一种新型泥浆固化止水帷幕施工技术

李小东 田世宽 张强

摘要：通过对目前常规的止水帷幕施工技术进行分析，结合涪江五桥主墩基坑止水帷幕施工的实际情况进行技术创新和试验，因地制宜地利用现场废旧泥浆的固化处理开发出一种新型的止水帷幕施工技术；并对该新技术的泥浆固化配合比设计及具体的施工工艺进行论述。实践证明，这种新型泥浆固化止水帷幕施工技术有效隔断了地下水的渗流，防止基坑开挖出现涌砂，是一种实用的环保型止水帷幕施工工艺，具有较好的社会效益和推广价值。

关键词：止水帷幕；泥浆固化；配合比；施工工艺

中图分类号：U443.1 文献标志码：B

Abstract： Combining the analysis of current conventional construction technology of waterproof curtain with the innovation and experiment in the waterproof curtain construction of foundation pit of the main piers of Fifth Fujiang River Bridge， a new construction technology of waterproof curtain was proposed based on the curing of on-site waste mud. The mix proportion and specific construction techniques were discussed. Practice has proved that this new construction technology of waterproof curtain based on slurry curing effectively cuts off the flow of groundwater and prevents the emergence of sand during the excavation. It's a practical and environmental-friendly construction technology that is of social benefit and promotional value.

Key words： waterproof curtain； slurry curing； mix proportion； construction technology

0 引 言

某桥梁设计为（155+155）m的H型曲线独塔斜拉桥，主墩桩基采用18根直径2.5 m（长40 m）的钻孔灌注桩，主墩设有2个承台，中间通过系梁连接形成为哑铃型结构，承台、系梁的整体平面最大尺寸为541 m×15 m，深度为7 m，基坑开挖最大平面尺寸为75 m×35 m。河床地质情况从上至下依次为4 m厚的砂卵石层、3 m厚的强中风化泥岩层、中弱风化泥岩层和砂岩层，基坑开挖前需围绕砂卵石透水层进行基坑四周坑壁止水帷幕施工。

由于主塔必须在汛期前完成桩基、承台及塔身出水面，因此要求承台施工在枯水期完成。根据当地气候、水文情况，承台最好的施工时间为1～3月份，工期紧、任务重，其中基坑开挖止水围幕的施工控制是承台能否顺利完成的关键所在，因此必须选用一种合理、快速、有效的止水帷幕施工技术。

1 常用的止水帷幕施工技术

目前工程中常用的止水帷幕施工方法较多，大致可以划分为三类：深层搅拌法、高压旋喷桩以及地下连续墙。其中高压旋喷桩的施工技术应用较为广泛。

1.1 深层搅拌法

深层搅拌法是以水泥作为主要固化剂，通过深层搅拌机械将软土或沙等与固化剂强制拌和，搅拌后使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的隔水体。这种方法主要用于软基处理，对淤泥、砂石、淤泥质土、泥炭土、粉土等土质效果显著，处理后可形成桩、墙等。

深层搅拌法包括干法和湿法，湿法使用水泥浆与软土搅拌形成柱状固体（称为搅拌桩），干法使用水泥粉体与软土搅拌形成柱状固体（称为粉喷桩）。

实际施工过程中，在土压力、孔隙压力、喷浆压力以及搅拌叶片旋转力的作用下，易使搅拌桩体内压力增大，水泥浆沿转杆上冒甚至溢出地面，导致大量水泥浆浪费。同时，由于中国搅拌机械的性能及施工监控系统比较落后，再加上管理环节薄弱、操作人员技术水平不高等因素，使深层搅拌法不能完全满足施工需求，施工工艺尚待进一步完善和提高，在本工程的基坑止水帷幕施工中不宜采用。

1.2 高压旋喷桩

高压旋喷桩是利用钻机形成钻孔，使注浆管深入孔底，通过高压旋转的喷嘴将水泥浆喷射出去切割土体，使浆液与土体搅拌混合，随着注浆管的提升旋转而形成圆柱形桩身，水泥浆与原土体固结成桩；此外，通过旋喷桩自身之间的相互咬合，形成一道连续的止水体，可有效隔断地下水的渗流，达到支护、止水的作用。

该方法施工设备简单、操作方便、占地少、振动小、噪音较低，但施工造成的后续污染影响大，且成本较高，对于特殊的不能使喷出的浆液凝固的土质不宜采用。

高压旋喷桩技术主要适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、黄土、素填土、流塑或可塑粘性土等地质情况。但对于基岩和碎石土中的卵石、块石、飘石呈骨架结构的地层，或地下水流速过大和已涌水的地基工程，由于地下水具有侵蚀性，砂质土在含水多或干燥的情况下易流动，从而会破坏桩孔的完整性，造成桩基缺陷，所以对本基坑的止水也不适用。

1.3 地下连续墙

地下连续墙技术是利用各类挖槽机械，借助泥浆护壁作用，沿着深开挖工程的周边在地下挖出一条狭长的深沟槽，并在其内浇筑适当材料（一般是水泥混凝土）而形成一道具备防渗、挡土和承重功能的连续地下墙体。endprint

该方法施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可用于密集建筑群中建造深基坑支护及进行逆作法施工的情况，适用于绝大多数地质，包括砂性土层、砂砾层等。但对于某些特殊地质条件，如很软的淤泥质土、含漂石的冲积层和超硬岩石等，施工难度很大，如果施工方法不当可能出现相邻墙段不能对齐或漏水的问题。

由于受到施工机械的限制，地下连续墙的厚度具有固定的模数，不能像搅拌桩、旋喷桩那样灵活地根据实际情况调整其形成的止水帷幕厚度。因此，地下连续墙只有在具备一定深度的基坑工程或在某些特殊条件下才具备经济性并彰显其特殊优势，主要适用于工程量大、耗时长、投资大、周边场地复杂的大型建筑。虽然地下连续墙适用于本基坑止水，但地下混凝土连续墙施工工期长、成本高，不满足本工程的工期和成本节约要求。

2 新型泥浆固化止水帷幕施工技术

本基坑桥位处河床河卵石层中大卵石较多，若采用常规注浆围幕法，则钻孔困难，浆液消耗大，浆液渗流后止水效果存疑；若采用钢板桩围堰施工技术，同样存在插打困难等问题。因此，必须选用一种合理、快速、有效的止水帷幕施工技术，才能保证本基坑的施工进度和止水效果[1-2]。

根据施工现场实际情况，结合深层搅拌桩和地下连续墙两种方法的优势，通过技术创新，利用桩基施工产生的废泥浆，并掺加水泥、水玻璃、粉煤灰，充分搅拌后，形成一道具有防渗（水）、挡土功能的地下连续止水墙体。同时也摸索出一种新型泥浆固化止水帷幕施工技术，这种新技术实施简便、成本经济、施工快速、环保合理、技术先进。

3 泥浆固化配合比现场试验

确定采用新型泥浆固化止水帷幕施工技术后，考虑到该止水帷幕主要是利用桩基施工产生的废泥浆作为止水帷幕主要原材料，选择了普通硅酸盐水泥作为泥浆固化剂主料，配以适量的水玻璃（矿粘合剂）、粉煤灰（水硬性胶凝材料）等助凝剂、调凝剂。通过现场的多次试验对比，对止水帷幕进行配合比筛选和调整，最终选择出一组效果好、经济性好的配合比用于实际施工。

止水帷幕配合比试验选择在现场进行，自然固结风干。采用改装后的水泥凝结时间测定仪进行固结程度测试，减少测针质量，以50 g为标准。在相同时间内，对固结物进行固结程度测定。以测针在固结物插入深入不大于1 mm作为固化临界值。试验过程中，泥浆（密度13 kg·L-1）以体积计算，水泥、粉煤灰等固体固化剂掺量以质量计算，即质量百分比，水玻璃等液体处理剂按体积计算，即体积百分比。泥浆固化试验结果如表1所示。

经过现场试验得出以下结论：单独使用水泥作为泥浆固化剂，其凝固时间与水泥掺量成正比，但成本较高；在以水泥为固化剂主剂的前提下，掺加部分助凝剂（水玻璃、粉煤灰等），可缩短凝固时间，提高固结能力，减少水泥掺量，更具经济性；水泥是固化的主要影响因素，水玻璃起到促凝作用，粉煤灰起到促凝早强作用。

根据上述结论，综合考虑经济性和时效性，最终采用水泥∶水玻璃∶粉煤灰=7∶3∶1的配合比用于现场施工。将现场桩基作业产生的废泥浆（密度为13 kg·L-1左右）按确定的配合比掺加适宜材料搅拌，然后引入已经开挖好的止水帷幕沟槽内进行固化处理，形成深基坑新的止水帷幕。

4 新型泥浆固化止水帷幕施工工艺

在需要进行止水的结构四周的合适距离（本止水帷幕只起止水作用，不参与基坑壁支护结构受力，故止水帷幕沟槽距基坑边距离需通过计算确定）开挖基槽，基槽开挖宽度根据具体渗水层所需的止水帷幕厚度计算确定。在开挖好的基槽内倾倒桩基施工所产生的废弃泥浆，同时配以一定比例的水泥、水玻璃、粉煤灰，经过充分搅拌，待其固化后，即可具备良好的止水效果。

4.1 基槽开挖

采用人工或机械沿需要进行止水的结构四周开挖基槽，挖穿河卵石透水层，并开挖至强风化泥岩地层，地层及止水帷幕设置断面如图1所示。

4.2 泥浆及掺和料搅拌

向基槽内倾倒入桩基施工产生的废弃泥浆至高于渗水层一定高度，按照配比掺入水泥、水玻璃、粉煤灰，经过充分搅拌，待固化即可。

4.3 固结状态及止水效果

原流动态的废泥浆固化后结构紧密，外观呈土状，具备一定强度，可承受人体重量，无塌陷，固结后形成的止水帷幕表面可行走，并具有良好的阻水效果。

5 结 语

本文所开发的止水帷幕新技术利用桩基废弃泥浆掺合混合料搅拌处理，形成一道连续的防水墙，有效隔断了地下水的渗流，防止基坑开挖出现涌砂，属于一种实用的环保型止水帷幕施工工艺。其适用范围包括地下水量丰富、降水周期长以及土质为粘土、砂土、粉土、卵石层等易于与水泥浆凝固的工程，特别在底基层粒径不太大、透水性不太强的工地适用性很强。同时，该止水帷幕施工工艺操作简单、施工速度快、效率高，经济效益明显，施工安全可靠，对环境的后续污染小，后期的环境恢复工作量小，具有较好社会效益和推广价值。

参考文献：

[1] 费 立，朱宗培.废泥浆的固化及合理利用[J].探矿工程，1994（4）：40-42.

[2] 钱 午，苏景中.深基坑工程止水帷幕设计概要[J].土工基础，1998（3）：8-13.

[责任编辑：王玉玲]endprint