水利工程中水泥深层搅拌桩技术实践探索

王红祥

（湖北大禹建设股份有限公司，湖北 武汉 430061）

水利工程中水泥深层搅拌桩技术，以水泥为主要材料，可硬化软地基，具有造价合理、施工简单、技术成熟等优势。深层搅拌桩最早应用在闸基、泵站等水利工程复合地基建设中，以提升河坝防渗效果，同时有助于压缩造价，很适合非常规地基施工。

1 工程概况

1.1 水闸工程

汉川市新沟闸位于汉江左岸的新沟镇，堤防桩号45+100，水利枢纽由排水闸和船闸组成，设计排涝流量1500m3/s，是汉北河流域防洪、排涝、抗旱的主要节制建筑物之一。该闸属Ⅱ等工程、大（二）型规模，防洪标准按30年一遇设计，100年一遇校核。水闸及船闸闸室部分等主要建筑物为2级，消力池挡土墙及进出口护坡等次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。由于汉北河防洪体系没有变化，本次除险加固设计按原设计规模不变。

1.2 工程任务

本工程主要工程任务包括：水闸上下游渠道清淤及坡面护砌；拆除原闸室闸墩、启闭排架及启闭机房、桥墩及交通桥；拆除重建上游铺盖及翼墙；在原闸室上游侧新建闸室、工作桥、启闭排架、启闭机房等；新建桥墩及交通桥；维修加固消力池底板、边墙部分拆除重建；浆砌石海漫整修；交通工程及房屋建筑工程等。

水泥土搅拌桩主要用于加固新建闸室、左右岸空箱及上下游联结段挡墙的基础，设计桩径0.6m，间、排距1m，矩形布置，桩端深入稍密状态粉细砂层1m，桩基底高程4.8m，喷浆量要求≥92kg/m，设计总方量为20647.4m3。

2 湿法深层水泥搅拌桩施工工艺流程

2.1 技术优势

在基础施工环节，深层水泥搅拌桩技术以水泥为固化剂，提升受面的强度及硬度。平原区水利工程的基础施工场地，多位于淤泥土质、细砂土质区，这种软土地基采用深层水泥搅拌桩处理，可提升基础稳定性及承载力，既可加固工程基础，还可预防地基渗透。

2.2 施工工艺流程

（1）桩机就位。根据施工现场情况，利用起重机移动搅拌机到达指定点位，利用定位卡与桩位对接，误差控制在0.05m以内。

（2）水泥桩的制备与下沉。采用边喷浆边搅拌边下沉的方式，先启动搅拌机，使搅拌机沿导向架向下切土，同时开启送浆泵向土体喷射水泥浆，搅拌头向下旋转切割、搅拌土体，直到设计深度，在桩底端应就地持续喷浆搅拌10s以上。

如果搅拌机冷却水循环达到稳定状态，此时启动搅拌机，起重设备钢丝绳缓缓下降到地层切土位置。假定钻头下沉速度过慢，此时向内部注入清水，直到水泥浆与软土完全混合。采用双管齐下的方式完成桩体下沉。

（3）边喷浆边提升搅拌：搅拌机提升，当意外事故（如停电、浆管堵塞等）影响桩身质量，钻具提升后应立即回填素土，进行重新喷浆复搅，在12h内补救，搭接长度不小于1.0m。

（4）重复上下搅拌过程，假定深层搅拌设备提升过程中专门加固深度和顶面高程，需排空集料中的水泥浆气泡，让水泥浆和泥土深度混合，同时让搅拌设备在旋转状态下进行反复搅拌。

（5）移位。当搅拌桩成桩后，需移动搅拌机到下一点位继续重复上述操作，直到所有点位均完成水泥浆注入。

2.3 施工注意事项

根据上述施工流程，深层水泥搅拌桩施工需选取最佳的喷浆时间，把控搅拌头工艺特征及地层软硬度。当施工地质相对单一时，可采用提升喷浆的方式施工，目的是让桩体成桩更加快捷，也可以解决钻入喷浆施工中水泥浆附着过多不易清理的问题。除此之外，在地基地层加固施工中，利用软硬交替桩体设计及变掺量技术，需选用变量泵满足施工要求。

3 湿法深层水泥搅拌桩施工技术的具体应用

3.1 防渗墙施工技术

湿法水泥深层搅拌桩技术优势：一是利用了水利工程地基中的原有土壤，并利用硅酸盐水泥进行成墙施工，该施工技术防渗效果良好，可有效延长防渗墙的使用寿命；二是成墙的造价相对低廉，可操作性强；三是解决了水坝防渗墙开槽塌孔问题，消除了搭接不科学问题。

汉川新沟闸因自身结构影响，设计了两套防渗墙施工方案，分为双层地基的悬挂式防渗墙和多层地基防渗墙。前者主要考虑水体冲击影响及透水层覆盖面较广的问题，假定设计为封闭式防渗墙，不仅会加大施工工程量，还会提升施工难度，无法确保施工质量。对此，采用厚型透水地基悬挂式防渗墙。从技术层面分析，封闭性防渗墙防渗效果比厚型透水地基悬挂式防渗墙防渗效果更佳，因此施工中需对背水位置加强处理，合理选择防渗半径，让浸润线和防渗半径重合，最大限度降低渗漏量。多层地基防渗墙设计主要考虑到本工程透水层和弱透水层为互层关系，并且连续程度与厚度较大，渗透系数较小，因此采用半封闭的方式布置防渗墙。

3.2 搅拌桩参数取值

汉川新沟闸除险加固工程施工，需对防渗墙渗透系数和防渗墙厚度参数进行重点分析。

（1）本工程要求。防渗主墙、斜墙的防渗系数，必须小于坝体渗透系数的1/100，最终系数取值由实际工程需要决定。考虑到同等材料在防渗墙所表现出的不同透水性以及不同地基防渗效果，所以在施工前通过试验检测地基透水层材料的渗透系数。

另外，经防渗墙坡脚覆盖层水头压力测算：当地基材料渗透系数达到防渗墙的100倍时，防渗墙坡脚覆盖层水头压力为堤防总水头的60%，地基的安全效果较小不符合坝基稳定性要求；当地基材料渗透系数达到防渗墙的1000倍时，则防渗墙侧坡脚覆盖层承受的水头压力从堤防总水头的60%降到30%；当地基材料渗透系数达到防渗墙的10000倍时，则防渗墙侧坡脚覆盖层承受水头压力变为20%。

经实验与工程计算，本工程防渗墙渗透系数的合理取值范围，控制在地基材料的1/1000～1/10000。从工程规划角度分析，强透水层设计的基础是对水泥深层搅拌桩技术进行垂直防渗设计，渗透系数必须满足建设要求。

（2）搅拌桩防渗墙厚度设计。根据图1多层地基防渗墙所示结构，在确保大坝地基与坝体透水性和自身的稳定性要求后，起防渗作用的是垂直贯通坝体中心轴线的防渗墙。因汉川新沟闸除险加固工程防渗墙的渗透系数和坝体强透水层渗透系数相差1000倍以上，所以当防渗墙渗透功能达到稳定时，防渗墙厚度t采用以下公式计算：

图1 防渗墙施工方案

式中：H——防渗墙前后方位的水头差；

J——防渗墙的允许渗透坡降。

满足上述公式要求，工程的防渗墙厚度即可满足设计要求。

3.3 地基处理要求

采用湿法深层水泥搅拌桩施工，必须充分了解机械参数。搅拌桩的水灰比需＞0.5，水灰比＜0.5时，由于浆液过于黏稠，很容易出现管道堵塞的问题。一旦堵塞需及时清洗管道，并调整水灰比，随后依照施工流程继续开展作业。若需对桩位进行调整时，可在下沉搅拌设备0.5m后制桩。

深层水泥搅拌桩技术多应用在水利工程的隐蔽工程中，可视性较差，常因桩位校正不准确，导致桩位与设计位置不符的情况，需在施工前做好准备工作。施工现场，桩位放样作业后，监理人员需对作业效果进行检查，核对桩位、检查桩位轴线。

利用湿法深层水泥搅拌桩技术对软土地基进行加固后，要及时清理搅拌桩钻头，深层清理搅拌桩，并养护地基。为解决施工现场大量重型设备对桩体碾压，导致桩体发生震动的问题，需保持地基工作环境的封闭性。

4 湿法深层水泥搅拌桩施工中质量控制方法

4.1 影响湿喷施工质量的主要因素

根据施工现场情况，湿法深层水泥搅拌桩技术应用中易出现的质量问题，包括作业人员技术水平较低、施工人员管理不到位、钻进过程设备故障、施工过程中钻进及提钻速度过快、水泥施工中出现结块现象、机械设备施工过程不平整等。各类问题的成因详见表1。

表1 湿法深层水泥搅拌桩技术应用存在问题及成因

4.2 湿法深层水泥搅拌桩施工中质量控制方法

（1）施工中全流程做好技术交底工作，对现场作业人员、施工员、质检员等有关人员进行技术交底。另一方面，将湿喷桩施工相关的施工工艺、施工规范结合先进的做法和管理经验形成PPT，组织项目部人员在会议室进行湿喷桩施工专题讲座，重点是对湿喷桩施工技术参数、控制要点、质量检测标准等方面的学习，并组织相关技术人员交流学习心得。通过学习，技术人员已对湿喷桩施工的工艺流程、规范要求有清楚认识，并能清楚叙述出相关施工要领。

（2）项目部专门指派有经验的施工人员，对每台钻机的施工过程进行监控，根据在钻机立杆上所标注的尺寸，对钻进深度实施跟踪检查，并进行记录。对不能按要求钻进到规定深度的桩，立即要求返工，直至达要设计深度，并进行记录报项目部，项目部根据实际情况，对施工班组进行工程施工质量教育，并制定相关的奖罚措施，特别对个别操作工人进行思想教育。经过项目部不定时实施突击抽查、夜间跟踪检查后发现，实施相关对策后，粉喷桩施工过程中钻进深度不够的现象有很大改观，基本杜绝了钻进深度不到位现象。

（3）施工过程中，对质量及技术问题进行动态监控，约谈作业队负责人，要求其对现阶段施工中的破旧设备进行更换，必须在3天内更换完成；项目部组织专业技术人员在每天开工前对设备进行检查，并填写检查记录表、上报物资部，每天早上设备检查合格后方可进行施工，否则严禁进行施工。

（4）搅拌桩需利用搅拌机械，对浆体持续进行搅拌下沉，同时喷浆作业提升下沉工作，经过5次下沉后，提升作业结束，采用六搅五喷施工法。

（5）施工前期制定施工设备标准参数，包括设备提速、注入量、起吊速度。使用前做好浆体材料配合比强度试验，并进行样本模拟。样本式样作为准备工作的一环，需完全按照施工标准进行，对设计不合理的地方进行更改。浆体输送速度和搅拌速度需相辅相成，确保浆液搅拌充分，并使浆液同泥土充分混合，确保地基荷载力均衡。可通过改变输送泵的传速，控制流量泵流量。

（6）搅拌桩端头位置和地平面保持平行状态，目的是保证地基平整度，对搅拌桩和地平面角度进行调整。其一，起吊设备需具备平整度，和导向架呈现直角形态。设备和地面的关系检验中，若垂直度偏差在合理范围内，可不对施工进行调整。施工过程中，桩柱点位确定后还需利用设备验证点位设置是否准确。在点位验证中可利用定位卡，使偏差在可接受范围内。地基处理中，应搭接成墙，要求一次成型，各个桩柱施工时间间隔不可过长，目的是让所有桩柱连接成墙。

5 结语

通过跟踪检查监督，解决了湿喷桩施工质量问题。经200点抽检、统计，仅有4点（一般项目）的过程不能满足质量要求，其中钻孔深度不足、设备故障造成断桩（主控项目）的问题没有发生，施工主控项目满足度100%，一般项目满足度达98%，总体施工质量优良。基本杜绝了湿喷桩施工的返工、补桩等问题，解决了坝基不均匀沉降问题，加快了工程进度，缩短了工期，大大提高了施工效率和项目经济效益。