深层搅拌法在凉马水库除险加固工程中的应用

董怀叶

（礼泉县水利局 陕西 礼泉 713200）

在水利工程建设中，随着施工条件及地质状况发生变化，采用新的设计思路引发新的施工方法在水利工程建设中越来越多。在礼泉县凉马水库除险加固工程中，引用深层搅拌技术对坝体软弱夹层进行基础处理，达到了与设计要求一致的效果，其技术的成功应用为水利工程建设引进新技术施工提供了新思路。

1 礼泉县凉马水库除险加固工程概况

凉马水库位于礼泉县建陵镇凉东村沟道中，工程修建于上世纪70年代初期，总库容106.8万m3，有效库容 81.9万m3，是一座以防洪保安为主,兼有抗旱灌溉和农村供水等综合效益的小（一）型水库。由于水库设计先天不足，建设技术手段滞后，加之近半个世纪的长期运行，工程年久失修，质量隐患突出，被鉴定为三类病险水库，列入国家重点小型病险水库除险加固投资计划。2009年该工程开工建设，先后对大坝除险加固、溢洪道处理整修、新建放空泄洪洞、进坝道路拓宽硬化、观测管理设施和环境工程进行改造。经过加固改造后，水库防洪标准由过去的20年一遇提高到现在的百年一遇，为下游的昭陵、赵镇2个乡镇、8个行政村、5所中小学共6700多人生存安全打造了一道牢靠的防御屏障，并有效地缓解了区域用水供需紧张的突出矛盾。

2 引用深层搅拌法进行基础处理施工工艺

礼泉县凉马水库除险加固工程中坝体基础处理原设计采用垂直铺塑的方法进行基础处理，但在实际施工过程中由于铺塑地质条件较差，地质勘探探明深度加大，由原设计的6m需铺塑到12m，且该基础处土质为粉砂或粉质粘土，部分地质情况不明，如采用铺塑技术施工，由于基层过软，容易在槽未形成前就塌方，因此，引用深层搅拌法代替垂直铺塑成为解决该问题的关键。

深层搅拌法技术是利用水泥土的容重虽然与天然土容重相近，但是其比重比天然土的比重大的物理性质，以及水泥土无侧限抗压强度一般为0.5MPa～3MPa比天然土大几十倍至百倍的原理，将水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就在将软弱易渗漏土层和水泥浆液强制搅拌后，使水泥和软土发生一系列物理-化学反应，形成连续的防渗桩柱凝固成墙，达到该基础处理的设计要求。其原理是将软土与水泥浆液（1:1）用机械搅拌，使软土中的含水率降低，增加颗粒之间的粘结力，以此增强水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固中，由于水泥的掺量较小，一般占被加固土重的10%～15%，水泥的水化反应是在具有一定活性的介质土的围绕下进行，硬化速度较慢且稳定。由于引用到大坝防渗基层处理，采用425#水泥的普通硅酸盐水泥湿法施工，水泥土壁设计厚度为20cm，搅拌深度同原设计深度，上部与PE塑料膜相接，该挡墙具有较高的抗渗性能，防渗能力为 1.0×10-6～1.0×10-8，形成了良好的防水帷幕，达到了原工程设计要求。

3 深层搅拌技术施工的程序

（1）定位。利用起重机或开动绞车移动深层搅拌机到达指定桩位对中。为保证桩位准确，必须使用定位卡将其定位，桩位对中误差不大于5cm，导向架和搅拌轴应与地面垂直，垂直度的偏度不应超过1.5%。

（2）预搅下沉。将深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。下沉速度可由电机的电流监测表控制，工作电流不应大于70A，如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。

（3）制备水泥浆。采用425#普通的硅酸盐水泥，配制时水灰比为0.45～0.5,搅拌制浆时不宜少于3min。为改善水泥和易性，提高水泥土的强度和耐久性，可掺入适量的石膏做外加剂，一般为水泥质量的1%～2%。三乙醇胺是一种早强剂，可增加搅拌桩的早期强度，木质素磺酸钙主要起到减水作用，能增加水泥浆的稠度，有利于泵送，一般掺入量为水泥量的0.2%，制备好的水泥浆不得停置时间过长，超过2h应降低标号使用，浆液在搅拌机中不断搅拌，直到送浆前。

（4）提升喷浆搅拌。深层搅拌机提升到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，并且边喷浆，边旋转，按照设计确定提升速度提升搅拌机。喷浆压力控制在1.0MPa～1.4MPa，喷浆量控制在30L/min，深度误差不得大于5.0cm。

（5）重复上、下搅拌。深层搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边放置边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升至地面。

（6）清洗和位移。向集料斗中注入适量的清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头的软土清洗干净，位移，进行下一个桩位的施工。

4 深层搅拌施工中质量控制

（1）制备水泥浆时做好软土层的预搅,将软土层完全预搅切碎,以利于同水泥浆均匀搅拌。同时，水泥浆要严格按照设计的配合比配置，预先筛除水泥中的结块，可在灰浆拌制机中不断搅拌，防止水泥浆离析，待压浆前再将水泥浆倒入集料斗中。

（2）压浆过程中质量控制。在压浆过程中不允许发生断浆现象，输浆管道不能发生堵塞，严格按照设计确定的数据，控制喷浆和搅拌提升速度，误差不得大于10cm/min。注意起重机的平整度和导向架对地面的垂直度，保证搅拌桩基本垂直于地面，控制好重复搅拌时的下沉和提升速度，保证加固范围内每一深度均得到充分搅拌，同时确保壁状加固体的连续性。如在设计要求相邻柱体搭接一定长度时，原则上每一施工段宜连续施工，相邻柱体施工期间不得超过24h。

（3）施工过程中质量的检验。对施工过程中详尽、完善，如实记录并对原始资料进行汇总分析，尤其在施工中应专人详细记录搅拌机下沉或提升每米的时间、供浆或停浆的时间，记录深度误差不大于5cm，时间误差不得大于5s，在施工中发生的问题及处理情况均应加以记录并说明。做好开挖时的检验，选取五组桩体进行开挖，检查加固柱体的外观质量、搭接质量、整体性等，如有质量事故，可及时进行补救。对开挖外露柱体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样制成试件，每组取3个试块，与室内制作的试块进行强度对比和渗透性试验。同时，也可采用标准贯入或轻便钎探等动力触探方法检查桩体的均匀性和现场强度，当搅拌桩达到28d龄期后，采用动测方法随机抽查10%的桩数进行动测检查，以确定是否出现断裂，蜂窝状结构及夹泥等搅拌不均匀等缺陷。定期对采用深度搅拌加固的基础工程，进行沉降、侧向位移等进行观测，确保工程投入使用正常效益的发挥。

5 结论

（1）深度搅拌技术可采用不同的加固形式，如柱式或壁状式，不同的桩长和置换率，可以采用原软土，做到施工中无弃土，满足不同土质条件和不同荷载要求的加固。在泔河水库基础处理中，深度搅拌技术加固效果好，方式灵活，适用面广。

（2）深度搅拌技术达到了设计要求。通过对泔河水库基础深层搅拌处理工程的质量检查,强度为1.5MPa～3MPa，实测渗透系数为5.1×10-7。垂直铺塑法在施工中搭接方法不妥，或施工中材料撕破未发现，加之施工中边铺塑边回填，如发现质量事故，补救工作也不好开展。与垂直铺塑法相比，深度搅拌则仅需控制好材料水泥与水配比即可，可见深度搅拌的质量要高于垂直铺塑。

（3）深度搅拌工效明显。施工速度快。在泔河水库坝体加固施工现场，通过施工采样，建造搅拌桩截渗墙的工效为13.2m2/h，每台班从工需5人，消耗水泥7.35t,(折合 70kg/m2),水 10.5m3(折合0.1m3/m2)深层搅拌机1台班，泥浆搅拌机1台班，其他零星材料及机械费用约为80元。每台班完成工作量120m2，深层搅拌技术造价每平方米约为70元左右，经计算虽比垂直铺塑（41元/m2）造价高，但其质量有所保证。同时，深层搅拌在有效作业范围内完成120 m2，而铺塑每台班在有效的作业范围内完成80m2，工期比垂直塑铺缩短，有效地加快了工程进度。陕西水利