浅谈深搅桩施工技术在水利建设项目中的应用

秦　璞　贾　涛　王莉娟

浅谈深搅桩施工技术在水利建设项目中的应用

秦璞1贾涛2王莉娟2

粉喷深搅桩受较多因素的影响，尤其是施工方法、工艺的不同会形成不同效果，也导致了桩体质量不够稳定，集中反映在水泥粉喷量不均匀，造成桩体局部段水泥含量偏高和偏低，均匀性差，甚至桩体内部段也有无水泥含量情况的存在，使桩体达不到设计要求。本文以工程实例对施工操作参数及成桩检测成果进行了分析和研究。

一、应用实例

1.柱状型桩在河床固坡中的运用

南水北调东线三阳河工程桩号28+800～30+800段地处荡区，土层20m左右为淤泥质土，土层含水量极高，达60%左右。按设计要求1∶6边坡才能满足河床稳定要求，但由于沿线土地被占用等多种因素，仍按1∶3边坡设计，并进行了喷粉桩的加固，分桩长7.0m、7.5m和10.5m三种形式，呈正方形布置，通过施工使该河坡得到了极好的支护作用。固坡段稳定安全，在11年运行中，该段河床未出现坡面滑动及河床失稳的问题。

2.壁状型桩在水闸开挖支护中的采用

壁状型就是将相邻桩沿一个部分重叠搭接即形成壁状加固体。某城市排水项目因无施工场地，坡比为1∶0。采用钢板桩支护后不能阻隔地下水渗透，开挖至3m后就呈现流砂，且受承压水头作用，加速地下水涌出，对此立即停止下挖，并实施了复填（回填至原来标高）。采用沿纵横搭接壁状加固体的形式，沿分水闸四周打封闭式连续喷粉桩进行支护和隔水。该段土体渗透系数较高，为A×10-5，经过处理后，圈内土体的渗透压力明显降低，闸外仍旧布置井管排水，地下渗透压力减小，使流砂问题得到了解决，确保了闸塘顺利开挖。

二、搅拌桩施工的运算

粉体发送器单位时间内的粉体喷出量，即为喷入被搅拌土层中固化剂数量，可按下式计算：

式中：qp—单位时间内粉体喷出量（kg/min）；

d—钻头直径（m）；

ρd—被搅拌土的干密度（kg/m3）；

μp—要求的固化剂掺入比（%），由试验室提供；

ν—钻头提升速度（m/min），一般取ν=0.7左右。

上式除提升速度外，其他各项均是固定不变的，故此通过变换钻头提升速度，可以得到不同的喷粉量，以此来掌握各段桩需要的喷粉量。

三、喷粉桩施工技术的掌控

1.复搅次数

因各工程地质条件、土层含水量、水泥掺入量的要求以及复合地基承载要求不一样，施工前应做试验桩，一般不少于3根，通过试验和观测结果来确定施工的喷头转速、提升速度、固化剂用量、喷粉时间和压力以及复搅深度，检验成桩7d后的取芯样，测定桩的均匀性和强度。通过试验检测成果表修正完善施工工艺，确定施工操作过程中需控制的相关参数，尤其是复搅次数应通过试验分析取得。

搅拌桩施工时水泥粉通过钻机空心钻杆送至钻头外侧向喷嘴喷进软土中，喷嘴在喷水泥时的运行轨迹是由转杆的自转和提升的直线运动复合而成的螺旋线，喷出的水泥粉不可能与土充分掺和，必须进行复搅。实践证明，相同水泥含量下，复搅一次比不复搅7d强度可提高50%以上；复搅两次比复搅一次强度提高10%左右。

2.施工机械技术

（1）钻机速度

钻机的钻进速度一般为3～4档（每分钟控制在0.7m左右）。

粉喷的起初速度和正常速度不同。起喷时将粉喷压力控制在0.5MPa以上，提升速度调整为3档（每分钟0.5～0.6m）；当钻杆提升到1m左右时，粉喷的压力值恢复到正常的压力值0.4MPa，粉喷量不能满足每米的要求，提升速度又调整为2档，并一直提升至桩顶，在每米控制以及整个桩长的粉喷量均满足要求，故粉喷时提升速度应控制在2～3档较为合理。

复搅2～3次档速。钻进时一般为3档，当钻深2m（至桩顶）时为4档，复搅提升时起始档速为3档，上升至2m（至桩底）时为4档。

（2）粉喷压力

叶轮送粉至管道后，需要一定的压力才能将水泥粉喷至土中。根据试桩结果，起喷时空压机压力在0.5～0.55MPa开始喷粉，随着钻头提升逐步减小至0.4MPa左右，能保持喷粉的连续性和均匀性。查阅相关资料，空压机压力与喷嘴处压力差一般在0.02～0.05MPa。

（3）粉喷形式

为了使粉喷的效果最佳，粉喷的均匀性达到理想效果，实践证明应采用多喷头旋转式的机械用于深搅桩的施工，这样有助于喷粉均匀性的提高。

四、搅拌桩施工效果的检测

根据桩体的不同使用功能，搅拌桩质量测试分为两种：一是应力应变检测，一般应用于建筑物地基加固，例如对水工建筑物涵闸地基的复合地基承载力检测，通过现场加载试验确定桩基、桩间土所形成的地基承载力，同时要对桩基进行小应变和大应变测试来得到桩体强度和桩长连续性；二是无侧向抗压强度检测，一般用于水工项目和河床固坡及建筑物支护。

五、结论及建议

1.不稳定因素的消除

要消除喷粉桩成桩质量不稳定的因素，除了做好水泥掺量的监护工作外，更重要的是完善施工工艺，确保搅拌的均匀性，才能消除成桩质量不稳定因素。通过对桩体开挖观测发现，桩体的整体不均匀性现象比较明显，部分桩体段强度很低，只掺入了少量水泥；而部分桩体段为纯水泥桩，强度甚至达到了C20以上。这也充分佐证了桩体的不均匀性是喷粉桩施工需注意的重点。

2.合理的水泥掺量有利于提高桩体质量

水泥土掺合量一般由设计部门提出，作为施工方应现场试桩，现场取土料进行结果比对，得到合理的理论配比后，进行试桩对理论值进行校核，从而得到科学的配比，确保桩体质量。

3.加固后C值、Ф值的提高

通过搅拌后，原桩间土C=14kPa，Ф=3°，改良后C=177～257kPa，Ф= 20.1°～21.1°，增幅明显；其水泥掺合量20%～23%检验出来的C值和Ф值结果相差很小，水泥掺合量为20%左右，可以满足桩体抗剪强度的要求。因此充分证明，通过改良，该段土层得到了固结，标志着土层内空隙率减小，含水量降低。结果显示，粉喷桩的经济成本较低，施工操作简单方便，只要把不利于安全稳定的因素消除，粉喷桩是具有推广和运用价值的。

4.解决成桩不均匀性难题的建议

影响桩体均匀性的主要因素之一是土体含水量过高，例如在河床固坡实例中，土层含水量在60%左右，其土层孔隙比e也很大，喷粉水泥会被地下水体所“蚕食”，当水泥掺量一定时，含水量越高，所“蚕食”的水泥粉量越大，经旋转，形成较浓泥浆，导致了成桩质量的降低，同时也会出现粘性泥土与旋转轴绑粘“跟转”现象，它是产生桩体不均匀性问题的根源。在施工前可以通过抽排地下水的方法使地下水位线得到控制，促进土体中含水量加速脱逸而减少。查证相关资料，含水量在20%～30%之间有利于搅拌，成桩质量也较佳。再利用水泥搅拌喷粉使水泥吸附在土中，并通过旋转搅拌，使水泥粉与土体得到充分混合，同时也加速了土层固化和固结，在试验确定恰当的复搅次数后，适当增加水泥掺量，一般不少于20%，并增加复搅次数，一般不少于3遍，可以解决土块绑粘旋转轴跟转的问题，从而有助于解决成桩不均匀性问题■

（作者单位：1.南水北调东线山东干线有限责任公司2500132.济宁市洙赵新河管理处272000）