深层搅拌桩在河道整治堤基施工中的应用

涂文强

(江西省南昌县赣东大堤河道堤防管理站，江西 南昌 330207)

洪涝灾害是国内危害最大、损失最严重的自然灾害，而河道地基是防洪排涝系统的基础，其质量关系到防洪系统运行的效率，是水利施工的重要部分。深层搅拌桩技术是20世纪80年代引入到我国的软土地基加固技术，其通过特征机械设备，将固化剂与地基土质进行强制性混合，实现河道地基淤泥和软黏土等地基的固化。经过深度搅拌桩技术处理后的河道堤基，具有整体性、水稳定性等特征，其自身抗压强度显著增加。本文以A河道为例，分析深层搅拌桩技术在整治堤基施工中的应用问题，论述其施工质量和作用效果。

1 工程概况

为提高河道防洪排涝能力，改善周围生态环境，从2015年开始对A河道干流段实施整治。整治河道长4.762 km，新建两岸堤长10.214 km，清淤并拓宽河道5.210 km。本工程为IV等，建筑级别为4级，设计防洪标准为30 a一遇，排涝标准为5 a一遇[1]。依据A河道两岸地形、地质条件以及当地建筑材料和城区规划情况，对比不同方案，驳岸形式选择浆砌块石挡墙结构，以节约占地面积。顶宽1.0 m，最大高度为5.81 m，临水侧边坡坡比为1∶3。河道内地表起伏平缓，多为浅窄槽型，河曲较多，I级阶地发育，阶地高出河床3.5～4.2 m。堤防表层现状为：第一层为堆土，以粉质黏土为主，土质不均匀，多夹碎块石，为河道表层硬壳层粉质黏土、人工堆积杂填土；第二层为老堤身填土[2]，淤泥厚度为0.4～1.0 m，土质极不均匀；第三层为淤泥质黏土层，是饱和的流塑土，厚度为1.6～9.5 m，顶板高1.2～4.1 m。从地质情况看，淤泥质土淤泥含水量与压缩性较高，透水性微弱，抗剪强度、地基承载力和抗冲刷能力低，是河道堤基稳定的控制性土层。堤防基础稳定设计如图1所示。

2 堤防基础处理方案

由于地基存在较厚淤泥质层，需要进行基础加固，而施工前新建围堤稳定的最大安全系数为0.721，小于《堤防工程设计规范》(GB 50286—1998)中规定的1.10。如果边坡放缓为1∶6[3]，施工期最大安全系数为1.13，大于1.10。由于河道周围土地比较稀缺，所以放弃放缓边坡方案，而采用对其基础进行加固的方法，达到稳定堤防边坡的目的。

2.1 处理技术的选择

针对较厚的淤泥层，应该采用深层搅拌桩、挤淤置换、砂石桩等方法[4]。由于A河道淤泥层埋深较厚，快剪指标强度为8.6 kPa(淤泥质黏土)，而淤泥质土快剪指标强度仅为7.1 kPa，超出挤淤置换法的适用范围。砂石桩适用于碎石土和砂土在快剪指标强度为7.1～8.6 kPa的淤泥环境中，桩周土不能有效地约束砂石料，难以形成完整的桩体[5]。基于上述情况，工程采用深层搅拌桩进行堤防基础加固，该技术可以形成复合地基，提高淤泥土的抗剪强度，处理后的淤泥质土适用性良好。

图1 堤防基础稳定设计

2.2 深层搅拌桩设计

深层搅拌桩加固基础为河道左岸Z1+900～Z2+270段，设计总桩数为1242根，桩径0.7 m，桩长7.2～8.6 m，桩顶高程2.31～1.82 m，桩底须穿过1.2 m淤泥层。挡墙底宽3.42 m，每隔15.0 m 设置沉降缝。搅拌桩沿挡墙宽度设置3排，呈现菱形分布，横向、纵向间距各1.0 m。固化剂采用42.5R的硅酸盐水泥[6]，其掺入重量比为17%，水灰比为0.42～0.50，搅拌头升降速度为700～1000 cm/min，成桩抗压强度 >1.0 MPa。

3 深层搅拌桩施工

3.1 试桩

为保证深层搅拌桩的成桩质量，需要设计4根试验桩，并选取不同参数，采用两搅四喷工艺进行试验。试桩7 d后，挖出试验桩，测试其成桩效果，如表1所示。

3.2 施工工序

深层搅拌桩施工分为5项，顺序为：

(1)桩位的确定(防线)。

(2)搅拌桩机位置调平。

(3)预搅下沉至预设深度。

(4)喷浆搅拌，提升搅拌桩机至预设浆面。

(5)重复(3)、(4)步骤，直至搅拌完成。

(6)移除搅拌桩机[7]，并进行下一搅拌桩施工。

表1 试验桩测试结果

3.3 施工关键点

深层搅拌桩属于地下施工，隐蔽性强，为了保证施工的质量，需要把握以下几点：

(1)固化剂的选择。固化剂的好坏、适用范围以及质量，直接关系到搅拌桩的质量，所以要全面分析后选择固化剂。本工程按照设计要求，经过取样分析，选择合格的硅酸盐水泥，其有效存放期为21 d。

(2)施工前准备。清洗搅拌桩机的管道，避免出现堵塞现象，并将河水排掉，方可下钻。检查钻机、显示仪、打印设备、水泥泵、压力表和电流表等设备是否正常，确保施工中无设备故障。现场配比水泥浆比重，并由项目质检部人员和工程师随机抽样检查水泥浆用量、水灰比，保证其符合实际的设计要求[8]。

(3)保障搅拌桩桩端、桩顶的质量，第一次提钻喷浆时，要在桩底、顶各停留30 s，磨平桩端。

(4)确定搅拌头翼片的数量、宽度，以及与搅拌轴的垂直夹角、搅拌头的回转数、提升速度之间的匹配系数，保证加固范围内的任何地点土体都经过20次以上的搅拌。

(5)在施工过程中，保持桩机底盘水平与导向架之间的竖直，保证桩的垂直偏差度控制在0.1°以内。在主机上悬挂吊锤，通过调整吊锤与钻杆之间的参数(上、下、左、右)，进行相应控制。

(6)停浆面高于桩顶设计标高500 mm，挖掘基坑时，需要人工挖除，砍掉桩头端。

(7)在施工过程中，由于故障停浆，需要将搅拌头下沉至停浆面以下0.5 m处，防止出现断桩。待供浆恢复以后，将喷浆搅拌提升。如果停浆超过3 h，需要拆卸输浆管，检查管道线路是否通畅，待检查完毕后，进行妥善清洗，避免出现堵塞[9]。

(8)控制搅拌桩的终孔条件，判断并记录每一根成桩的长度、宽度和硬度等参数。本工程搅拌桩的终孔条件为施工电流突然改变，土层穿过淤泥层1 m。钻头达到预定设计桩长时，未出现电流改变，可以继续进行下钻，直至达到持力层。

3.4 特殊地段施工

(1)施工场地受限地段。Z1+900～Z2+280段邻近居民区，存在征迁困难，无法进行大面积挖掘和桩基布置，施工场地受限。如果利用原有地面进行基准面施工，设计桩顶高程需抬高3～5 m，水泥浆用量增加4.2～4.8 t，所以要对部分桩按空桩处理，减少水泥总用量182.4 t。

(2)电机电流表指示值大幅度改变地段。依据施工经验判断，钻头在钻孔中遇到夹砂层，阻力较大，导致电流表数值出现大幅度改变。在Z2+271、Z2+272段均出现上述问题，通过加大功率慢速钻井的方式，保证设计成桩长度，而且桩底端处于持力层中。

4 施工质量检验

依据实际设计要求，深层搅拌桩处理后符合地基承载能力的特征值136 kPa，单桩承载能力的特征值为145 kPa。为了保证施工质量，需要对深层搅拌桩进行检验，检验方法为轻型动力触探和单桩复合地基静载，分别检验桩体自身参数和地基加固效果。

4.1 桩身均匀性检验

随机选取10根深层搅拌桩，进行轻型动力触探试验，具体位置为：Z2+271、Z2+278、Z2+281的I、II、III阶段桩，分析结果如图2所示。

图2 轻型动力触探试验

由图2可知，搅拌桩整体均匀，不存在软弱点，符合实际施工的固化要求。

4.2 单桩复合地基承载力检验

抽取10根深层搅拌桩，进行单桩复合地基承载力检测，检测结果如表2所示(最大试验地基承载力特征值为270 kPa，符合设计要求)。

表2 单桩复合地基承载力检验结果

5 结 论

在深层搅拌桩施工过程中，对其电流、浆液输量以及水灰比进行监控，避免出现由于施工措施不当，造成成桩质量下降。A河道整治堤基施工完成后，采用轻型动力触探和单桩复合地基静载进行施工质量检验，结果显示：最大荷载下最大下沉量为17.62 mm，而且形成P-S曲线，曲线平缓而光滑，未达到极限承载状态。同时，试验点的单桩复合地基承载力为136 kPa，达到实际使用要求，实现河道整治堤基加固作用。