多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工简述

单建军

多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工简述

单建军

目前，用于堤防防渗施工的方法主要有：垂直铺塑灌浆、多头小直径深层搅拌桩、高压喷浆灌浆、充填灌浆等。多头小直径深层搅拌桩防渗墙以施工难度小、费用低、效果好，在堤防防渗设计中多被采用。其主要是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，把水泥浆（固化剂）喷入地层中，使土体与水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和土体之间产生的一系列物理化学反应，使水泥土硬结成连续防渗墙体，形成具有整体性、均匀性、强度性及抗渗性的优质水泥土防渗墙体。

本文以南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多头小直径防渗墙施工为例，对多头小直径深层搅拌桩防渗墙施工进行简述。

一、工程概况

湖腰段是湖西大堤的一部分，南起大屯闸（桩号为55+000），北止杨屯河以南1.65km（桩号为61+250），全长6.25km。桩号55+000～55+365和桩号60+382～61+250段分别为大屯煤电公司下属徐庄和姚桥两矿的采煤沉陷段，由于地下采煤，引起地表塌陷沉降。大屯煤电公司从1984年开始对湖西大堤湖腰段塌陷段堤防陆续进行复堤加固。南四湖湖腰段（桩号55+365～60+382），长4.957km，该段堤防单薄，现状堤顶高程在38.5m左右，顶宽4～5m，边坡严重不足，防洪标准低。由于大堤填料层位不同，填筑期、间隔期不同，致使试段透水性有垂直分段现象，尤其在两填筑期之间隔期，受地表水淋洗等作用，形成一个强渗漏带。

湖西大堤湖腰段堤身地层自上而下依次为：

1-1层杂填土（Q4ml）：色杂，主要由煤矸石、煤渣、碎砖和粘土组成。

1-2层素填土（Q4ml）：黄棕～棕黄色，局部灰黄色，稍湿，可塑，主要由粘土组成，夹砂壤土薄层，局部为中～重粉质壤土。

2-1层粘土、粉质粘土（Q4al）：黄棕～灰黄色，稍湿～饱和，可塑，局部软塑，局部为中粉质壤土和重粉质壤土。

2-2层轻粉质壤土、砂壤土（Q4al）：灰～灰黄色，稍湿～饱和，软塑。

3-1层淤泥（Q4l+h）：浅灰～灰色，饱和，流塑，局部淤泥质粘土，含贝壳和小螺，局部富含有机质。

3-2层粘土（Q4l+h）：浅灰～深灰色，饱和，软塑，局部可塑，含贝壳碎片和小螺。

4-1层粘土、粉质粘土（Q3al+pl）：灰黄～棕黄色，饱和，可塑，局部硬塑，含钙质结核和铁锰质结核。

4-2层轻粉质壤土（Q3al+pl）：灰黄色，饱和，可塑，局部砂壤土，含钙质结核。

4-3层细砂、中砂（Q3al+pl）：灰～灰黄色，饱和，稍密，含砾石，局部为粗砂和粉砂。

5-1层中粉质壤土（Q3al+pl）：灰黄～棕黄色，饱和，可塑，局部硬塑和软塑，含钙质结核，局部为轻粉质壤土和重粉质壤土。

5-2层细砂（Q3al+pl）：灰黄色，饱和，中密，含砾石，局部为粗砂。

6层粘土（Q3al+pl）：灰黄～棕黄色，饱和，硬塑，局部可塑，含钙质结核和铁锰质结核。

二、工程设计

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多头小直径搅拌桩防渗墙主要设计参数如下：

①防渗墙渗透系数K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）；

②防渗墙无侧压抗压强度不小于0.3MPa；

③防渗墙渗透破坏比降大于200；

④防渗墙最小成墙厚度不小于16cm；

⑤水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量10%～12%。

三、机组选型

目前，用于防渗墙施工的机组主要有两种形式：一种是一序成墙，另一种是二序成墙。一序成墙机组钻杆中心距为325mm，二序成墙机组钻杆中心距为450mm。机组选型步骤：

①根据防渗墙最小成墙厚度的要求，结合两种成墙方式的钻杆中心距分别确定最小钻头直径；

②根据确定的钻头直径，计算两种成墙方式下防渗墙单位阻水面积的水泥消耗量；

③比较水泥消耗量选择合适机组。

南四湖湖腰段湖西大堤加固一期工程多头小直径防渗墙施工项目通过计算，钻杆中心距450mm二序成墙机组每平米水泥消耗量约52kg，钻杆中心距325mm一序成墙机组每平米水泥消耗量约61kg，故该项目主要采用钻杆为450mm的二序成墙机组。

值得说明的是，针对三头桩机而言，一序成墙桩机组成墙工作效率大于二序成墙机组，对于工期紧的项目，可以结合工期要求选择机组。

四、工艺试验

在项目正式施工前，应进行工艺试验确定水泥掺入比，泥浆比重、钻进（提升）速度等技术参数。

该项目选取临近堤段，桩号60+382～60+412作为试验段。试验段分四段，分别按12%、10%的水泥掺入比，水灰比分别按1.5∶1、1.4∶1，下钻速度0.4～0.6m/min，提升速度0.4～0.6m/min，进行试验，机组选用450mm二序成墙机组，每种参数打12序桩，6个单元墙。成墙后开挖检测和取样送检，桩体连续性、均匀性、搭接厚度、垂直度、渗透系数均满足设计要求。为了确保工程质量，该项目水泥掺入比按12%施工。

五、防渗技术的施工成墙工艺

主要施工顺序：桩机定位、调平→下钻搅拌至设计深度→提升搅拌至孔口→桩机纵移定位、调平，多次重复上述过程形成连续防渗墙体。

1.第一步：桩机定位、调平

根据施工桩位平面图，使多头小直径深层搅拌桩机就位，并把桩机调整水平，采用三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠方式来控制水平，以保证施工中不倾斜、不偏位，做到垂直度、桩位对中偏差均满足设计要求。

2.第二步：桩机下钻及提升

通过主机的双驱动力装置，带动主机上的多个并列的钻杆转动，并以一定的推进力使钻杆的钻头向土层钻进，同时钻头喷浆，达到设计深度时，钻杆堤升复搅，直到设计防渗墙顶标高时，停止喷浆。

在上述过程中，通过一、二级搅拌系统，用可调泵速的三缸单作用活塞泥浆泵，将水泥浆分别单独向三根高压输浆管均匀输送到各根钻杆，经钻头喷入土体中，在钻进及提升的同时，使水泥浆和原土充分拌和。

3.第三步：桩机纵移定位、调平

重复第二、三步，就能完成单元墙体，如此连续重复完成单元墙体，就能形成连续防渗墙体。

六、质量控制

1.钻进质量控制

①桩位控制：为确保搭接长度、墙体厚度及整体性，施工时放一条醒目平行设计防渗墙体轴线的辅助线，为保证桩位的准确度，根据桩孔距、搭接要求，制作桩位放样定位尺，可在辅助线上定出每序成墙孔号位置，使桩位偏差满足设计要求。

②墙体垂直度控制：在施工前，用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面，因桩机底座平台上有三根标杆均固定联通器管，待管中注入油后，就在管中油液面处的标杆上做出醒目刻度标记，使油液面与刻度标记重叠，最后将联通器管口封闭。因此在施工时，只要保持桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠，所成的防渗墙体垂直度就能满足设计要求。

③桩径控制：主要是控制钻头直径，一般选择钻头直径都稍微大于设计桩径要求，因此在施工过程中，要经常检查钻头尺寸是否达到设计要求时所选钻头最小尺寸，特别是在砂性土层中；若钻头磨损利害，尺寸不符合，则应更换合格的钻头。

④桩长控制：根据设计要求的桩长，选定较为适宜的机型，以确保桩长及施工质量。

2.浆液及灌浆质量控制

①严格按照水灰比要求配制水泥浆液，对配制好的水泥浆液及时检测，合格后才能使用。

②搅拌好的水泥浆液放置时间不得超过2h，离析的水泥浆液禁止使用。

③在一、二级搅拌系统中，都应装上过滤筛网，可防止结块水泥、水泥浆块及杂物堵塞浆管，保证输浆系统畅通，尽量避免施工中因输浆系统发生障碍而出现断桩现象。

④在施工中如发现溢浆严重或不溢浆现象，施工人员要向现场技术员及施工员汇报，适当调整水灰比或增、减注浆量，保证成墙质量。

3.材料质量控制

①水泥质量：施工所用的水泥，必须有出厂合格证及化验单，且按国家有关规范、规定进行检测，合格后方可使用。

②施工现场水泥必须严格保管好，以免淋雨受潮，控制储备，加速周转，监督使用，降低消耗。

4.特殊处理

①施工过程中因事故停浆，应及时记录停浆单元成墙深度及时间；若在24h内恢复施工，再次喷浆时应将桩机搅拌下钻到停浆面以下0.5m；若超过24h，要考虑该桩和前一根桩进行搭接，对该桩进行喷水空钻留出榫头，待恢复施工时该桩水泥渗入量稍增加些。

②施工过程中如遇意外故障，钻杆在地下无法提起时，可用抽水泵接入送浆系统中，用清水冲洗钻杆及管道，待恢复时须重钻此单元墙号，水泥浆注入量也稍增加些。

③施工过程中，必须随时检查单元成墙施工原始记录及了解施工情况，因钻头直径磨损较大使搭接长度不够，故障处理不当使单元成墙不合格或发现单元墙体不连续等，可考虑在防渗墙体前、后进行补桩，此时，注浆压力加大，注量增多。

七、质量检测

1.开挖检测

在防渗墙体的强度达到一定值后，对防渗墙体进行开挖，深度可在3～5m，可检查墙体外观搭接质量、整体性、均匀性以及采用吊垂检查墙体垂直度等。

2.防渗墙体取样检测

从开挖外露的墙体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样，进行室内试验，直接测定防渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求，还可观察防渗墙体搅拌均匀程度。

3.地质雷达检测

采用地质雷达检测桩的均匀性与连续性。

八、结语

①多头小直径防渗墙设计时，应该考虑不同钻杆中心距机组选用同一直径的钻头最小成墙厚度是不同的。

②多头小直径深层搅拌桩防渗技术是一门新的防渗技术，具有工效高、成本低、施工安全等特点。

③采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术施工时，考虑掺入合适的外掺剂，既可节省水泥用量，降低工程造价，还可提高水泥土的强度

（作者单位：淮河工程有限公司221009）