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水泥土搅拌桩防渗墙技术在咸阳湖北岸护岸工程中的应用

混凝土于建兵 2008-08-28

　　摘要：渭河咸阳湖北岸护岸防渗墙工程采用水泥土搅拌桩技术进行截流防渗的施工工艺。方案经济可行，防渗效果良好，在同类工程建设中具有借鉴作用。

一、工程概况

　　咸阳湖位于咸阳市城区段渭河河道中，主体工程由1#橡胶坝、2#橡胶坝、北岸护岸工程、中隔墙工程、南护岸工程等主要工程组成，工程，建成后将形成1860亩水域面积，为咸阳城区段渭河美化亮化工程。咸阳湖1#橡胶坝，2#橡胶坝塌坝时为河道行洪排空状态，立坝蓄水时形成静水湖面，为使湖水不经北岸护岸绿化区外渗，并常时间保持蓄水状态，经多方设计论证，沿北岸护岸基础挡墙下进行水泥土搅拌桩连续防渗墙施工，以达到对咸阳湖北侧的截流防渗的目的。

二、工程地质条件

　　工程所在的河漫滩和一级阶地地形平坦，地层岩性为第四系，全新统（Q4）及上更新统（Q3）堆积物，前期勘探及先导孔全孔取芯表明，自上到下地层结构为粉土，粉细砂，中粗砾，粉质粘土，结构层性质分别如下：

　　粉土：浅灰黄色，具有可塑性，温润时有微粘性，土质均一，中等透水。

　　粉细砂：浅黄色，以石英、长石、暗色矿物为主，均一，松散，中等透水。

　　中粗砾：灰白色，以石英、长石为主，颗粒均匀，局部含磨圆度，较小的砾石纯净、松散，强透水性。

　　粉质粉土：深灰色，以粉粒为主，土质均一，可塑状，呈纹状层理，局部含腐植及蜗壳，较密实，弱透水层，此层定为水泥土搅拌桩防渗墙相对不透水层。

三、水泥土搅拌桩成墙机理

　　水泥土搅拌桩是利用钻机钻孔至所需深度后，用高压脉冲泵，通过安装有钻杆底端的喷嘴向四周喷射水泥浆液冲切土体掺搅，同时提升喷嘴，高压浆液使土体结构破坏与水泥浆液混合，形成按设计方向、深度、厚度与周围土体胶结紧密的凝结圆柱体，从而构成连续的防渗连续墙。墙体固结材料选用普通硅酸盐水泥，拌和水泥浆，所用水为自来水。

四、水泥土搅拌桩方案的选定

　　1.水泥土搅拌桩防渗墙试验

　　水泥土搅拌桩防渗墙工程开工前,甲方选取相同地质条件地点,委托西北水利水电工程有限责任公司进行试桩实验,以确定水泥土搅拌机械的可钻性，工艺方法的可靠性，为采用此法进行全面施工积累经验；委托西北勘测设计研究院检测中心进行防渗墙配比渗透试验，试桩现场取样、抗压、抗渗及现场压水试验工作，以确定试桩过程的最佳水泥掺入比。

　　2.水泥土搅拌桩防渗墙先导孔试验

　　水泥土搅拌桩防渗墙前期设计较粗，甲方委托西北地质勘测中心为2.4km全施工段进行每50m一点的先导孔钻探工作，精确探明不同地段防渗墙所需最大深度。

　　3.水泥土搅拌桩防渗墙技术参数确定

　　根据水泥土搅拌桩防渗墙和先导孔试验经验，结合工程地质条件和设计要求，机械设备和现场试桩具体情况，施工采用工艺参数及水泥掺入比如下：

　　①桩径450mm，桩心距333.3mm（最佳搭接墙厚300mm）

　　②钻进及提升速度V=0.288—1.96m/min

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　　③输浆压力：P=0.25~0.3mpa；输浆管压力P=0.2~0.25mpa

　　④注浆量：30—65L/min

　　⑤水泥掺入比：16%；水泥掺量43Kg/m

　　⑥水灰比：0.5—0.55

　　⑦钻头直径：4500mm

　　⑧桩体渗透系数＜5×10-6cm/s

五、水泥土搅拌防渗墙施工工序

　　1．修筑施工平台

　　沿防渗墙轴线修筑宽度不小于5m的施工平台，以便于桩机设备移动。

　　2．施工放样，标定桩位

　　防渗墙平面轴线及原地面标高须经监理审核。根据基本控制点，测放桩位，并对桩位进行编号，桩位误差控制在50mm以内。

　　3．桩机对中就位

　　搅拌机步履到达指定桩位，钻头对准桩点，放下四脚支撑并调平机身，保证钻杆垂直度偏差小于1.0%。搅浆人员同时根据设计要求水灰比拌和水泥浆液，拌制水泥浆液时，用电脑计量仪称重控制水泥及水的用量，保证水灰比满足设计要求。

　　4．预搅下钻

　　启动搅拌机电机转盘带动钻杆与钻头沿导架搅拌下沉至设计深度，遇到较难下钻地层时，可少量给水下钻，以减小摩擦阻力。

　　5.喷浆提升

　　当钻头下钻到设计深度后，开始提升钻头，并连续喷射水泥浆液，当钻头提升至桩顶高程，随即停止送浆，但钻头需施工至地面，每米喷浆量及深度可由电脑自动计量。

　　6．重复搅拌（喷浆）

　　钻头重新搅拌下钻至设计深度，而后提升钻头重复搅拌，同时根据实际情况决定是否补喷，直至桩顶，钻头提出地面。

　　7．桩机移位

　　停止喷浆作业,关闭搅拌机，开启液压步履,浆搅拌机移至下一桩位。

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　　8．施工记录

　　电脑仪监探，并辅以人工进行孔深、孔位、开钻、停钻、喷浆、停浆、喷浆量的记录，施工记录距离误差不大于10cm，时间误差不大于5s。

六、水泥土搅拌桩施工质量控制措施

　　水泥土搅拌桩防渗墙工程质量保证应对每道工序质量进行严格控制，结合本工程特点及地质特征，应从以下几个方面加以严格控制：

　　1．施工前质量控制

　　采用经纬仪沿轴线每30m测放控制点，测放轴线复核无误，并妥善加以保护，同时技术人员必须对控制点进行加密，加密控制间距不大于7.0m，布设桩位偏差不大于50mm。桩机就位调整平整后，每根桩施工前应用吊线锤进行斜度监测，确保成桩体垂直偏差不大于1.0%。班前应检查钻头直径一次，钻头直径不小于450mm，负偏差大于3%时，应及时调换或修复钻头。标定灰浆泵的输浆量，灰浆到达搅拌机喷浆口的时间，搅拌机钻进、提升的速度等施工参数。

　　2．施工过程中质量控制

　　①水泥浆液制拌

　　水泥浆液制备应选用出厂三个月以内合格水泥，水泥进搅拌罐前应过5mm的细筛，水泥浆严格按水灰比0.5—0.55拌制，使用电脑计量装置称量，每罐拌制的浆量应为该单桩所需总量，每米桩水泥掺入量不小于43Kg。制备好水泥浆应在搅拌罐中不断搅拌，以防止水泥浆发生离析，送浆前才能缓慢倒入集料斗中，对停置时间超过12小时的浆液应做废弃处理。

　　②水泥浆液喷送

　　搅拌机施工过程中，输浆阶段必须保证连续供浆，连续钻进，均匀作业，每根桩输浆量误差超过2 Kg，必须在原位进行补喷作业，施工过程中因故停浆为防止断桩和缺浆，须将搅拌机钻头下沉到停浆点以下0.5m，恢复供浆后再喷浆提升，停浆时间超过24h，应采取补桩措施。

　　③搅拌桩钻进和提升

　　搅拌桩钻进应达到设计深度，采用电脑记录仪监控下钻深度，深度误差±10mm。钻杆提升前应在桩底喷浆30s，控制钻进和提升速度不大于0.288—1.96m/min。钻头提升到设计桩顶高度应停提喷浆5s后再行提升，停浆高度应比设计桩顶高度高出500mm。

　　④搅拌桩施工中特殊情况处理

　　搅拌桩连续墙施工应连续进行，相邻桩施工间隔不超过24h，因特殊情况超过时间，且桩机能正常工作，应在依序即将施喷的新孔位进行空钻，留出与已成桩搭接所需榫头，以便后续施工进行。机械无法空钻时，应依序在已成桩做好标记，下次施工前应在此处两侧进行补桩，施工后再依序后续桩施工作业。

七、水泥土搅拌桩防渗墙质量检测

　　水泥搅拌桩防渗墙检测按相关技术规范要求，采用开挖，钻孔取芯，压水实验，渗透实验，抗压实验等多种方法，对防渗墙防渗效果进行检查。水泥土搅拌桩成桩七天后，沿防渗墙轴线第单元工程（第100根水泥桩为一单元工程）进行桩顶开挖，并随机选一处，失挖长3m，深2.5~4m的探坑。外观检查结果表明，桩体连续完整，桩孔位置准确，桩位偏差小于5cm，桩偏斜度小于1%，桩间桩间搭接和墙厚满足设计要求，防渗墙整体好。

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　　水泥土搅拌桩成桩28d后，在每单元工程布置了一个检查点，自上到下进行钻孔取芯，取得芯样送实验室进行渗透试验，结果表明北护岸水泥土搅拌桩防渗墙共钻孔取芯24个样，最大渗透系数为1.25×10-6cm/s，最小渗透系数为8.12×10-8cm/s，均小于规范要求的渗透系数为5×10-6cm/s；现场压水试验与芯样抗压试验均满足设计规范要求。

　　系统检验结果表明：应用水泥土搅拌桩防渗墙对咸阳湖北岸进行防渗截流处理，施工技术成熟，方案经济可行，防渗效果良好，达到了防渗截流的目的。

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