浅谈水泥土地连墙工艺试验

刘瑞鹏

（山西省水利工程质量与安全监督站，山西 太原 030002）

1 工程概况

某工程采用水泥土地连墙对两岸进行防渗处理，最大孔深19.1 m。水泥土地连墙有效厚度不小于20 cm；透系数K≤A×10-6cm/s（1＜A＜10）；水泥搅拌桩抗压强度≥0.5 MPa；压缩模量≤1 000 MPa。

2 工程地质

工程区地貌单元属洪冲积平原区，第①层为现代人工堆积（QS）杂填土，包含低液限粉土、碎石混合土等，厚0.4～10.5 m；第②层为第四系全新统洪冲积（Q4pal）级配不良砂，厚7.5～17 m；第③层为第四系全新统洪冲积（Q4pal）低液限粘土（粉土），厚2.2～30 m；第④层为第四系全新统洪冲积（Q4pal）级配不良砂，厚度1.8～21.8 m，局部夹低液限粘土透镜体；第⑤层为第四系上更新统洪冲积（Q3pal）低液限粘土（粉土），厚度1.8～6.9 m；第⑥层为第四系上更新统洪冲积（Q3pal）级配不良砂，厚度10.8～21.9 m；第⑦层为第四系上更新统洪冲积（Q3pal）低液限粘土（粉土），该层未揭穿。地下水埋深 1.5～13.0 m。

3 工艺试验

试验点选取在水泥土地连墙附近，水泥土地连墙试验长度取4 个搅拌桩段，约4 m。施工机械采用XPJ-25 深层水泥搅拌机、Y112M-6 灰浆搅拌机、UB-34KW 泵浆机。拟定叶片直径为450 mm，轴间距为360 mm；两幅墙搭接长度为280 mm。根据当前施工水平，并考虑墙体深度，控制桩位偏差不大于20 mm，垂直度偏差不超过0.5%。

理论墙体有效厚度验算公式：

式中：de——有效墙厚度，cm；

R——搅拌桩半径，cm；

l——桩间距，cm；

δ——桩位偏差，cm；

h——桩深，cm；

ξ——垂直度，%。

计算可得，桩顶墙体有效厚度为416 mm，桩底墙体有效厚度为202 mm，满足设计墙体有效厚度不小于200 mm 的要求。

3.1 水泥土地连墙工艺参数初定

通过分析、类比同地区、相近地质条件下两个水泥土地连墙工程的施工工艺参数及成果，初定了本工程水泥土地连墙工艺参数。

3.1.1 水泥掺量

类比工程施工地质均为粉土，采用两搅两喷的施工工艺，分别对3 种水泥掺入比进行了水泥土地连墙工艺试验。试验成果见表1。

表1 类比工程水泥土地连墙试验成果

由类比工程的检测结果可以知，水泥掺入比为15%时，两个类比工程的水泥土抗压强度、渗透系数、压缩模量等参数均满足本工程设计要求。鉴于类比工程地质为粉土层，本工程地质主要为粉砂层，粉砂的比表面积小于粉土，水泥用量略小于两个类比工程也能满足本工程设计指标的要求。考虑地质变异性，本工程试验方案初定水泥掺入比为15%。

3.1.2 水泥浆液的水灰比

根据类比工程检测结果可知，重量水灰比为1.5∶1时，水泥土地连墙渗透系数 K＞A×10-6cm/s（1＜A＜10），不满足设计要求；水灰比为1∶1 时，水泥土地连墙渗透系数、抗压强度、压缩模量均满足本工程设计要求。因此，本工程试验方案初定水泥浆液的水灰比为1∶1。

3.1.3 喷搅工艺及下沉、提升速度

根据类比工程水泥土地连墙试验成果，两搅两喷的施工工艺能够满足水泥土地连墙的质量标准及设计要求。为提高本工程水泥土地连墙均匀性及质量保证率，本工程试验方案拟定的施工工艺为四搅两喷。

下沉、提升的速度应与水泥土搅拌机性能相适应，土体搅拌的次数超过20 次时，水泥土能够搅拌均匀。本工程选用的XPJ-25 深层水泥土搅拌机叶片的宽度为0.1 m，搅拌叶片与搅拌轴的垂直夹角为15°，搅拌叶片4 枚，搅拌头的回转速度26 r/min。参考类比工程1，初定提升速度为0.8 m/min，下沉速度为1.0 m/min。按下式计算土体搅拌次数：

式中：N——土体的搅拌次数；

n——搅拌头的回转速，r/min；

h——搅拌叶片的宽度，m；

β——搅拌叶片与搅拌轴的垂直夹角，°；

ΣZ——搅拌叶片的总枚数；

V——搅拌头的提升速度，m/min。

计算可得，土体的搅拌次数为45 次，能够保证水泥土搅拌均匀。

3.1.4 注入浆量

根据浆液水灰比、土体干密度、水泥掺入比及水泥土搅拌桩的有效成墙面积计算水泥浆液最小用量。第一次、第二次搅拌下沉时注入量均按照总注入量的50%控制，分别计算搅拌下沉时每分钟的浆液最小注入量。其中，土体干密度1.58 g/cm3，每幅搅拌桩有效成墙面积为0.44 m2，每幅桩每延米的水泥用量为104.3 kg，每幅桩每延米的1∶1 水泥浆液最小用浆量为138.2 L，下沉每分钟用浆量应不少于69.1 L。

3.2 施工方法

3.2.1 钻先导孔

施工前，沿水泥土地连墙轴线每50 m 布置1 个先导孔，先导孔深度应深入设计防渗墙下限以下5 m。根据地质复勘结果绘制地层剖面图，确定低液限粘土层的埋深，保证地连墙深入不透水层。

3.2.2 测量放样及桩机定位

施工时，依据设计图纸，通过水泥土地连墙控制线定出搅拌桩中心线。依据放样手簿放出桩体位置，在桩体位置上，插打钢筋，并涂抹红漆标记。桩机移动到指定桩位并对中，保证桩体位置偏差不大于20 mm，两幅桩搭接长度不小于280 mm。通过在桩机上放置水平尺和悬挂吊锤整平桩机，保证桩体垂直度不超过0.5%。

3.2.3 制备水泥浆

选用普通硅酸盐水泥（水泥型号P.O 42.5）生产水泥浆液。水泥浆液严格按确定的配合比生产，采用定量容器控制拌合用水量，采用电子秤控制水泥用量，采用比重计控制浆液比重。为防止水泥浆液离析，制浆桶和储浆桶中的水泥浆液应不断搅动。水泥浆液应随配随用，停滞时间不得超过3 h，否则作为废浆处理。

3.2.4 预拌下沉及提升搅拌

水泥土搅拌桩机的冷却水循环正常后，启动搅拌桩机电机，放松搅拌桩机吊索，使搅拌桩机沿导向架搅拌切土下沉，边喷浆、边搅拌，钻头下沉至设计深度位置时，停止钻进，并停留30 s。钻头提升过程中，钻头搅拌，适量喷浆，且在桩顶部位停留30 s。

3.2.5 复搅下沉及提升搅拌

按照相同的施工参数，对水泥土搅拌桩再进行搅拌下沉及提升搅拌，边搅拌下沉、边喷浆。如遇停电、机械故障原因，补喷时间不宜超过12 h，补喷重叠段应大于100 cm；因故停工超过12 h，应使下一序桩与前一序桩在两侧搭接，搭接长度不小于2 根桩径，并在搭接桩间钻孔灌注水泥砂浆连接。

3.2.6 清洗、移位

若桩机停止施工或施工间歇时间过长时，向水泥浆搅拌桶中加入清水，开启灰浆泵，清洗全部管中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。桩机移至下一桩位，重复进行上述步骤的施工。

3.3 质量检测

成墙28 d 后，采用开挖检查、钻孔检查、围井检查等方法对水泥土地连墙抗压强度、渗透系数、完整性进行检测。

3.3.1 开挖检查

通过试验桩开挖对墙体的完整性、均匀性、桩体连接质量及墙体厚度进行检查，开挖深度为3 m。从开挖出露墙体看，水泥土地连墙连续、均匀，搭接处墙体厚度在27～33 cm 间，满足设计要求。

3.3.2 钻孔取芯

采用地质钻在两幅桩的搭接处进行钻孔取芯。从取得的芯样看，芯样呈青灰色，芯样中原状土与水泥浆胶结密实，水泥分布均匀，芯样完整性好。在试验室养护后，通过室内检测，各芯样强度均大于0.5 MPa，满足设计要求。

3.3.3 围井检查

围井由相互搭接的水泥土桩构成，桩体质量与试验桩相同，围井轴线长度为7.2 m，本工程采用注水法进行渗透系数检测，检测结果如表2。

表2 围井检测成果表

渗透系数计算公式：

式中：K——渗透系数，m/d；

Q——稳定流量，m3/d；

t——墙体厚度，m；

L——围井周边墙体轴线长度，m；

H——围井内试验水位至井底的深度，m；

h0——地下水位至井底的深度，m。

经计算，渗透系数K=7.05×10-7cm/s，满足设计要求。

4 结论

拟定的水泥土地连墙试验参数可以作为本工程施工参数，用于指导同类工程的工艺试验。针对埋深较大的水泥土地连墙，应严格控制桩位偏差、垂直度、桩径以及桩间距，避免因施工参数不合理造成墙体下部有效厚度不足，甚至不连续的问题。