多头搅拌桩在前进水库除险加固工程中的应用探讨

赵大伟

(伊通满族自治县水利勘测设计院，吉林伊通满族自治县130700)

1 多头小直径深层搅拌喷灌浆成墙的原理

多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机把水泥浆喷进土体，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层的水泥浆液与原土充分拌和在一起，形成抗压强度比天然土强度高得多，渗透系数较小，并具有整体性、水稳定性的桩柱体。将桩柱体互相搭接成一列，形成连续墙体起到截渗作用。

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术适用于加固淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、砂土以及含少量砾石的直径＜50 mm中粗砂层，甚至对土体存在架空、松散夹层、渗漏通道或洞空等情况也可施工，而且在汛期也不影响施工;加固处理深度≤18.0 m。

2 前进水库的设计

前进水库位于伊通满族自治县景台镇前进村，伊通河左侧支流双庙子河中游，地处半山区。水库控制流域面积16.7 km2。是一座以防洪为主，结合灌溉、养鱼等综合利用的小(1)型水库。在水库安全鉴定中发现坝基存在渗漏问题，存在潜在渗稳问题，土坝在桩号0+250 m～0+350 m段坝后有渗漏问题，同时在泄洪洞左侧坝后的冲沟内，有水溢出，可能是建坝时，原地面的杂草、耕土、淤积土等未清除所致，也可能是坝下局部存在砾砂层透水所致。由于坝体土与第③层粉质壤土是良好的隔水层，但粉质壤土的厚度不稳定，局部较薄或缺失，坝前蓄水后，水会经过砂层向下游渗漏，影响坝前正常蓄水。

在除险加固设计过程中，采用多头小直径深层搅拌桩进行防渗处理:

1)搅拌桩采用壁状方式布置，自坝顶顺轴线方向布置深层搅拌桩，形成一道防渗性能均匀的防渗墙。

2)防渗墙施工初步采用ZCJ—25型深层搅拌机喷浆造墙，该机钻头间带有刚性连锁装置可实现一次成墙，一机共有3～6个钻头，本次设计采用5个钻头，钻杆间中心距320 mm。

3)防渗墙厚度及孔径

防渗墙厚度计算公式为:

计算

式中:T为最小防渗墙厚度，m;ΔH为最大上、下游水头差，m;［J］为高喷防渗墙允许水力坡降，一般为其破坏坡降的1/2～1/3参考相关资料取40。

上、下游最大水位差7.65 m，经计算得 T=0.19 m，考虑到施工可能带来的垂直偏差(0.5%)，选用桩径为400 mm，搭接处理论最小成墙厚度240 mm，本次设计单元内桩间最大搭接120 mm，搭接处成墙厚286 mm，可以满足防渗墙厚度的要求，防渗墙底部入坝基黏土层1.5 m。详见图1。

图1 大坝防渗成墙孔布置图

3 施工方法及施工技术要求

3.1 施工方法

本工程深层搅拌桩搭接处成墙厚度为286 mm，防渗墙施工初步采用ZCJ-25型深层搅拌机喷浆造墙，成空直径为400 mm，钻孔中心间距为280 mm。根据所选机型特点，施工时先完成1单元5孔造墙，然后在进行下一单元5孔造墙，以此类推实现全坝段防渗造墙，单元与单元之间搭接厚度要满足施工造成的桩体倾斜度要求。根据本工程实际情况初步设计选定施工参数见表1，具体实施时应通过现场试验和室内试验进一步认证参数的合理性。

表1 多头小直径深层搅拌防渗墙施工参数表

3.2 施工技术要求

1)施工前首先进行施工场地平整，确保场地平整，清除地上、地下一切障碍物。因为，多头小直径深层搅拌桩的成墙质量如何，首要任务就是要保证场地的平整。只有施工场地平整后，才能使多头小直径深层搅拌桩机就位，进行多头小直径搅拌桩机的调整水平。

桩机的调平直接关系到桩孔的均匀搭接及接头的截渗效果。并且保证施工过程中不会产生倾斜，保证起吊设备的平整度和导向架的垂直度，这样才能满足垂直度偏差、桩位对中偏差的设计值。

2)深层搅拌桩施工前应打测试桩，确定搅拌机钻进深度，桩底标高，桩顶灰面标高;灰浆的水灰比，搅拌机的转速和提升速度，灰浆泵的压力或料罐和送灰管的风压;每1 m桩长或每根桩的输浆或送灰量、灰浆经浆管到达喷浆口的时间;以及是否需要冲水或注水下沉，是否需要复搅复喷及其部位深度等参数。

3)保证搅拌机喷浆时连续供浆，因故停浆时，为防止断桩应将搅拌机下沉至停浆位置以下0.5 m处，待恢复供浆后再喷浆施工。

4)为保证桩端得施工质量，施工停浆面应高出桩顶设计标高0.3 m。

5)可以通过复喷的方法增加水泥与土拌和的均匀性，从而来达到桩身强度和均匀的目的，搅拌和喷浆次数以二次喷浆二次搅拌，最后一次提升搅拌，提升速度宜采用慢速提升。当喷浆口达到桩顶标高时，应当停止提升，应搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

6)桩与桩的搭接间隔时间≤24 h，如果间隔时间太长搭接质量无法保证时，应采取局部补桩或注浆措施。

7)水泥浆配置好后，未使用前保持匀速搅拌，使水泥浆不离析。配置好的水泥浆存放的有效时间不应超过2 h，存放超出有效时间的应按废浆处理。

4 质量控制

桩位控制:为确保搭接长度、墙体厚度及整体性，施工放样应精确控制点用经纬仪测设，桩位用钢卷尺测量，桩位放样误差≤10 mm。使桩位偏差满足设计要求;

墙体垂直度控制:施工前，用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面，以确保施工时起吊设备的平整度和导向架的垂直度。观察测斜仪指示，调整桩机支腿，保证桩机水平。施工时还应注意检查支腿是否下陷等情况，若发现超出允许值范围时应及时纠正，使截渗墙体垂直度可以满足设计的要求。

桩径控制:在施工过程中，由于一些土层对钻头磨损比较快，因此要控制钻头的直径大小，一般选择钻头直径都稍微大于设计桩径要求，并且要经常检查钻头尺寸是否达到设计要求。如果钻头尺寸小于设计要求，就要重新更换合格的钻头。

材料质量控制:深层搅拌用的固化剂主要材料为水泥，按设计要求选用规定标号的水泥，并适当的储存。在使用前每批次均应取样检验，一般应做水泥土强度、水泥体积的安定性、初终凝时间、比重等试验。搅拌水泥浆液所用的水应符合混凝土拌合用水标准。

5 结语

由于当时建设条件所限，吉林省有一些水库出现了大坝填筑质量差、渗漏严重等一系列问题，导致危及到大坝的安全问题。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、截渗性能好、无环境污染、施工安全等特点，在汛期也不影响施工等特点和我省水库大坝的具体情况，应根据大坝地质和坝身质量优先选用多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术。

［1］徐志军.水泥土搅拌法处理地基［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［2］刘宝平，宋淑平.深层搅拌法的设计施工及应用［M］.济南:济南出版社，2003.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94—2008建筑桩基技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.