝身为黏土心墙坝。

2 多头小直径深层水泥搅拌桩的技术特点

2.1 技术原理

多头小直径深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的多头小直径深层水泥搅拌桩机械，在地基中就地将原位土和固化剂(浆液或粉体)强制拌合，单体形成圆柱体，若连续施工，则形成连续的墙体。由于固化剂和其他的掺合料与地基土之间产生物理、化学反应，使地基土形成具有整体性，水稳定性和一定强度的水泥柱体或墙体，以达到提高堤身、地基的渗透稳定性和抗滑稳定性。

2.2 性能指标与技术特点

工法先进，采用3头小直径、大深度、带气带浆深层搅拌施工工艺。重心低，稳定性好，掘削精度高，施工功效高。

墙体密实，厚度均匀，壁面平整，延续性好，渗透系数< 10～6 cm/s，墙体强度高，抗压强度>300 Mpa。

墙体薄且深度大，墙体厚度在0.2～0.4 m，深度在20 m以内选用。

环境影响小，①不影响原有的地基应力;②噪音低，振动小;③由于不用泥浆护壁，减少了对环境的污染，有利于文明施工。

由于造墙材料是水泥和水，取材方便，并且利用了原状土，节省材料，成墙的造价相对较低，目前一般为100～120元/m2。与一般搅拌桩防渗墙、混凝土防渗墙、高喷灌浆防渗墙相比，各有优缺点，见表1。

多头小直径深层水泥搅拌桩防渗墙耐久性与高喷灌浆防渗墙、混凝土防渗墙相当;造价是高喷灌浆防渗墙的20%，是一般混凝土防渗墙的30%～50%，对黏土、砂土、粉土、粉质黏土、墙身20 m病险堤坝防渗都可以满足。

表1 三种防渗墙优缺点的比较

3 设备选型及施工前期准备

3.1 主要施工设备及其技术参数

根据设计要求，本工程选用SP－5A型大扭深层搅拌桩机及其配套设备进行施工，该机具有移动灵活、成桩质量高、施工速度快、噪音低等优点，适宜本工程施工。

主要施工设备:①桩机型号:SP－5A型大扭矩深层搅拌机;②搅拌头转速:60 r/min;③最大施工深度:20 m;④额定扭矩:8 500 N.m;⑤发电机组150 kW。

3.2 施工前期准备

1)清除地表下各种障碍物，将施工场地填垫平整。

2)保证进场临时道路畅通，施工用电采用发电机，施工用水库内提取。

3)组织材料进场，进场水泥必须具备出厂合格证，并经现场取样送试验室复检合格，存放场地要充分满足施工需要，现场布局合理。

4)根据桩位平面图及主要轴线，用经纬仪定向，钢尺量距，确定桩位。

5)测量现场地面标高，确定桩顶标高。

4 施工方法过程及注意问题

4.1 施工方法过程

1)桩机就位:确定钻杆长度，钻头直径采用35 cm，连接好输浆管路，将桩机移到指定位置对好桩位，由现场质检人员检查确认无误后开始开机作业。

2)启动搅拌装置，确定合适泥浆泵压力，一般0.2－0.5 MPa，水泥掺入量12%～16%。

3)喷搅下沉:开启深层搅拌机主电机，桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0～1.2 m/min，下沉过程中，工作电流不大于额定值，遇较硬地层不能下沉时，适当调整水泥浆量，随时观察设备运行及地层变化情况，钻头下沉至设计深度。

4)搅拌提升:深层搅拌机下沉到达设计深度，在桩端搅拌喷浆30 s后匀速搅拌提升。提升过程中始终保持送浆连续，中间不得间断。如有间断应进行处理。同时在输浆管冲水下沉的部位应略停加强搅拌喷浆。

5)重复搅拌下沉:重复前次作业。每根桩均要进行复搅复喷。

6)移位:桩机移至下一桩位，重复进行上述步骤的施工。

4.2 应注意的问题

1)施工现场事先予以平整，不得回填杂填土或生活垃圾。施工前检验机具性能和施工工艺各项技术参数，并进行实际标定，有关技术参数及时提供现场监理工程师，以作为控制搅拌桩质量的依据。

2)根据设计要求进行工艺性试验，确定出各项施工参数，施工过程中严格按设计及工艺要求进行。当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数或增加水泥掺量。

3)搅拌头翼片的枚数、宽度、与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度相互匹配，确保加固深度范围内土体的搅拌次数满足规范要求。

4)施工中始终保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的垂直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1%，桩位的偏差不大于50 mm，成桩直径及桩长满足设计要求。

5)制备好的浆液不得离析，不得停放时间过长，灰浆泵输浆量，泵送必须连续。灰浆经输浆管到达喷浆口时间以及钻头起吊提升速度按试验标定参数进行。

6)前台操作与后台供浆应密切配合，前台搅拌机喷浆提升的次数和速度与试验桩已标定的施工工艺参数相吻合。

7)后台供浆停机时，及时通知前台以防止断桩和缺浆。使搅拌桩机下沉至停浆点以下0.5 m，待恢复供浆时再喷浆提升。停机后3 h，将输浆管拆下，妥为清洗。喷浆搅拌提升的速度和搅拌次数符合设计及施工工艺要求，喷浆量及提升速度等由流量计控制并有专人记录。

8)当搅拌桩桩顶接近设计标高时，应特别注意桩头的施工质量，桩顶0.5 m范围内增加喷浆搅拌一次。同时搅拌自地面以下1 m喷浆搅拌提升出地面时，宜应慢速，当喷浆口至桩顶标高时，宜停止提升，搅拌10～20 s，以保证桩头密实均匀。

9)当输浆管有弯折、外压或漏浆情况时要及时检查、理顺管道，清除外压，发现漏浆点应进行补漏，严重时停机换管，当输浆管道过长，沿程压力损失增大时可使制浆池布置靠近桩位，以缩短送浆管道。当场地条件不具备时，可适当调整泵送压力。

5 适用条件

多头小直径深层水泥搅拌桩是以水泥土为防渗材料的防渗墙，其施工工法决定了它的适用条件及范围，其适用土层范围较广，黏土、砂土、粉土、粉质黏土、小粒径的砂砾土、淤泥均适用，且施工期不影响水库的蓄水。

对多弯道、小半径的堤坝，以及含砾<10 cm的复杂土层有较好的适应性，且不受场地空间和毗邻建筑物的影响。

6 墙体施工工艺及质量控制

为保证构成连续完整的防渗墙，在施工过程中，搅拌桩机应保持桩体倾斜误差<0.5%，桩位误差<3 cm。桩间搭接长度≥100 mm，单元搭接长度≥100 mm。

一般情况水泥渗入量≥100 kg/m2，水灰比为1∶1～1.4∶1，水泥为425#普通硅酸盐水泥。在具体工程施工时水泥渗入量和水灰比要由施工单位根据堤坝土层性质、孔隙率、含水量等实验确定。

为保证防渗墙的施工质量，需要控制搅拌的下沉和提升速度≤0.5 m/min。施工时间间隔不能超过12 h，否则应补桩，保证防渗墙的连续性。

在成桩喷浆阶段不允许喷浆现象，如果在上提喷浆时断浆，应将搅拌头下沉到断浆位置0.5 m，待恢复供浆后继续成桩;如果在下沉喷浆时断浆，应将搅拌头上提到断浆位置1.0 m，待恢复供浆后继续成桩;搅拌机叶片尺寸必须随时检查，叶片直径磨损量不大于叶轮直径的2%。

高云水库除险加固时，对水库大坝防渗处理，采用了多头小直径深层水泥搅拌桩防渗墙，最小成墙厚度0.20 m，深度至基础强风化0.5 m，墙体最大深度17.0 m。墙体要求渗透系数在10～6 cm/s，抗压强度>1.0 MPa。工程于2009年竣工完成。