浅析深层水泥土搅拌桩防渗墙施工技术

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

深层水泥搅拌桩防渗墙以水泥浆为固化剂，通过桩机在地基深处就地将土体和固化剂强制搅拌，利用固化剂和土体、水之间的一系列物理、化学反应，使土体硬结成具有良好整体性、稳定性、不透水性的并具有一定强度的水泥土防渗墙。

1 工程概况

兴隆水利枢纽位于江汉下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3km，下距河口273.7km。兴隆水利枢纽作为汉江中下游四项治理工程之一，由泄水闸、船闸、电站厂房、鱼道、两岸滩地过流段及其上交通桥组成。枢纽正常蓄水位36.2m，相应库容2.73亿m3，规划灌溉面积21.84万hm2，规划航道等级为Ⅲ级，电站装机容量40MW。

兴隆水利枢纽闸室施工围堰及导流明渠防渗设计采用水泥土搅拌桩防渗墙。防渗墙搅拌桩的直径为60cm，桩间距45cm，搭接15cm，搅拌桩防渗墙深15m左右。质量要求为：单轴抗压强度R28≥2.5MPa；渗透系数K≤i×10-6cm/s；渗透破坏比降[J]≥50。闸室施工区上部为人工回填粉细砂，含少量碎石；中部主要为粉砂和细砂，含有少量矿物质；下部主要为细砂，含有少量矿物质。

2 施工参数选择

2.1 室内配比试验

2.1.1 水泥性能试验

水泥选32.5矿碴硅酸盐水泥，在进行水泥土性能试验之前对所选水泥进行了性能检验，其检验结果满足设计要求，水泥性能试验指标见表1。

表1 水泥性能检验结果

2.1.2 水泥土性能试验(试配)

在搅拌桩施工现场取试验用土，拣出其中的夹杂物，搅拌、揉搓均匀，第一次试验掺灰量不小于15%的设计要求，选定15%、18%、20%三种掺灰量进行试验配比，分别按水灰比1.0、0.9、0.8制成水泥浆，然后将水泥浆与试验土拌和均匀，制成27组试样(水泥土抗压强度、渗透系数试样分别为18组、9组[1]。抗压强度试样采用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试模成型；渗透系数试样采用上口直径70mm、下口直径80mm、高为40mm的圆台体试模成型)，在标准养护条件下进行养护[2]。

经试配，水泥掺量为15%时其抗压强度不能满足设计要求，水泥掺量为18%、20%时抗压强度、抗渗性均满足设计要求，水灰比为0.9时抗渗性最优，故选定水灰比为0.9试桩水灰比。

2.2 试桩

为了选择合理搅拌桩施工工艺参数，验证室内配合比，确保深层搅拌桩防渗墙的防渗效果，在深层搅拌桩施工前根据防渗要求，结合类似工程施工的经验，在防渗墙轴线下游2m处进行搅拌桩工艺性试验。

试桩共3根，直径为60cm，桩间距45cm，搭接15cm，为了校核试配的准确性，选择水泥掺量为15%、18%、20%的试桩各一根，水灰比为0.9，采用“四搅四喷”工艺，试桩长与设计桩长相符。其试桩各项指标见表2。

表2 水泥土试桩检测指标

从试桩各项指标得出水泥掺量为15%时，抗压强度不满足要求，水泥掺量为18%时，防渗性能最好，故报监理批复后水泥土配比选择为：水泥掺量18%，水灰比为0.9∶1.0。

2.3 参数确定

通过现场工艺性试验选择深层搅拌桩施工参数如下：

(1)水泥采用P.S.A32.5水泥；

(2)注浆压力0.5MPa～2MPa，首次喷浆下沉速度为0.6m/min，提升速度为0.7m/min；二次喷浆下沉速度为0.8m/min，提升速度为1.0m/min，每根桩”四喷四搅”成桩时间15h左右；

(3)水泥掺量为18%，水灰比为0.9∶1.0。

3 搅拌桩施工

根据工程地质情况及工程防渗要求，选用“四搅四喷”的施工工艺，即桩机在下沉、提升过程中都进行喷浆，来回两个循环，施工参数严格按工艺性试验所确定参数进行控制。

3.1 施工工艺流程

①桩位放样→②钻机就位→③检验、调整钻机→④钻进、喷浆(至设计深度)→⑤提钻并喷水泥浆(至工作基准面以下0.5m)→⑥重复进行④⑤步→⑦成桩结束→⑧施工下一根桩[3]。

3.2 施工顺序

图1 水泥土搅拌桩施工顺序

3.3 施工方法

(1)设备选型：选用DSMM-5W型三轴搅拌桩机，主机功率45kW，液压系统压力25MPa。

(2)测放桩位：用测量仪器对防渗墙轴线进行施测，根据桩位平面布置图，现场用钢尺定出桩位，并将竹杆或木杆打入土层作标记，钻机就位后检验、调整前应对桩位进行检查并填写水泥土搅拌桩桩位偏差记录表。

(3)桩机就位、检查、调整钻机：搅拌桩机进场后，先进行设备调试，调试合格后方可进行桩机就位，就位时桩尖位置水平偏差控制在5cm范围内。调整桩机使其平台水平，导向架及钻杆竖直，偏斜度不得大于1.5%。

(4)制备水泥浆：钻机施钻前进行水泥浆拌制，制备水泥浆时按先加水后加水泥的顺序投料，每次搅拌时间不少于3min，确保水泥浆充分搅拌均匀。按配合比配好浆液后，现场对浆液进行检测并填写水泥浆液现场检查记录表。

(5)钻进下沉：深层打桩机运转正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，同时进行喷浆作业。下沉速度控制在0.6m/min左右。

(6)提升喷浆搅拌：深层搅拌机下沉到达设计深度后，再边喷浆、边旋转、边提升深层搅拌机，直到设计桩顶标高。此时应注意喷浆速度与提升速度相协调，以确保水泥浆沿桩长均匀分布。搅拌提升速度控制在0.7m/min。

(7)沉钻复搅：再次沉钻进行复搅，复搅下沉速度控制在0.8m/min。

(8)重复提升搅拌：边旋转、边提升、重复搅拌至桩顶标高(重复提升速度不得大于1.0m/min)，并将钻头提出地面，以便移机施工新的桩体。至此，完成一根桩的施工。

(9)移位：开行深层搅拌桩机至新的桩位，重复以上步骤，进行下一根桩的施工。

(10)清洗：当一施工段成桩完成后，应及时对钻机进行清洗。

在施工中应对施工开始时间、终止时间、来浆时间、停浆时间、总施工时间、总喷浆时间、浆液总用量及水泥用量进行记录。一组桩施工完成后，检查并填写孔径高程、喷浆提升速度、桩顶标高、垂直度等记录表。

3.4 施工质量控制

(1)对于深层搅拌工法，合理的水灰比及控制钻进、提升及复搅的速度对成桩质量尤为关键。实践证明，在保证孔口少量翻浆和水泥掺入比的前提下，只有合适的水灰比，才能保证水泥土搅拌的均匀性和成桩质量；只有控制好钻进和提升速度，同时又根据机型、土体等情况，控制好输浆量、浆液比重、掺入比等关键环节，才能确保成桩质量。

(2)施工中使用的水泥要经过检验合格后方能使用。水泥浆液要按试验确定的配合比拌制，搅拌好的浆液不得离析。浆液应经筛网过滤后进入输浆泵，以免损坏泵体，泵送浆液必须连续，一旦因故停泵，立即通知操作工，做好记录，防止断桩。

(3)为了保证墙体厚度，钻头直径要不小于设计桩径，桩间距应不大于理论计算值。

(4)供电、供水必须连续。一旦中断，应将钻头下沉至停供点以下0.5m，待恢复供应时再喷搅提升。因故停机超过半小时时，应对泵体和输浆管路进行妥善清洗。

(5)当浆液到达设计桩底后，应在桩底喷浆30s，使浆液完全到达桩端。

(6)当喷浆口提升到设计桩顶时，应停止提升，搅拌30s，以保证桩头均匀密实。

(7)搅拌喷浆提升速度和次数必须符合施工工艺要求，使喷浆量和提升速度相配，保证墙体的均匀性，根据先导孔提供的资料，对特殊地段和堤身质量较差地段适当加大喷浆量和放慢提升速度，详细记录钻机每米下沉和提升时间。深度记录误差不大于100mm，时间记录误差不大于5s。

(8)桩与桩的搭接间歇时间不大于24h，如特殊原因超过上述时间，则应和前一根桩进行对接，待水泥土墙具有一定强度后，在接头处采用套钻注浆或高压注浆方案进行连接处理。

4 质量检验

质量检验按照设计图纸文件要求，对施工作业全过程及搅拌桩质量进行检验。

4.1 过程验收

施工过程的原始记录及原材料试验资料经监理单位认可签字验收，包括桩位、桩顶、桩底标高，桩身垂直度，桩身水泥掺入比，搅拌头上提喷浆速度，浆液水灰比等单桩施工作业全过程。

4.2 质量检测

本项目水泥搅拌桩防渗墙检测采用以下方法：

(1)成桩15d后，采用在桩的两侧开挖基槽检查桩的成型质量。沿墙体轴线每80m～100m布设一个开挖检查点，每处开挖长度3m～5m，开挖深度3m～4m。主要查看桩的成型情况，墙体完整性、墙体间连接质量和墙体厚度；桩间距是否均匀，桩体是否圆匀，有无缩颈和回陷现象；桩搅拌是否均匀，凝体有无松散。检查情况见图2，检测结果全部合格。

图2 挖槽检查情况

(2)成桩后3d内，采用轻型动力触探(N10)检查上部桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。其检测结果全部合格。

(3)钻孔取芯检查：在施工15d后，沿墙体轴线每200m布设检查钻孔，检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度，并取试件送试验室养护至28d，作水泥土防渗墙的单轴抗压强度、渗透系数、允许比降等室内试验。其各项检测指标全部合格。

图3 钻孔取芯情况

5 结语

水泥土搅拌桩防渗墙具有适用范围广、造价低、施工工艺简单、施工工效高、成墙效果好及对周围环境污染少等优点，在防渗处理中有较强的适用性，处理后承载和防渗性能均可以满足常规要求，已广泛应用于各领域防渗工程和地基处理施工中。