水利工程中堤防防渗施工技术

蔡楚辉

(中交四航局第七工程有限公司，广东 广州 510000)

1 工程概况

本堤岸工程码头段挡墙软基处理采用Φ400、Φ500 mm B型和Φ600 mm B型预制混凝土管桩，Φ400 mm管桩单根长约23 m，共1 274根，Φ500 mm单根长约25 m，共有278根，Φ600 mm单根长约30 m，共有1 426根。PHC桩由专业厂家生产，经水陆运输至施工现场。每根桩拟分两段施工。

2 防渗墙成墙机理

水泥搅拌桩的运作原理为：在使用钻头(一般为螺旋型)将钻孔施工满足所设计深度后，使用钻杆底端喷嘴来在周围向喷射出水泥浆液，以实现对土体冲切与掺搅。为了保证水泥浆液与被掺搅破坏后土体能够在混合时保证均匀性，则需要提升或下沉喷嘴，从而按照设计方向、深度、厚度与周围土体胶结紧密凝结圆柱体，并相互搭接成墙，以达到防渗效果[1]。

水闸闸桥、泵站及闸室结构后方8 m范围、消力池基础等为单根格栅型，布置桩径500 mm的水泥搅拌桩，固化剂选用强度等级大于42.5 MPa的普通水泥，桩底入砂层1 m。水泥掺入量通过试桩确定为22%，水灰比为0.5。

强度要求：①桩体90 d龄期单轴无侧限抗压强度上部(5 m以内)qu90 d≥1 200 kPa；②桩体90 d龄期单轴无侧限抗压强度中部(5～12 m)qu90 d≥1 000 kPa。

3 水泥搅拌桩施工工艺流程

3.1 场地整平、清理、测量放线

先平整清理原地面，清理桩位处地表以及地下的废弃物、石头、土块、瓶子、树叶等障碍物，然后对场地进行平整，遇到地表较低洼且存在淤泥或软弱土质时需挖除换填，将场内排水做到位，以避免场内积水。此外，根据预先计算好的坐标测量放出搅拌桩位置并醒目标志。

3.2 钻机就位、调平

按照设计在既定孔位上安置桩机，确保钻杆头对准孔位中心，桩位对中偏差控制在5 cm以内；钻机就位后对其进行水平矫正，使钻杆轴线与钻孔中心位置保持垂直，且在整个施工过程中保证钻杆倾斜度<1%。钻机就位且完成安装、调试后，实施低压射水试验，检验喷嘴的通畅度和压力，并检查自动计量装置等设备正常。

3.3 钻 进

开始钻进时采用低档位慢速钻进，以保证桩位准确性，钻至护筒以下时才以正常速度钻进。在控制钻进速度方面，必须要在保证适合泥浆排量的同时维持好孔内水头状态；此外，对于不同土层来说，必须根据实际施工要求来使用不同钻速、钻压、泥浆比重及泥浆量[2]。

开动钻机、空压机等，钻杆钻进50 cm后空压机开始随钻随送风，钻杆(钻头)正循环回转下沉到设计深度，钻进速度控制在1.0 m/min，为保持钻杆中间送风通道的畅通，从预搅下沉至提升喷浆完成整个过程中，空压机连续输送压缩空气。

3.4 搅拌、提升

在对两孔同时作业时，采用双轴搅拌打桩机对防渗墙施工，在两孔之间施工时，必须跳开两孔。在设计搅拌桩时，通常都需遵守的原则为“四搅四喷”，主要包含以下内容：①定位；②喷浆预搅，满足设计所规定深度方可停止；③当钻头下钻到预计深度，即可提升钻头，与此同时将已处于准备完毕状态喷浆提升至桩顶位置；④重复搅拌下沉桩这一施工不走，并要确保喷浆被送到了设计深度；⑤重复搅拌并喷浆到孔口；⑥在停止喷浆作业后，必须保证搅拌机处于关闭状态且已被记录完成全程施工记录。

钻杆钻至设计深度后反向旋转，开启泵浆机喷浆搅拌，这时喷浆、搅拌、提升三位一体，转杆提升速度控制在0.8 m/min，喷浆压力控制在0.2～0.4 MPa。水泥搅拌桩水泥掺入量为75 kg/m，施工过程中必须保证自动计量装置正常运行，并根据喷浆量及成桩直径情况调整喷浆压力。当钻机提升到桩顶以下0.5 m时，喷浆机停止喷浆。

3.5 钻进搅拌、提升搅拌

为保证桩体喷浆的均匀性、稳定性和喷浆质量以及提高桩体强度，避免搅拌不均造成断桩或夹泥，喷浆完成后需钻杆复搅。以上述空钻相同，开动空压机送风，正旋转到设计桩底，反旋转回转提升至桩顶，转杆的提升速度可控制在1 m/min左右。

3.6 成桩移机到下一桩位

上述步骤施工完成，一条桩体侧施工完成，移动桩机到下一桩位，依次对后续桩施工。桩体施工完成后按设计及规范要求开展桩身质量检验工作。

4 码头段堤防工程

码头段堤防工程需施工混凝土管桩88 258 m，搅拌桩185 880 m，挡墙土方开挖35 000 m3，挡墙混凝土7 634 m3，中粗砂回填22 050 m3。

1)一次Φ400 mm混凝土管桩施工。一次Φ400 mm混凝土管桩共964根(共33 258 m)，要求60 d完成施工。混凝土管桩采用履带式打桩机施工，计划配置4台打桩机，每台打桩机每天可施工5根管桩。按有效工作时间48 d计算，则每天需完成混凝土管桩施打964/48=20根，则4台打桩机满足施工要求。

2)二次搅拌桩施工。二次搅拌桩共185 880 m，工期为77 d。计划配置10台搅拌桩机，每台桩机每天可施工搅拌桩300 m。按有效工作时间77×0.8=62 d计算，则每天需完成搅拌桩施工185 880/62=2 998 m，则10台打桩机满足施工要求。

3)Φ500 mm和Φ600 mm管桩施工。挡墙基础开挖后铺设砂垫层，然后施打混凝土管桩。管桩分为Φ500 mm和Φ600 mm两种规格，共1 456根(共42 968 m)，工期为55 d。计划配置7台履带式打桩机，则每天可施工混凝土管桩7×5=35根，按有效工作时间55×0.8=44 d计算，则35×44=1 540>1 456根，满足施工需要。

4)桥头二次加固搅拌桩。桥头加固搅拌桩共136 875 m，计划配置10台搅拌桩机，每天可完成搅拌桩300×10=3 000 m。按有效工作时间57×0.8=46 d计算，则完成全部搅拌桩施工需136 875/46=2 975 m<3 000 m，10台搅拌桩施工满足施工要求。

5 确保水泥搅拌桩施工质量符合标准可采取措施

1)施工前对土体实施土工实验，以了解施工区域土体的各项性质。

2)工艺性试桩在成桩后，区域内严禁行走载重汽车，以免影响桩体强度增长，在7 d后可利用轻型动力触探检验成桩直径和均匀性等，成桩14 d后，方可人工开挖桩顶以上覆盖的砂土，开挖时应保护桩头质量，桩顶以上50 cm砂土层严禁采用机械开挖。

3)桩机设备必须配备用于观察搅拌机的下沉和提升速度、成桩深度、复搅深度、停灰面高程、不同深度每延米桩体喷浆量的自动记录装置，并保证施工期间设备正常运转。

4)为更好地保证桩体的垂直度满足规范和设计要求，在与主机相互垂直的平面上分别悬挂两个重0.5 kg的吊线锤，并将吊线加以控制，使其与钻杆上、下、左、右四个方向距离都能通过相同方式来实现控制桩体的目的。

5)试桩施工前在附近区域开挖降水井，保证工作面与地下水位之间距离>1 m。

6)安排专人记录搅拌机每次提升和下沉的时间，深度误差和时间误差分别控制在5 cm和5 s之内。对于施工中发现的问题及时采取措施，在备注栏中注明；施工过程中水泥供应的连续性，记录好每次的水泥用量和干粉水泥的输入时间[3]。

7)检查每根成型的搅拌桩、搅拌桩质量时，其重点内容是避免水泥用量、水泥浆拌制罐数、压浆过程出现断浆状况，同时要关注该部分内容的喷浆搅拌提升时间与复搅次数，所以应做好详细的施工记录。

8)在第一次提钻喷浆时，要在桩底部位置停留10～30 s，以确保水泥搅拌桩、搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量。

6 质量检测

6.1 挖桩检查法

在目前的软基设计规范规定中要求使用挖桩检查法。挖桩检查主要查看桩的成型状况，鉴定桩体的圆匀形状、是否存在回陷和缩颈现象等方面，观察搅拌均匀度、凝体松散度，检查桩顶平齐度、间距均匀度。

6.2 轻便触探仪触探法

在使用该方法来对粉喷桩进行检查时候，需注意的施工要点包括。

1)对桩的探测深度要控制在4 m以内。

2)触探仪的触探点避开中心位置，通常触探点定在中心位置2/5桩径的地方，该方式的目的主要在于避免接触一些搅拌盲区(如中心水泥含量偏少、水泥强度低等)。

3)对于整体施工流程来说，触探仪穿心杆一定要持续保证是处于垂直状态。龄期增长会让桩身强度慢慢提高，所以静力触探法较适合在成桩后的短时间内使用。该方法具有快速、简单的特点，但是，无论从理论还是实践上都要继续深入研究探讨，且在得出结论的同时积极推动测试设备的改进和完善。因此暂时未将此方法列为水泥搅拌桩的方法。

6.3 钻孔取芯法

就目前常用的质量检测方法而言，钻孔取芯法较常用。这是因为，该方法所测定出结果能够比较确切地反映出水泥桩质量。在使用钻孔取芯法时，需检测钻机受各方面影响程度。如果是在正式检测前就要确定钻机选择时，鉴于本工程中水泥桩强度都比较低，因此要采用选用钻压较小且立轴最大的钻机。值得注意的是，要在检测过程中尽可能地避免压碎桩体取不出芯样这一情况。

7 结束语

水泥土搅拌桩的钻探深度和水泥掺入量要结合现场的施工条件、实际要求等多种因素确定，水泥土搅拌桩防渗墙是由水泥土搅拌桩多桩搭建而形成连续密实体的墙体。近几年，水泥土搅拌桩防渗墙技术开始被大规模应用在水利工程中，经检查、检测，水泥土搅拌桩防渗墙墙体较为均匀，墙体连接较好，桩位偏差在规范和设计要求范围内。此外，无侧限的抗压强度可以满足设计要求，且渗透系数小于设计值，防渗效果十分明显，既可作为承载桩使用，又具防渗效果，能够发挥两方面的作用。

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