多头小直径水泥土搅拌桩在截渗中的应用

摘要：多头小直径深层搅拌桩水泥土截渗墙接头的防渗处理，采用错位搭接的形式，经过注水检测，这种搭接头施工简单，截渗效果好，不用增加任何施工设备和辅助工艺。 本文介绍了此项工艺在南水北调支线上的应用。

关键词：深层搅拌桩错位搭接南水北调

中图分类号： TV42 文献标识码： A

一、工程概况

1.1工程概况

徒骇河倒虹吸工程位于聊城市东昌府区潘屯村南的徒骇河上，起点桩号为36+813，末端桩号为37+091，建筑物全长278米。徒骇河倒虹吸设计输水流量为50m3/s，工程级别为1级建筑物。

徒骇河倒虹吸采用3孔钢筋砼箱涵，每孔3.5m×3.5m，每节长9~12m，洞身下均设C15素砼垫层，分缝下均设钢筋砼垫梁以减少不均匀沉降；为方便运行管理及检修维护，每隔200m左右设置0.8m×0.8m的检修井。洞身段基础采用多头小直径水泥土搅拌桩对地基围封处理方案，防渗墙厚度0.3m，防渗墙面积约4427.9m2。地基处理范围：长度方向为整个洞身长度范围内，宽度方向为整个洞身宽度范围内，搅拌桩采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，搅拌桩水泥掺入比15%（与被加固湿土的质量比）。

二、参数设定

2.1设计参数

（1）加固剂：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；

（2）水泥掺入比：15%（与被加固湿土的质量比）；

（3）有效桩长3.94～11.18m，施工桩长 4.44～11.68m。保证桩深穿透粉细砂层以下1米；

（4）最小墙厚：不小于300mm；

（6）搅拌桩渗透系数：不大于2×10-6cm/s；

（7）搅拌桩抗压强度：不低于1.5MPa。

2.2施工参数

（1）水灰比：1.5：1，泥浆比重：2.5/(1.5/1+1/3.1)=1.37；

（2）垂直度允许偏差：≤0.5%；

（3）桩位允许偏差：≤1cm；

（3）桩径：本次共投入多头小直径搅拌桩机2套，一套一次成墙，一套两次成墙。

一次成墙桩桩径440mm，桩距320mm，搭接宽度120mm，理论成墙厚度302mm，下一单元移位960mm，具体成桩布置图详见下图：

两次成墙桩桩径380mm，单序桩桩距450mm，临序桩桩距225mm，搭接宽度155mm，理论成墙厚度306mm，Ⅱ序桩移位225mm，下一单元移位1350mm，具体成桩布置图详见下图：

（4）水泥掺入量

每米桩（包括3颗桩）长掺入水泥量：

1）一次成墙桩

每米土的体积：3V=3×πr2×1m =3×3.14×0.222×1 =0.456m3

土的湿密度：ρ=1.96g/cm3=1.96×103kg/m3（地勘报告）

每米土的质量： G=V×ρ=0.456m3×1.96×103kg/m3=893.76kg

15%的水泥掺入量M=893.76kg×15%=134.06kg

即：每米桩长水泥掺入量为134.06kg；需要加水134.06×1.5=201.09kg；

需要配置水泥浆体积(201.09+134.06)/1.37=0.25m3。

2）两次成墙桩

每米土的体积：3V=3×πr2×1m =3×3.14×0.192×1 =0.34m3

土的湿密度：ρ=1.96g/cm3=1.96×103kg/m3（地勘报告）

每米土的质量： G=V×ρ=0.34m3×1.96×103kg/m3=666.52kg

15%的水泥掺入量M=666.52kg×15%=99.98kg

即：每米桩长水泥掺入量为99.98kg；需要加水99.98×1.5=149.97kg；

需要配置水泥浆体积(149.97+99.98)/1.37=0.18m3。

三、施工方法

3.1一次成墙桩机施工方法

（1）测量放样

根据业主移交的水准点和控制网点坐标等永久标桩进行复查核实，确保准确无误。根据施工图纸，用全站仪定出防渗墙轴线，按设计图定出每单元桩的桩位以及应该打设的深度，并做好标记和记录，编制防渗墙施工桩深控制表，每根桩位平面允许误差≤1cm。每个单元幅起始点用顶端涂有红漆的30cm长竹签垂直插标，标志点高出地面5cm左右。桩位测放完毕后报监理核查，合格后方可施工。

试验桩按同样的方法，测放两个单元桩位。测量工作由专人负责，实行定期复测、校正。施工期间所有的施工放线、测量记录和绘制图表及时整理、汇编、妥善保存，做为施工记载资料。

（2）桩机就位

搅拌桩机到达作业位置，由当班机长统一指挥，移动前仔细观察现场情况，确保移位平稳、安全，待桩机就位后，调整桩机液压支腿，使调平装置中三个水管液面偏差在±3mm内。同时，在钻杆顶部用10米长细钢丝悬吊一锤球，下部放置一个间距为1厘米的圆盘，可从圆盘直接读出偏移尺寸及方向。每次调平搅拌桩机平台后使静止状态下锤球对准中心，向下钻进一半时，读出锤球中心偏移刻度，打倒桩底时，再读出刻度，如果超出允许偏移量则对机架重新进行复钻，确保垂直度偏差不大于0.5%，并在桩机架上画出以米为单位的长度标记，便于钻杆入土时观察、记录钻杆的钻进深度，确保搅拌桩长不少于设计桩长。

（3）配制泥浆

按本方案“四、参数设定”规定的参数并结合每单元幅（或每序桩）的桩长配置水泥浆，按每单元幅（或每序桩）一桶浆定量，严格控制每桶搅拌桶的水泥用量及液面高度。水泥浆的制备须有充分的时间，要求不小于3分钟，以保证搅拌均匀性。水泥浆从泥浆搅拌机倒入储浆罐时，必须通过过滤网，把水泥硬块剔出。浆液进入储浆罐中必须不停地搅拌，以保证浆液不离析。拌制浆液的时间超过3个小时的应作为废浆处理，施工时泵送水泥浆必须连续，水泥浆用量、泵压以及泵送水泥浆的时间应有专人记录。

（4）喷浆搅拌下沉

启动浆喷机电动机，放松起重机或卷扬机钢丝绳，使浆喷桩机沿导向架自上而下浆喷切土下沉，下沉速度V≤1.0m/min，开启泥浆泵同时喷浆，注浆压力：1.5~2.5Mpa，边喷浆边旋转，输浆管道不能发生堵塞，使水泥浆和原地基土充分拌合，直到下沉钻进至桩底标高并超深10~20cm，偏差不大于50mm，并原位喷浆30S以上。

（5）提升喷浆搅拌

钻进至桩底标高并超深10~20cm且在原位喷浆30S以上后，调整泥浆泵档位及桩机档位，以V≤2m/min的速度提升搅拌钻头，边喷浆边旋转，提升到超出桩顶设计标高50cm后关闭泥浆泵，在原位转动喷浆30s，以保证桩头均匀密实。第一个单元施工完成，检查水泥浆用量，确保一个单元一桶浆。

（6）桩机移位

第一个单元施工完成后，主机整体沿预先标定的方向移动960mm至下一单元就位，两单元搭接尺寸为120mm。

（7）重复（3）~（5）工序，施工下一单元，试验桩施工完成。

四、施工质量控制与检测

（1）测量放样

施工开始前，会同监理复核桩位的现场放样成果，经监理签认后方可开始施工。桩位允许偏差：≤1cm。桩顶、桩底高程，均不应低于设计值。桩底一般应超深100-200mm，桩顶应超过0.5m。

（2）垂直度检测

施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过0.5%。

（3）原材料检验

水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，存放时间不超过出厂日期后三个月。水泥进场后，应堆放整齐，堆放高度不宜超过10 袋，并作好防潮、防雨等措施。

（4）水泥浆制备

专人负责，严格按设计参数及要求配制水泥浆，配合比允许偏差不大于±0.1，可用比重计检验。定时检查、维护制浆泵送系统，保证施工时连续供浆。

（5）钻进、提升速度控制

在下沉和提升过程中保持螺杆匀速下钻，匀速提升。搅拌下沉速度不超过1m/min，提升速度不超过2m/min。

（6）喷浆控制

桩机钻头下沉至设计深度以下100mm~200mm时，稍微停留，喷浆的同时继续搅拌，原地转动喷浆30秒，使浆液完全到达桩底，，提升时停浆面应该高于桩顶设计标高0.5m，原地转动喷浆30秒，以保证桩头均匀密实。

施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升，保证预搅和搅拌的连续性和均匀性。

（7）桩端处理

根据实际施工经验，水泥土搅拌法在施工到顶端300～500mm范围时，因上覆土压力较小，搅拌质量较差。因此，停浆面应高出桩顶标高500mm，必须在开挖搅拌桩顶端时用人工挖除该部分，确保桩顶质量。

（8）现场记录

现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：1）施工桩号、施工日期、天气情况；2）单桩水泥用量；3）水灰比；4）泥浆泵压力、管道压力；5）浆液流量；6）每米喷浆量；7）喷浆深度、停浆标高；8）钻机转速；9）钻进速度、提升速度；和外掺剂用量；10）复搅深度。

（9）质量检测

成桩后3天内，用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。成桩7天后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面以下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查量为总桩数的5%，不小于3根，荷载实验须在成桩28天后，对单桩承载力及复合地基承载力进行检测，检验数量为桩总数的0.5%~1%，且不小于3根。

渗透检测：在防渗墙的一侧加厚一单元墙，在两墙中心钻孔，然后注水试验，观测水位变化，该法可直接测出渗透系数。

五结语

多头小直径水泥土深层搅拌桩防渗墙技术是将传统的深层搅拌工法改进而成的一种专门用于防渗墙施工的方法,具有成墙效果好,施工工效高,造价低等优点。采用该方案用于解决某堤段防渗问题,在正式施工之前,通过生产性试验确定施工参数。工程完工后,通过围井试验及质量检测结果,表明应用该方案进行防渗,所施工的水泥土防渗墙具有明显的防渗效果,满足了设计的需要，说明了该技术在防渗工程中的成功应用。