水利水电中基粉喷搅拌桩连续墙技术的应用探析

摘 要 水泥粉喷桩续墙技术是利用工程机械对土质提坝及建筑物的基础通过外力强行搅拌，同时向建筑基础中喷入事先混合好的水泥粉，这样搅拌土在重力及搅动力的双重力量下不断下降，最终在基座处自发形成了坚实构筑物，大量的工程实践已然证明地基喷粉搅拌桩连续墙技术在工程防渗漏建筑物、堤坝工程、高速工路等常见的堤坝渗透失稳的修补工程是非常经济实用的一种工程技术措施。探析该种技术对现如今的工程施工有着重大的现实意义。

关键词 水利水电；基粉喷；连续墙；工程技术

中图分类号：TV223 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-122-02

1 水泥粉喷搅拌桩连续墙技术介绍

通过搅拌装置的震动将软土和固化剂，强行搅拌混匀形成坚固的地基是深层次搅拌加固法的基本原理。其中水泥、石灰等是部分固化剂，因此可以作为软土地基层所用到的材料。不仅如此，软土地基还在强大的外力作用下，开始将松软的土质振紧，有空隙之处被搅动中的固化剂和水泥填满，这样就直起到了将地基填实，而后静置，固化剂起到固紧周围软土质与水泥的作用，最终形成了更加紧密坚实的地基。

桩搭接形成的连续墙对地下构筑物的取代是通过软土地基深层搅拌加固法实现和得到巩固的，其在水利工程运用中得到重要的应用。

加固法一般在过去用于加固淤泥、淤泥质土、粘性土质、粉末状土质等软性土地基。现在采用地基水泥搅拌粉喷吹技术用于建设水利工程的防治墙，是该方法的应用的一个重大突破。地基水泥搅拌粉喷吹技术来建设水利工程可将固化剂由水泥浆为水泥粉制备，简化工序同时又充分满足河床覆盖层含水层水量大的特点。

地基水泥粉喷搅拌桩技术特点：

1）不需要施工平台（缓冲固壁压力），因此可以避免成孔固壁问题。

2）水泥粉喷搅拌桩连续墙技术在防渗墙的设计强度和防渗效果方面有广阔的应用前景。尤其在堤防工程防渗墙建设及加固处理堤防工程中应用良好。

3）搅拌机械的螺旋状搅拌头在施工中振动不大，对其他环境没有影响。对于已建堤防工程的防渗墙的加固处理可以相当好的运用此方法。

4）为了加快施工速度和保证搭接质量，需要根据搅拌位置的不断变化来移动搅拌装置，因此解决好这个问题是保证施工质量，速度和安全的关键。地基水泥粉喷搅拌桩技术设有油压移位装置，通过该装置的机械操作能很好的解决这个问题。

总之与传统方法相比较，该技术方法能根据搅拌位置不断变化移位以提高效率。是中、浅深度截水墙的施工较为普遍采用的工艺之一。

2 在水利工程中的应用实例

2.1 湖南省邵阳市水渠改扩建工程

20世纪90年代，湖南省邵阳市绥宁县河灌区需要进行水渠的改建与扩建项目中，充水高度约5 m的橡胶坝新建在原先的滚水坝前，基础设计厚度达到6 m的细砂石，一段时间后经发现存在液化问题。施工中在橡胶坝底板前缘位置灌注一道基底连续墙，柔性联接橡胶坝底的前齿墙，在施工中肯定会穿过粉砂层及细砂层，通过综合比较和全面分析，工作人员决定采用水泥粉喷搅拌桩连续墙技术，当然这其中还涉及到施工方案的确定，以及部分施工图纸的更改，但是最终正是由于采用了该种技术，施工搅拌机械在含砾砂地层中的钻进以及在两道桩墙之间形成紧密接接和有可能出现的断桩等一系列工程难题才得以解决。该工程总计花费时间25天，完成总进尺4176.5 m，完成了所有面积的防渗墙改造。各项工程均达到质量指标，完成了设计要求，而且提前完成任务使施工效率得到很大程度提高，而更加值得关注的是，时隔20年，当年运用该套技术的水利工程依然完好，由此减少了工程施工的重复投资。

2.2 水泥粉喷桩加固桥梁墩台

工程概况：长白线K124+675建立此工程，天然承载力标准值只有80 kPa～100 kPa，为了满足设计要求，墩底设计承载力300 kPa。采用水泥粉喷桩加固持力层土，以加大桥墩施工地基的承重和以后可能出现的基础沉降等问题。

地层岩土成分为：杂填土、粉土、粉质粘土、粉砂土、细砂、粉质砂岩与泥质页岩互层、粉质砂岩与泥质页岩互层。设计方案：1）桩体直径0.60 m；2）在水泥土中掺入一定量的水泥，提高标准强度值，这一掺入量和最终的标准强度值是在室内强度试验中所确定的；3）桩长的设计。

水泥粉喷桩取代钻孔灌注桩的优点：

1）不需要钢筋，节约钢板、钢管。

2）设备简单容易上手操作、设备齐全机械化程度高、施工难度相比传统的钻孔灌注桩较低，不会出现后者存在的泥浆制备、超声波监测等复杂甚至人工操作的工艺。此外，后者还存在许多安全问题，而水泥粉喷桩技术涉及到的人力相对较少，降低施工安全风险。

3）由于机械化程度高，所以参与工程的劳动力减少；对施工地和附近地基影响较少，所以施工场地的应用范围广，不受大部分限制；设备较传统方法中的先进，能大大提高工程施工效率，缩短工期，劳动强度低，经济效益高。

4）整个施工过程中，无振动，无噪声，绿色无污染，对环境和人居的保护概念到位。采用水泥粉喷桩进行地基加固处理替代深基础，适宜软弱土层不太深的桥梁工程改造，因为基础不受冲刷影响，同时可降低工程造价，减少劳动强度，节能环保。

2.3 兰海高速公路黄土软基处理

该工程的概况为：全长为43.336 km的高速公路，周围有大片广泛分布的农田，分季节种植许多经济作物，同时还散落分布数量不小的蓄水塘和鱼池养殖基地。由于这些地区特殊的农业和渔业的灌溉、蓄水等需要，水资源丰富且流动性大，不可避免地积累地表水，从而使过量的水不断向地下浸润，使地下水位升高。这一重要的原因使得黄土层饱和以及软化，在局部形成厚度不等的软塑-流塑状软土地层，此土层含水量高，不均匀沉陷的可能性大大增高，给公路带来无法避免的损害，甚至引发连环交通事故。

这种由过量地下水和黄土地形成的软土地基的修补措一般方法可通过换填法和强夯法来改善地陷的难题。但在该工程中，情况十分特殊。首先，周围耕地多，需要与农业部门协调；其次，正是由于占用耕地面积大，所以大面积黄土层易导致的沉降量也大大升高；再次，如果只单一通过换填法或强夯法来弥补黄土层的弊端，不仅前期工程浩大，后期对公路和周围地表的养护工作也十分困难。由此想到该项目可以通过水泥粉喷桩技术加固黄土地层的方法来改善传统方法的弊端。

由上描述，需要确定处理方案，设计计算公式，选择设计参数，选择平面布置形式等基本问题。

在黄土地区水泥粉喷桩处理软土地基是一项技术创新。首先，其抗压强度高（比天然软黄土的承压能力有大大提高）。其次，其质量良好，改进加固工艺后的黄土地基，是水泥和天然土层的复合体能大大减少沉降量。再次，由于机械化程度高，人力资源得到节约，且工作效率高所节约的工程款项使最后综合的工程造价低。比采用混凝土灌注桩等类似的刚性工程费用低50%左右。

3 水泥粉喷技术在建筑物设计方面的应用

3.1 方案确定

首先，应该收集该工程的地质资料、需要哪方面的加固情况、地下防渗墙技术指标的确定是否需要运用粉喷搅拌构筑物工程方案的必要前提。其次，在收集资料后施工之前通过大量实验做一些相关的模拟。在实验室内通过小批实验确定不同工程适宜的水泥类型及配套的外掺剂。包括外掺剂材料的选择情况和为施工人员提供的强度参数和渗透系数。对于地基加固工程，需要根据载重分布、受力柱分布、建筑物结构等各项工程技术参数指标，通过大量平行实验确定合理的掺灰比。

3.2 复合地基承载力的确定

计算单个桩与群体桩复合地基承载力时应该按照相关标准进行，不得忽略任何一个细节和必要因素。分析建筑物受力情况的同时兼顾节省材料和提高施工效率，集合桩身的轴向力是自上而下逐级递减的特点，测算桩身的最大轴向力。根据最大轴向力确定桩的直径范围，以及桩身强度，因此在下部适当逐渐减少水泥掺入量能满足上述要求。

3.3 防渗墙工程设计

l）选择渗透系数。在堤坝或地基原状土中掺入部分水泥混凝土后，水泥基粉喷搅拌桩防渗墙成形，又不能人为破坏地基土中的颗粒结构，因此所带来的后果是在一定程度的限制桩体渗透性，同时成桩深度较小，基本不会大于25 m，水泥基粉喷防渗墙非常适用的构筑物往往是在透水地基上的。

首先在透水地基上建截水墙的主要目的是降低建筑物地基渗透率，从而使建筑物在长期一段时间内总体稳定。因此，地基渗透性情况的良好与否直接关系到截水墙的渗透性。对截水墙的相关参数描述在《水工设计手册》中记录的十分详细，其中渗透系数Ks与地基的渗透系数Ko之比，是十分关键的数据，这些关键数据在截水墙施工时是相当重要的。通过参照一般性的透水地基对建筑物地基的防渗性要求对水泥粉喷搅拌防渗墙的设计来确定渗透系数的最大值，这个上限值是在具体施工当中非常要紧的一个数据，不仅仅要通过它来确定施工方案，施工过程中的误差参照标准，更要优先而准确的确定这些数据，以免在施工或者使用过程中出现安全问题。

2）确定稳定性和抗弯强度的相关数据。一般的工程计算中不单独计算桩体防渗墙稳定性和抗弯强度。采用本文中所描述的水泥基粉喷技术建造工程建筑物时，由于建筑物墙体的载荷量、建筑物离地面的高度和地基水位不同，将会使墙体承受的侧向推力不同。因此，在实际施工中应该按照上述问题的相关参数和性质进行稳定值计算，得出相关的系数和受力指标，再根据这些系数和指标逐步确认施工中的具体操作和误差参照标准，同时这些数据也是建工人员考核和检查安全隐患的重要依据，不得不说是工程计算中又不可确实的一步，总之，在本文所描述的水泥基粉喷技术用于防渗墙的设计中有必要计算稳定性和抗弯强度数据。

4 水泥粉喷技术的具体实施准则

4.1 施工过程中用到的机械器具

1）搅拌机：SJB-1型功率为2X35kW，SJB-2型为第二者，前者搅拌深度l0 m～l5 m；后者功率2X45kW，搅拌深度15 m～25 m。

2）空压机（一般为l.7 m3/min）

3）水泥粉贮存发送器（容积大于500 L）。

4）压力胶管（连接空压机、搅拌机进灰口和水泥粉发送器），水泥发送器，电源和各电器装置相连接的电缆材料，控制灰罐加料装置。

4.2 具体实施工艺

1）找准位置后启动搅拌机油压装置，预热机器后，调整油压装置到合适位置，使搅拌机平台平整，对准钻口的孔位，为下一步的下沉提供合理的空间和准头，一定要防止出现位置偏差而造成的安全事故，因此不仅要熟练操作机器，而且要两至三个人检查搅拌机是否到位。

2）完成上一步的对准工作后，预搅扮，搅拌头在下沉过程中保持连续，避免其被其他杂质和地基堵塞。工作人员要时刻观察搅拌头的运行情况，根据实际现象判断是否下降和下降速率，以此可以减少搅拌头的磨损情况。

3）回升的过程也应该按照设计的速度进行，不可强行拉出，不管搅拌装置对周围地基的影响。一般是在搅拌钻头下沉到目的深度后，开启空压机边喷粉，边提升，不断重复该过程，以达到完美效果。

4）来回搅拌，进一步掺入水泥或进一步搅拌均匀时，可再次将搅拌钻头下沉。

5）移位，该过程中需要机械或人工将搅拌棒与搅拌桩进行不断地移动，使得砂质或软性土质能够不断坚实，使得固体剂和水泥浆渗和到土质中的孔隙中，最终将这些软性土质粘连紧密。

5 结束语

本文中初步探讨了水利水电建筑物施工过程中对基粉喷搅拌桩连续墙技术的应用，其中对技术方案的确定与相关指标系数进行了深层次的探究，总结了水泥粉喷搅拌施工的工具以及施工工艺，此外还通过一系实例说明了该种技术过去以及目前在水昨工程建设中所起到作用重大，粉喷桩质量及工艺设计一般是以实验室的模拟试验为依据，在确定各种基础条件，以对施工中的具体设计施工提供帮助。

参考文献

[1]王晓峰.水利工程中软基处理方法及技术[J].中国新技术新产品，2010（21）.

[2]许晓东.水泥喷粉喷搅拌桩在水昨工程中的应用与研究[J].广西水利水电，2012（12）.

[3]朱貌贤，曾小芽.采用粉喷深层搅拌桩加固九层楼房的设计与施工[J].湖南水利水电，2007（4）.

作者简介

夏帮建，男，学历：成人本科，二级水利工程建造师，职称：水利工程师，研究方向：水利水电工程。