水泥搅拌桩在水利工程施工中的应用

刘明慧?胡俊影

摘 要：改革开放以来，我国经济迅速腾飞，水利工程建设事业取得了令人瞩目的成绩，建设规模逐年扩大。然而，在长期使用过程中，水利工程因使用时间的不断增加，病害情况也逐步加剧，如何改善工程使用性能成为当前亟待解决的问题。本文以某堤防工程为例，分析了水泥搅拌桩在淤泥堤基处理中的施工过程及应用效果。

关键词：水泥搅拌桩;水利工程;作用机理

中国是一个资源丰富、地域辽阔的发展中国家，水利工程作为极为重要的基础建设工程，多修建于工程地质条件复杂的地区。近年来，随着社会经济的迅速发展，水利工程建设规模持续扩大，在有限的建设资金条件下如何保证水利工程质量和安全成为工程行业研究的重点课题。在这种背景下，复合地基技术在我国水利工程施工中得到了广泛应用与推广。水泥搅拌桩采用水泥土作为增强体材料，因此，被叫做水泥土桩复合地基。由于施工工艺不同，则被称为水泥搅拌桩复合地基。相比其他技术，水泥搅拌桩具有施工方便、成本低、无污染、操作简单等优势，因此，在水利工程堤基处理中得到了广泛应用。

1 水泥土加固作用机理

水泥搅拌桩一种成熟的饱和软黏土地基加固方法，其固化剂主要为水泥、石灰等材料，利用深层搅拌设备，可强制搅拌软土和固化剂，从而产生一系列的物理化学反应，增强地基的强度、整体性。作为一种性质良好的地基处理技术，水泥搅拌桩因其施工便捷、成本低、加固效果良好等优点在水利工程堤防加固工程中得到了广泛应用，其功能为控制软弱地基不均匀沉降，提升地基承载力。

水泥搅拌桩加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，相比混凝土硬化机理，两者存在显著区别。混凝土硬化是在粗填充料内水泥的一个水解和水化过程，因此，具有较快的凝结速度。相比之下，水泥加固土当中，水泥掺量偏低，只有加固土重量的7%～20%，因此，必须在土这一活性介质的配合下才能进行水泥水解和水化反应。对加固土质而言，土质条件影响较大，土体的物理化学性质不仅会影响水泥土强度增加情况，还会影响水泥土搅拌的均匀性。

2 工程概况

某水利新筑堤防工程中，全长275m，填土高度6.2m。本段堤基属于淤泥质土，为达到抗滑稳定需求，决定采用水泥搅拌桩加固堤基。主要、次要建筑物分别为3级、4级。根据地勘报告显示，基面以下土层分别为粉质黏土-淤泥-粉砂-强风化岩。其中，粉质黏土土层厚度为2.75m，淤泥土层厚度为9.75m，粉砂为2m。通过各种工况抗滑稳定计算，0.6为外江侧最小抗滑稳定安全系数，与规定要求不符，其他工况稳定系数均可达到规定值。该情况下，若采用排水固结法进行地基处理，将获得良好的经济效益。然而，该施工方案存在一定弊端，即施工时间长，施工控制难度大，极易出现地基失稳等问题。为保证工期，加快施工进度，经多方讨论最终决定采用水泥搅拌桩加固地基。

3 水泥搅拌桩施工技术要点

3.1 搅拌桩布设

根据施工要求，本工程地基承载力为112KPa。该工程采用矩形布桩，500mm为桩径，10.5m为桩长，需向淤泥层内伸入8m左右。由于本工程堤顶和堤坡之间存在显著填土高度差，因此，布桩时可采用3种不同形式。堤顶向外江侧12m范围内，纵横布桩1×1m，21.2%为实际面积置换率。再过6m范围纵横布桩1×1.2m，最外侧9m范围纵横布桩1×1.5m，17.4%为整个布桩的平均置换率。

3.2 施工工艺

1）桩机定位。按照桩位平面布置图等相关资料要求，在指定位置，桩机就位，钻头中部应与桩位对准，通过水平尺将桩机调平，使钻杆处于铅锤状态。

2）攪拌钻进至孔底设计高程。经检验，桩机定位和垂直度达到设计要求后，可将传动系统开启，一边旋转，一边钻进，直到钻进设计深度为止。钻进前，需通过钢尺进行钻具长度测量，并采取红漆材料将设计孔深位置准确标注出来，便于后期查验。

3）提升、喷浆及搅拌。按照设计配合比，合理控制水泥、外加剂等材料的用量，并搅拌均匀。浆液配制是否合理直接影响整体施工质量。因此，水量可采用电子计数器控制，严格按照设计配合比进行浆液配置，并通过比重计量等方法进行浆液比重控制。或将过滤网设于灰浆搅拌机和集料斗间，用于过滤水泥浆液。水泥将应随配随用，不宜过多，需不断搅拌搅拌机和料桶内的水泥浆。当钻头到达设计深度之后，需将传动系统进行反转调节，并开启输浆程序，水泥浆灌注用量达到钻头喷浆口，即可一边旋转提升，一边喷浆，同时进行均匀搅拌，确保喷浆量满足规定。在搅拌施工过程中，同样要做好搅拌时间管控，和搅拌深度记录等工作。

4）复搅。施工至设计桩顶高程后，需停止提升，调整传动系统为正转，从设计桩顶高程部位向下进行喷浆、复搅施工，直至达到设计桩底高程，随后复搅提升到地面，从而形成一个完整的桩体。完成上述施工后，先将一定量的清水注入集料斗内， 启动灰浆泵， 将所有管路内剩余的水泥浆清理干净， 同时需清理附着于搅拌头上的软土。

5）现场验收。整个施工环节要落实好每一道工序的质量控制工作，保证每一根搅拌桩质量合格，并准确记录每根搅拌桩的开钻和结束时间，每米的喷浆量和总喷浆量，复搅深度等等，待相关部门和人员确定且签认后，才能进行下一桩位施工。

4 水泥搅拌桩质量检测分析

4.1 抗滑稳定性分析

水库大坝堤基采用水泥搅拌桩加固后，需计算分析其抗滑稳定性能。经计算可知，复合地基土的凝聚力为39.32KPa，内摩擦角为12.9°，天然容重为16.8KN/m?，饱和容重为17.0KN/m?。考虑到施工时堤身为分期填筑，每期填土间隔时间在30天以上，且填筑速度缓慢，因此，可认为淤泥层具有一定固结度，能够适当提升淤泥层的抗剪强度指标。经计算，1.292为堤外坡完建工况最小抗滑稳定安全系数，可满足堤防设计要求。

4.2 沉降分析

将沉降板设于堤防堤顶中心线处，共设3个，间隔距离为100m。沉降观测时间为1年，共测量43次，经观测，最大沉降量为151mm，该工程最大沉降量略微大一些。经计算分析，没有打搅拌桩的淤泥层②-2层（2.55m厚）计算沉降量为105.14mm，在总计算沉降量中所占比例为63%，因此，可认为淤泥层沉降量太大。若采用搅拌桩处理该淤泥层，通过计算可知8.04mm为该层沉降量，此时总沉降量仅为69.02mm。表明若能打穿该淤泥层，可大幅降低堤基沉降量。基于经济性考虑，在满足稳定性需求的前提下，可采用长短桩布置，仅50%搅拌桩打穿淤泥层，经计算，74.87mm为总沉降量，仍可满足规范要求。

5 结束语

综上所述，随着国民经济的迅速发展，我国水利事业得到了长足发展。在水利工程建设中，施工质量控制至关重要。水泥搅拌桩作为一种新型地基处理方法，因其施工便捷、成本低、加固效果良好等优点在水利工程地基处理中得到了广泛应用。将其用于堤防工程软土地基处理，可软弱地基不均匀沉降，提升地基承载力，且具有良好的防渗效果。

参考文献

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