简述水泥土搅拌桩在土石坝防渗工程中的应用

□刘胜利（河南省山河建设工程管理有限责任公司）



简述水泥土搅拌桩在土石坝防渗工程中的应用

□刘胜利（河南省山河建设工程管理有限责任公司）

摘要：结合水库除险加固项目中大坝防渗工程的现场实际施工，从对土石坝防渗工程进行防渗方案的选择、施工布置、质量控制，试验检测等方面简述了水泥土搅拌桩在水库土石坝防渗工程的相关应用，对解决部分水库土石坝防渗问题提供了一种经济上可行、技术上合理且操作又简单的土石坝防渗施工措施。

关键词：土石坝；水泥土；搅拌桩；防渗工程；试验检测

0　前言

水泥土搅拌桩是指以水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，将水泥浆（粉）和基础土石进行强制搅拌，使软土凝结成具有整体性、连续性和一定强度桩体的处理方法。水泥土搅拌桩分为深层搅拌法和粉喷搅拌法，深层搅拌法以水泥浆作为固化剂，简称湿法；粉喷搅拌法，以干水泥粉作为固化剂，简称干法。本防渗工程施工采用的是深层搅拌法。

1　工程概况

该水库建于1957年，属于小（2）型水库。主要建筑物有大坝（土石坝）、溢洪道、输水洞；水库右侧为一条天然排水沟，水库下游有4个相互联通的鱼塘。

1.1水库水文地质条件

资料显示水库所处地形为丘陵，场区地层除坝体为人工填土外，主要为第四系全新冲积成因的低液限黏土、上更新统冲洪积成因的低液限黏土和卵石及砂岩等。由于水库受附近煤矿向水库排水影响，常年处于高水位工作状态，水库蓄水除补充地下水和输水洞及溢洪道的正常下泄外，还有一部分水因库区蓄水位高水压大而从坝体或坝肩渗流到下游。后经省级水库安全鉴定专家组鉴定，本水库大坝为三类坝，需对土石大坝等建筑物进行除险加固。

1.2大坝加固方案对比和选择

因本水库大坝建设年代久，坝体所用填充材料等级低，而且基岩风化严重。在水库上游水位高、坝体渗流水压大的情况下进行防渗加固，惯用的灌浆防渗技术难以固结形成理想的防渗墙体系。经讨论，将以下三种防渗加固处理方案从经济可行方面对比选择：

1.2.1方案一：高压化学灌浆的方案。

一种用于加固结构的高压化学灌浆，利用机械的高压动力，可在3-6 s内提升至4500psi（300 kg/cm2）以上工作压力，将液体的止水剂可有效灌注至0.10 mm的细微裂缝中，施工效率较传统技术快三倍以上，防水止漏效果更为持久有效。但在此水库基础和坝体材料条件下难以固结成理想的防渗体系，很难预估防渗效果而且造价高。

1.2.2方案二：混凝土护坡

将大坝上游正常蓄水位以下软弱土层和淤泥清除并夯实，分层回填15 cm的反滤料，然后全部采用20 cm厚的C25防渗防冻混凝土进行全面护坡。此方案需要放空水库蓄水到死水位，并且需要在大坝上游高筑施工围堰，此方案的施工难度大、工程造价最高，不经济又难以实施。

1.2.3方案三：水泥土搅拌桩

施工轴线在坝轴线上游1 m，施工范围是左坝肩向右80 m，左坝肩及坝基底部都切入基岩，本方案垂直于结合面在坝顶采用一道水泥土搅拌桩进行防渗处理。通过深层搅拌机械和高压旋喷水泥浆，在坝体深部就地将软粘土和水泥粉强制搅拌，使自然坝基与桩体硬结成具有整体性的复合性防渗墙体系，单位造价适中且防渗理论效果较好。

经比较以上三种方案中的方案三费用低且易于实施，也是目前其它工程软基处理采用较多的加固方式。根据本水库目前的运行情况，优化后的施工图采用了方案三的大坝防渗方案。

2　水泥土搅拌桩的布置施工

2.1桩的布置

大坝底部持力层为砂质粘土层或泥岩层，要求复合基础承载力≥150 kPa，本方案垂直于结合面在坝顶采用一道水泥土搅拌桩进行防渗处理。防渗范围：搅拌孔采用单排两序孔，施工轴线在坝轴线上游1 m，桩径450 mm，桩心距333.30 mm，处理范围是从左坝肩0+00向右80 m，最大设计钻孔深度下至高程207.00 m，上至坝顶。搅拌桩穿透坝体回填层，桩端进入砂质或泥岩粘土层≥1.00 m，桩长9～17 m，共计约240根。

2.2水泥掺量

水泥土搅拌桩的固化剂选用普通硅酸盐水泥，均采用42.5MPa水泥，控制水灰比为0.50～0.55，墙体渗透系数＜i×10-6cm/s。

2.3水泥土搅拌桩施工

2.3.1施工工序：

钻孔定位→搅拌下沉→注浆搅拌提升→重复搅拌下沉→二次提升搅拌。

2.3.2材料要求：

选用42.50 MPa普通硅酸盐水泥，根据工程地质条件，通过室内配比实验确定经济合理的水泥用量、适宜的水灰比和外加剂，要求桩体渗透系数≥i×10-6cm/s，水泥参入比控制在10%～12%。

2.3.3施工过程要求

①严格按照实验配比确定的水灰比制浆和控制提升速度，以保证桩体内水泥量达到设计标准。因为不同土层，可以有不同的配比，所以也就有不同的提升速度或不同的输浆速度。②开钻前必须清场排障，防止机械失稳，同时调试检查桩机运转是否正常，输浆管和注浆管是否畅通。③搅拌桩施工必须做好施工记录，内容包括：桩位、施工日期、开钻时间、提升速度、水灰比、注浆时间段、成桩结束时间等。④搅拌桩机器每根桩的最初两次提升速度应控制在2.00～3.00 min/m，宜用流量计控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.40～0.60 MPa。

2.3.4搅拌桩搭接注意事项：

①桩与桩搭接间隔时间≤24 h；②若因特殊原因超过24 h，应对最后一根桩先进行孔钻留出榫头，以待下批桩的搭接。③若间歇时间太长，第二根桩无法搭接，应在设计、建设和监理单位认可后，采取局部补桩或注浆措施。④施工标准按照《建筑地基处理技术规范》。

2.3.5质量控制要点

2.3.5.1严格控制水泥质量

按照施工设计图纸的要求选用对应型号的水泥，同时落实对进场后水泥的保护，如预防地面返潮的塑料布、预防被雨雪的雨棚等应急设施。最先采购进场的水泥要优先利用，仓库要有足够水泥仓储量，以保证供应水泥的连续性。

2.3.5.2严抓现场管理

项目部向监理部申报具有针对性的施工现场管理措施和专项施工方案。开工前必须对现场施工人员进系列的技术培训和施工交底，委派2名以上熟悉搅拌桩技术施工工序和水库大坝加固技术的工程技术员进行现场轮流作业指导。施工设备进场前要严格检修和排查，钻头等易损部件的备用件要配备齐全，确保搅拌桩的施工全过程规范、可控、连续、可靠。

2.3.5.3严控桩体强度和均匀性

因水泥土搅拌桩的固结剂只有水泥，要保证桩体强度必须严格按照设计配比参入水泥的掺量。施工期间，项目部必须委派2名以上的专业记录人员在制浆处和钻机旁如实记录水泥参入量及对应的施工桩号、喷将度量、搅拌速度、首钻钻入和提升速度，复钻的钻入和提升速度等参数。发现参数偏离设计范围时，要及时提醒施工机械操作人员和技术员进行更正调整。为确保成桩的直径符合设计要求，必须在一序孔和二序孔交替施工期间不间断的检测钻头的磨损程度，钻头（摆钻）直径磨损量＞1 cm时要及时更换，并做好更换记录。

2.4搅拌桩施工要点

①桩机就位后必须先进行稳定加固和平衡调整，保证钻机钻杆的垂直度不大于误差范围。搅拌桩施工过程中须做好钻孔记录，勤检查水泥的标号和外观质量、水泥浆液的水灰比、喷浆速度、钻孔速度和深度、搅拌时间、提升速度等。②搅拌桩施工机械应有自动测量钻机钻孔深度的刻度装置以及水泥浆液喷浆压力和速度的仪表等。开工前要对钻孔机械、制浆设备、喷浆设备等进行检查校核，施工期间也要不定期的检修排查。③为保证成桩后的防渗效果，搅拌桩的施工必须连续，桩机钻头的钻入和提升速度必须均匀。若因特殊情况而中断喷浆时，须按照设计要求进行重复钻孔并喷浆搅拌，钻机重复下钻至中断喷浆点以下且≥1 m的位置，等到喷浆系统恢复正常喷浆后再按设计提升速度提升喷浆并搅拌。④施工环保及安全方面，现代化施工需确保对周围环境的保护和人材机的安全，因水库大坝一般不受交通条件限制，大部分可以隔离施工；若距离居民区较近或有交通需要，可以采用雾森消尘技术及隔音板围挡等，以减少对周围环境的污染和居民的干扰。现场的机械操作人员和技术人员需佩戴安全帽、防电绝缘手套、安全服装、绝缘防滑鞋等防护用品，同时谢绝非施工人员随意进出施工场地。

3　试验检测

3.1检测范围及内容

检测范围为本水库除险加固大坝水泥土搅拌桩防渗工程，检测内容为防渗墙墙体的连续性、均匀性以及墙体渗透系数。3.2检测依据

该水库除险加固工程施工设计图纸及相关资料：《水利水电工程施工质量检验与评定规范》水利水电工程物探规范》《水工水泥土试验规程》水利水电工程注水试验规程》。

3.3检测方法

主要采用探地雷达法、开挖检查法，注水实验法等。

3.4检测结果分析

通过对本次水泥土搅拌法施工形成的塑性水泥土防渗墙工程进行检测，结果分析如下：探地雷达法检测范围内，图像稳定性好，没有出现明显的异常区域，判断防渗墙体连续性较好；注水试验共进行10孔、20段，从计算结果看范围值在2.08×10-6～2.60×10-6cm/s之间，均满足设计要求；从随机选取区域的开挖情况看，防渗墙墙体密实性好，没有出现加泥和分缝现象。

4　结　语

此文章结合实际工程，对水泥土搅拌桩在土石坝防渗工程中的防渗方案定选、施工质量控制以及试验检测等做了简单陈述，不到之处请多指教。

（责任编辑：薛静）

中图分类号：TV543. 8

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）04-0056-02

收稿日期：2016-02-16