深层搅拌桩在堤坝加固工程中的应用

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摘要：目前，深层搅拌桩技术在国内堤坝防渗中使用的比较广泛，其独特的优势必将在水利工程上具有广阔的发展前景。本文因考虑到实际的施工条件和特殊的地质情况，并结合我国国内的防洪堤堤基处理的最新动态，从施工工艺、控制要点、检测方法等方面对深层搅拌桩在堤坝加固工程中的应用进行了探讨。

关键词：深层搅拌桩；堤坝；应用

中图分类号： TF351.5+2 文献标识码： A

1 前言

水泥土深层搅拌桩施工是将水泥用作加固剂，使用特制的深层搅拌机械，在地基深部将水泥、水和软土进行强制性的搅拌，进而使软土硬结形成桩体，形成地下连续的防渗墙，达到防渗止水的效果是水利工程中的主要作用。在堤坝深层搅拌桩施工过程中，怎样有效的控制深层搅拌桩的质量，保证成墙后的防渗止水效果，成了深层搅拌桩在水利工程中需要探讨的一个热点问题。

2 施工准备

施工之前首先应该将场地处理平稳，清除桩位处地上和地下的所有障碍物，尤其是大块的石头、树根和其它的生活垃圾。

（2）对于工程中要用到的水泥要提前送往相关部门对其进行严格检验。

（3）施工之前对所要用到的各种仪器仪表进行检查标定，主要包括密度表和压力表，另外，对于要使用的每一台桩机都要配备水泥浆测定仪，不能有任何遗漏。

（4）在每台桩机的钻架上画上钻进刻度线，将深度清楚的标写在上面，方便查看。

3 施工工艺

水泥土深层搅拌桩是软弱地基非明挖深层加固的一种施工工艺。它主要是利用深层搅拌机把水泥等材料送入到软土层的深部，同时还要使用施工机械对其进行搅拌，再使其与软土充分搅拌。同时配合上水的作用，就可以使水泥等材料和软土之间产生一系列的物理化学反应，使原来软土的性质也发生改变，硬结成水泥土，并具有显著的抗水性和整体性。水利工程中，深层搅拌桩主要在水工建筑物基础中形成复合地基，通过桩体相互搭接成连续的防渗墙。其主要的施工工艺包括以下几点：

（1）对中：吊车悬吊搅拌机到达指定桩位时就位、对中。

（2）预搅下沉：启动深层搅拌机电机、放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿着导向架搅拌下沉，要特别注意的是，下沉的速度绝对不能大于电流的额定值，而且整个过程要用电机控制装置的电流监测表进行控制。

（3）制备固化剂浆液：深层搅拌机预搅下沉的时候，后台设备就应该开始拌制固化剂浆液，等到压浆前将浆液倒入集料斗中。

（4）搅拌提升：深层搅拌机下沉到原本设计好的深度后，应该将灰浆泵开启，等到浆液到达喷浆口时，再按规定的提升速度一边喷浆、一边提升深层搅拌机。

（5）搅拌：深层搅拌机喷浆提升至设计顶面的标高后，应该再让深层搅拌机一边下沉一边喷浆，到达设计要求的深度后，关闭灰浆泵，此时，集料斗中的浆液应该正好排空，这时再将搅拌机提升出地面。

（6）移位：重复上面阐述的这5个步骤，并准备进行下一根桩的施工。

4 施工过程监控要点

（1）定位放线：施工过程中一定要严格按照设计图纸对桩位进行反复核实，同时，监理人员还要核查放线、钢尺、仪器的鉴定证书等；另外，钻机必须配备电脑控制装置，以便于能够随时打印出数据来，在验工计价时把所有数据附上，不然就拒绝计量。

（2）开工前报告专项施工方案，例如总体平面布置、桩号编码、分区划分等，第二天开工之前要对前一天完成桩的原始记录和电脑打印资料进行上报。

（3）钻机就位后要控制好机架的水平与垂直度，可以选择在主机上悬挂一个吊锤，通过吊锤与钻杆上下左右距离相等和机械上的表盘来对其进行双重控制，桩机的垂直度一定要控制在不大于1.5%的范围内。

（4）对于已经成型的每一根桩都要仔细检查，尤其是水泥的用量和泥浆拌制的罐数，同时还要查看压浆过程是否出现断浆现象、喷浆搅拌提升的实践及复搅次数是否符合要求。

（5）水泥搅拌桩施工采用的是“二喷四搅”工艺。带水下钻也是不允许的，所以第一次下钻时喷浆量应小于总量的1 /2，过多的话会堵管。另外，第一次下钻和提钻时都要采用低档操作，复搅时可以适当的提高一个档位。每10m桩的正常成桩时间应该控制在65分钟左右，每台桩机每天钻孔的深度不能大于200 m，喷浆的压力不能小于0.5 M Pa 。

（6）为了能够保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身的质量，第一次提钻喷浆时应该先在桩底部停留30 s，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留30 s 。

（7）施工过程中必须严格控制喷浆时间和停浆时间。严禁在还未喷浆的情况下进行钻杆来提升作业，而且每根桩开钻之后应该连续工作，坚决不能中断喷浆，储罐内的储浆不应该小于一根桩的用量加50 kg 。

（8）施工中如果发现喷浆量不足，监理工程师就应该及时要求整桩复搅，复喷的喷浆量不能小于设计用量。如果有停电或机械故障等事故导致喷浆中断时，应在12个小时内采取补喷处理措施，并及时记录中断时的深度，然后将补喷情况填报于施工记录表内。补喷重叠段应不小于100 cm，超过12h时就应采取补桩措施。

（9）现场施工人员应该做好施工原始记录的填写工作，记录的内容包括：施工日期、施工桩号、天气情况；喷浆深度、停浆标高；管道压力、灰浆泵压力；钻机转速；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度。

5 质量检验

5.1 检验方法

水泥土搅拌桩成桩7d时可采用轻便触探法进行桩身质量检验.a：检验搅拌均匀性：用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。b：角虫探试验：根据现有的轻便触探击数（N10）与水泥土强度对比关系来确定，当桩身l d龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求;或者7d龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4m。

水泥土搅拌桩成桩28 d后，可以采用钻孔取芯的方法检查其桩土搅拌均匀程度、完整性及桩的施工长度。每根桩取出的芯样都要由监理工程师现场指定相对均匀部位(宜取桩半径中心位置)，再送去实验室做((3个一组)28 d龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做3个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为1%一1 .5%。

如果水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10%，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10%小于20%时，则应在该段进行同等补桩；如果不合格率大于30%，则该段水泥搅拌桩为不合格。

对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。

在对施工质量有怀疑或者在软土层深厚的地方，可在成桩28 d后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的0.2%，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。

搅拌桩验收时，应提供下列资料:

a.施工材料检验和现场室内试验报告：

b.施工参数、施工配方及施工工艺流程等资料；

c.施工记录和施工记录汇总；

d. 施工质量检验报告；

e.竣工图及竣工报告。

5.2 外观鉴定

（1）桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。

（2）搅拌均匀，凝体无松散。

（3）群桩桩顶齐，问距均匀。

6 深层搅拌桩的施工原理及试验情况

6.1 深层搅拌桩的施工原理

深层搅拌桩技术是利用深层搅拌机械在软弱的地基内一边钻进一边往软土中喷射浆液或雾状粉体，同时借助于搅拌轴的旋转搅拌，使喷人软土中的浆液(水泥浆、水泥砂浆)或粉体(干石灰粉、水泥粉)与软土充分拌合在一起，形成抗压强度比天然土高得多并具有整体性、水稳性的桩体，由若干根这类桩柱体和桩周土构成复合地基，水利工程中根据防渗需要将深层搅拌桩柱体一根根地紧密排列构成地下连续墙体。

6.2 深层搅拌桩的试验参数

深层搅拌桩施工时的水泥掺人量会对深层搅拌桩桩柱体的成桩质量造成直接影响，同时还影响着桩体的强度与抗渗系数，甚至还直接关系到单位工程造价。目前深层搅拌桩实际应用时一般的水泥掺人比为7%-15%，有时达20%。根据本工程的地质条件及使用要求，选择水泥掺人比分别为13% ，15%，17%三组试验桩，分别钻孔取芯做桩身强度和防渗试验，以确定水泥掺入比参数，达到防渗经济合理、安全可靠的目的。另外，根据施工机械的配备及对桩体设计的要求，初步选用的其它试验施工工艺技术参数如下：

①采用四搅四喷单序连续施工;

②搅拌机的搅拌叶片直径为0.55m，选定施工孔距为0.40m，误差应小于0.05m；

③水泥要求采用普通硅酸盐水泥，并且其标号不低于425#；

④水泥浆液的水灰比为0.50；

⑤搅拌机的搅进和提升速度为0.50m/min；

⑥桩身的垂直度小于1/200。

6.3 实验过程

以枝江市裴圣水库除险加固工程为例，本实验主要根据三种不同的水泥掺人比，各施工16孔深层搅拌桩，孔深l0m。试验性施工于2013年4月1日正式开钻，试钻操作基本按上述施工技术参数的要求进行，

4月中旬，任意选择三根不同水泥掺入比的深层搅拌桩进行钻孔取芯并做室内强度和渗透试验，试验结果出来后，对第一阶段试验中存在的问题进行分析，并进一步调整、确定较为切实可行又容易规范操作的施工技术参数，进行了再一次的实验性生产施工，长度约400m，水泥掺人比为15%。在第一阶段试验中曾出现一些新问题，因此对某些技术参数作了调整：

（1）由于本次试验是在新夯填粘土的坚实平台上进行施工.，钻杆所承受的扭矩比在淤泥等软基中要大得多，同时夯填粘土中含有较多的石块，这就给搅拌机的搅钻增加了施工难度，导致其出现了钻杆扭断的机械故障。所以，施工中在夯填粘土平台以下先行采用斗宽为0.60m的挖掘机挖一条深沟，深度为新夯填土的厚度，一边挖一边捡除大的石头，然后回填至平台顶，最后再开始实施深层搅拌桩。进行处理之后，搅拌机的搅进比之前明显顺利了很多，鉴于此，对搅拌机的搅进和提升速度也作了调整。

（2）由于新夯填粘土较为燥干和密室，而沙基的失水性相对比较大。根据实际土层的情况，允许水泥浆液的水灰比在0.50-0.60之间根据实地情况调整选择使用，以相应改善搅拌的和易性，在相同的搅拌速度下可提高搅拌的均匀性。

6.4 试验检验及成果

6.4.1 桩身钻孔取芯

在水泥掺入比分别为13%, 15%, 17%三组试验桩中进行钻孔取芯，取样后做桩身强度和防渗试验。从现场取出的芯样情况大致描述如下:

(1)水泥掺入比17%的桩体芯样:桩长9.0m，成桩效果较好，桩的连续性也较完整，水泥土的芯样呈长桩状，特别是在沙层中成桩的效果更好。其中孔深4. 1m - 5.0m的地基土层为淤泥质夹沙、粘土，含水量大，再加上固结时间短，芯样呈柱状或片状。

(2)水泥掺入比15%的桩体芯样:桩长9.0m，成桩效果及桩的连续性挺好，水泥土的芯样大部呈柱状。上部人工填土部分芯样可见少量气孔蜂窝状，沙层中成桩效果比较好。其中孔深3.8m - 4.7m的地基土层为淤泥质粘土、夹沙，含水量大，由于固结时间短，芯样呈碎块状。

(3)水泥掺人比13%的桩体芯样:桩长9.5m，孔深4.7m以上成桩效果相对比较差，芯样大部分呈短柱状。上部人工填土部分芯样见大量气孔蜂窝，芯样磨损大，孔深3.7m一4.7m的地基土层为淤泥质夹沙、粘土，基本没有芯样可取，4.7m以下沙层成桩效果尚好，连续性也比较好。

6.4.2 试验成果

实验表明：水泥掺入比的和深层搅拌桩的桩体强度成正比，而其渗透系数却与之成反比。同时，在沙层中的桩体强度明显比在土层中的大，但是在沙层中的桩体渗透系数却比土层中的小。可以看看出，水泥掺入比对深层搅拌桩的桩体强度及防渗效果有直接影响，而且在沙层中桩体的强度、成桩效果、及防渗效果比在土层中要好，其渗透系数也刚好能够满足堤坝防渗的设计要求。

6.4.3 与其它堤坝工程防渗加固工程的比较

深层搅拌桩防渗墙与其他水利堤坝工程防渗加固措施相比，其防渗能力是属于较高的。水利堤坝工程防渗加固目前还不够到位，风浪、自蚁等侵蚀也对堤坝有着非常严重的威胁，大部分堤坝仍存在漏水现象和其它安全隐患。和其它土坝防渗加固方法相比的话，深层搅拌法的突出特点为：主要适用于处理堤身、堤基和堤身的接触面以及堤基浅层渗漏通道，成墙工效较快，适用土层主要为第四系全新统松散堆积的砂性土、粘性土，且土体中不含人量块石、卵石等粗颗粒。

7 几点建议

（1）由于各地土质有差异，桩机的类型和性能的不同，因而在搅拌桩正式施工前应按施工组织设计确定的施工工艺制作数根试桩以确定各项施工参数。

（2）搅拌桩桩身质量及完整性的检测，还没有足够成熟的方法和有效的途径，在目前水平下，建议以单桩静载试验为主，可辅以挖开及钻芯检查，钻芯检查只能作为参考，不能作为评定依据。现场水泥土强度检验，最好挖开桩头及桩头下一定深度，人工取样进行立方体抗压强度试验。

（3）加强施工过程监控，提高工法的技术含量。监理人员应加强进场的水泥量的复核控制，认真检查施工记录，将每天每台桩机的总进尺量与进场的水泥量进行对比；计算出单桩每米所消耗的水泥量与理论消耗量和试桩时所确定的单桩水泥消耗量进行对比；将每天每台桩机总进尺量与试桩时确定的每天每台桩机的最大生产能力进行对比，从而明确生产过程的真实、合法性，杜绝偷工减料现象的发生。

8 结语

深层搅拌桩在堤坝防渗加固工程中的应用已经得到了水行政主管部门及水利专家的重视与认可。目前，在水库除险加固及堤防加固工程中，采用深层搅拌桩处理土坝坝体渗漏及加固坝基越来越广泛，深层搅拌桩在水利工程防渗中应用还需广大水利工作者不断探索，总结经验教训，把我们的水利建设事业发扬光大。

参考文献：

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