深层搅拌法施工特点和质量控制

王亚莉，孔祥亮，李保红

(湖北大禹水利水电建设有限责任公司,武汉　430061)



深层搅拌法施工特点和质量控制

王亚莉，孔祥亮，李保红

(湖北大禹水利水电建设有限责任公司,武汉430061)

摘要：从施工工艺的各个环节介绍深层搅拌法的适用条件、工艺流程、施工准备、施工工艺及质量检验控制环节，阐明深层搅拌法具有工效高、造价低、性能可靠等优点，在工程建设方面发挥显著的效益，在水利水电工程建设领域具有广泛应用的前景。

关键词：深层搅拌法；施工方法；质量控制；推广运用

0前言

深层搅拌法相对于地表浅层搅拌，采取钻孔进行孔内深层搅拌而得名。深层搅拌法是利用深层搅拌机械将粉体或浆液等材料与土体强制搅拌，从而在土体内产生物理-化学反应，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的增强体，和原土体构成复合地基、防渗墙或挡墙的施工方法。

中国于20世纪70年代开始引进、研究深层搅拌施工技术[2]。水利工程中的应用始于1995年，最初主要是闸基、泵站地基采用深层搅拌桩构成复合地基。大量用作堤防特别是堤基防渗加固则是1999年以来开展的。据不完全统计，目前深层搅拌法已广泛应用于中国大江大河、湖泊的堤坝防渗工程，其深层搅拌防渗墙面积已超过650万m2。

1深层搅拌施工要求

1.1适用条件

深层搅拌法适用于黏性土、粉土、砂土，以及黄土、淤泥质土、淤泥、素填土等土层，施工时要求场地内地下无大石块、树根、地下管线等。空中障碍物如高压电线，其净空距地面应满足安全要求[2]。如笔者单位在汉江遥堤桩号310+000 m～314+000 m堤段进行深层搅拌防渗墙施工时，发现堤段原合拢龙口约157 m堤段地下有铁丝编织的块石笼，因深层搅拌机械无法钻搅，后经设计同意，该堤段防渗墙改为高压摆喷防渗墙，保证了防渗墙的连续性。

1.2深层搅拌法分类

(1) 粉喷和浆喷。按使用材料的物理状态，分粉体(俗称粉喷、干喷)和浆体(俗称浆喷、湿喷)深层搅拌2类[3]。其中粉体材料多用水泥、石灰。水利水电工程常用的为以水泥作固化剂的水泥粉体或水泥浆深层搅拌法。

(2) 单头和多头。按施工机械钻头(搅拌头)的多少，可分为单头、双头和多头深层搅拌[4-5]。其中，单头和双头主要用于桩柱体及复合地基，多头钻主要作用于深层搅拌防渗墙。就工效和墙段连接而言，多头优于单头。

1.3工艺流程

(1) 粉喷或浆喷深层搅拌桩的施工工艺流程大致相同，主要工艺流程为：测量放线定桩位或孔位→钻机就位→钻孔至设计深度(有时要求同时喷水泥或水泥浆)→提升钻杆和钻头，同时搅拌(有时要求同时喷水泥或水泥浆)至桩顶或墙顶→全程或局部复搅(或复喷)→将钻杆和钻头提出地面→将钻机移至下一桩位，继续施工[6]。

(2) 粉喷深层搅拌喷水泥时，是以压缩空气作为动力将粉体(水泥)输送到钻孔内，并以粉雾状喷入加固地基的土层中，借钻头的叶片旋转、搅拌。浆喷深层搅拌时，则是以灰浆泵供浆，使其与土体混合。为了提高混合效果，多采取多次复喷复搅，常见的有“两喷两搅”、 “两喷四搅”、 “四喷四搅”等[7]，以形成具有一定强度的水泥土桩体或水泥土防渗墙。

1.4准备工作

(1) 技术准备。根据设计要求，编制组织设计和施工技术要求，把设计参数换算成施工参数，如高程与深度的关系、水灰比、水泥掺入比与每米的掺入水泥量关系等[8]。

(2) 室内试验。取现场土料和施工材料按掺入比进行室内试验，求出其最优掺入量。

(3) 测量放样。

(4) 场地平整。清除地面以上和以下的障碍物。低洼地段回填素填土，周边布置排水沟和集水井。施工场地表面土质稀软时，可采取铺垫石渣等[9]办法，以防陷机。防渗墙施工时，亦应挖导向沟。

(5) 机械和材料准备。其规格型号和数量满足施工要求。

1.5施工设备

(1) 目前中国常用的深层搅拌机分动力头式和转盘式2大类。动力头式深层搅拌机主电机悬吊在塔架上，重心高，必须配有足够重量的底盘。

转盘式深层搅拌机多采用大口径转盘，配置步履式底盘(即整机可自行移位)，主机安装在底盘上，安有链轮及链条加压装置。其主要优点是，重心低、比较稳定，钻进及提升速度易于控制。水利水电工程常用的深层搅拌机械多为转盘式深层搅拌机。

(2) 粉喷深层搅拌机械装备。主要包括深层搅拌机(单头以PH-5型、GPP-5型居多)，水泥罐、粉喷系统和空气压缩机等[9]。

(3) 浆喷深层搅拌机械设备。主要包括深层搅拌机(单头以PH-5型或GPP-5型均可用，3头有DZJ-25、SJZ-3、PH-5F等)、灰浆泵、电子计量及其打印设备等。

2深层搅拌法特点

(1) 深层搅拌机械化程度高，机械功率大，钻进和提升时间短，钻进和提升速度一般为0.5～1.0 m/min，如“两喷两搅”或“四喷四搅”每个桩或每段单墙只需1或2 h。机械配有液压步履式装置，自行移位方便，因此工效高，施工成本低。如深层搅拌水泥防渗墙，与混凝土防渗墙或塑性混凝土防渗墙相比，工效提高3～5倍，造价仅为其1/3[10]。

(2) 深层搅拌法是将水泥或水泥浆输入孔内土体中，就地进行强制搅拌，充分利用了土体自身资源，且无废水、废浆等污染。

(3) 深层搅拌法在自身的钻进、提升和搅拌中，均在孔内就地进行，对地基和堤坝本身不产生不利作用力，因而不会使堤坝劈裂或开裂[11]。

3施工工艺和方法

以笔者单位承接的工程为例，介绍深层搅拌法施工工艺和方法。

(1) 单头深层搅拌机主要用于复合地基中的水泥土桩，多头深层搅拌机主要用于施工水泥土防渗墙。如笔者单位在长江重要隐蔽工程武汉市烂泥糊堤长丰闸闸基处理中，采用单头深层搅拌机完成608根粉喷桩，满足了设计要求。在汉江遥堤加固中，采用3头钻深层搅拌机浆喷法完成4 km长堤的水泥土防渗墙48 500 m2，经开挖和钻孔取芯及注水试验，施工质量符合设计要求。

(2) 成墙方式。根据深层搅拌施工机械的不同，水泥土防渗墙的成墙方式，有一次成墙法、二次成墙法、三次成墙法等方式。汉江遥堤水泥土防渗墙，要求墙厚度不小于250 mm，采用3头钻施工，其中一次成墙法时，钻头直径420 mm，钻杆间距325 mm，一次单墙长0.95 m；二次成墙法时，钻头直径337 mm，钻杆间距450 mm，单墙钻头移动距离225 mm，最终形成单墙长1.35 m。

(3) 水泥掺入比。水泥掺入比通常是指水泥掺入重量与被加固土体天然湿重之比。水泥掺入比应根据被加固土中最软弱土层或透水土层的性质而选择，并通过试验确定。规范规定，水泥土掺入比可为7%～20%。实际施工中，水泥掺入比多为14%～16%。水泥浆与土体混合后，形成的是水泥土桩或水泥土防渗墙，其强度随水泥掺入量增加而增大。

(4) 桩径和厚度。深层搅拌桩的桩径主要取决于机械钻头的直径，一般为200～800 mm，实际运用中多为500～600 mm。形成防渗墙的厚度一般为120～330 mm，规范规定水泥土防渗墙最小厚度不宜小于150 mm，长江堤防防渗墙工程深层搅拌水泥土防渗墙厚度多为200～300 mm。

(5) 施工极限深度。深层搅拌的施工极限深度与机械设备性能、注入材料类型有关。如采用粉喷深层搅拌桩时，一般认为最深可达15.0 m，由于深度较大时，水泥喷出不均匀，致使水泥桩体含量不匀，甚至无水泥，质量不能满足要求。在承担的嘉鱼县余码头新闸堤基加固工程，原要求粉喷水泥土桩深度为17.0 m，通过试验证明，粉喷水泥土桩的有效深度只能达到13.0 m。后改为浆喷水泥土桩，满足了设计要求，共完成深层搅拌桩8 986根，总桩长144 794.0 m汉江遥堤的深层搅拌主要是建造水泥土防渗墙，采用浆喷法，最大深度以20.0 m居多，少数为21.0 m。有的规范认为可以达到25.0 m，这主要取决于深层搅拌机械的性能。

4深层搅拌质量控制

4.1过程控制

深层搅拌属隐蔽工程施工，加强过程控制尤为重要，从施工材料、机械定位到对各个施工参数(如水灰比、注浆压力、钻进及提升速度、转速、喷搅次数等)的控制，是保证工程质量的关键因素[12]。

4.2材料和浆液控制

(1) 水泥：根据所加固土含水量、有机质含量等指标可选用不同类型的通用硅酸盐水泥，水泥的强度等级不低于32.5级。所用水泥应具备出场检验合格证，水泥进场后应按规定进行批量检测，其质量符合相应的国家标准。

(2) 水灰比：为了保证深层搅拌均匀，使水泥土具有良好的搅拌性，一般要求浆液水灰比不宜过小。试验证明在水泥土达到流态时搅拌效果较好。水灰比的选择与被加固土体的类型和含水量有密切关系。如嘉鱼县余码头新闸堤基主要为淤泥质土，水灰比采用0.5∶1，并掺加NFJ早强高效减水剂0.7%；汉江遥堤堤基主要为砂壤土，进行水泥土防渗墙施工时，依地层不同分别采用2∶1、1.5∶1、0.8∶1三种水灰比。施工中水灰比应用比重计或比重称检测。

(3) 浆液控制：水泥浆进入输浆管前应严密过滤，以免堵塞出浆口和浆液产生离析。注入土内的水泥浆应充分填充土体中的空隙，一般以孔口是否有轻微返浆作为供浆量的控制标准。

4.3桩位及垂直度

(1) 定位。桩位偏差不超过50 mm，每个桩位均应插上竹签，将孔位作出明显标志，施工时对准孔位钻孔，保证孔位准确。水泥土防渗墙施工时，要求沿防渗墙轴线开挖导向沟，并在沟底作出每个单墙的标志，钻机移动时对准孔位标志钻孔，保证桩位准确和防渗墙连续。

(2) 垂直度。深层搅拌桩或防渗墙施工时，要求钻孔垂直，成桩垂直度偏差不超过1.5%。保证桩体垂直的主要措施为保证钻杆和塔架垂直，可用垂球检查塔架两个垂直面的垂直度，或通过机台的连通管检查和调整机台水平。

4.4工艺参数控制

(1) 钻进和提升速度。深层搅拌机械的转速和钻进及提升速度有一定的配比关系，转速的档位基本上为固定值。实际施工中，为了使水泥土搅拌充分，一般控制钻进(下沉)和提升速度，并根据土层的不同制定不同的钻进、提升速度。一般情况钻进速度为0.5～1.0 m/min，提升速度为0.6～1.5 m/min。

(2) 桩顶和桩底喷搅。当深层搅拌钻头下沉到设计深度后，在桩(墙)底就地喷浆30 s，使浆液完全达到桩端或墙底；当喷浆口提升达到设计桩顶时，应停止提升，原地搅拌5 s，以保证桩顶或墙顶搅拌均匀密实。施工停浆面应高出桩顶设计标高0.5 m。

(3) 喷搅次数。深层搅拌法的核心是“喷搅”，即将水泥或水泥浆喷入或输入土体内，进行强制搅拌，从而改善土体的性能。从某种意义上来说喷入水泥和水泥浆之后，搅拌的作用尤为重要。根据土体的特性，一般采取多次搅拌。长江堤防防渗工程曾采用“两喷两搅”和“两喷四搅”。嘉鱼县余码头新闸堤基深层搅拌施工中，采取“四喷四搅”，具体操作时将每根桩的总掺浆量，分摊为4次，要求每次的供浆量基本准确。汉江遥堤深层搅拌防渗墙施工中，采取“两喷两搅”，要求下沉(搅拌)时供浆量占70%，上提(搅拌)时供浆量占30%。

(4) 桩径。控制桩径的关键是控制钻头直径，DL/T5425-2009规范规定，钻头直径每个单元工程检测1次，偏差应控制在3%以内。汉江遥堤水泥土防渗墙施工时，要求每天检测1次钻头直径，其磨损偏差不小于10 mm。

4.5墙段连接和中断处理

(1) 接头连接。水泥土防渗墙分区段施工时，先期施工的墙段应搅拌预留榫头以利于下一单墙的搭接[13]。下一区段施工时，可将上一区段的末端开挖暴露墙段后，对照接头位置开钻，以保证防渗墙连接准确可靠。

(2) 中断处理。因故停工，应按以下方法进行处理：

1) 停工时间不超过8～24 h，恢复施工时宜将钻头下沉至停浆搅拌点以下0.5 m，再搅拌提升。

2) 若停工时间较长，无法下钻至停浆搅拌点以下0.5 m时，应使下一序桩(墙)与前序桩(墙)在一侧或两侧搭接，搭接长度不小于2根桩径。对于重要的防渗墙，还应在搭接桩间钻孔灌注水泥砂浆连接。

4.6记录及打印

粉体深层搅拌施工时，电子计量系统可随时显示水泥罐内水泥的重量，应由专人定时记录，然后记录喷水泥量，保证喷水泥量满足掺入量的要求[14]。浆体深层搅拌施工时，电子计量系统可自动记录深度和输浆量参数，一个桩或墙段完成后可将记录打印出来，以此检查和控制搅拌深度和输入浆量。

4.7质量检验

(1) 深层搅拌桩施工完成后，对于竖向承载桩，应对桩位、桩径、桩长、桩体抗压强度、桩体均匀性、复合地基承载力进行检验；对于堤坝防渗墙，应重点检验墙体深度、有效厚度、抗压强度、渗透系数、允许比降、以及墙体均匀性、完整性、连续性等指标[15]。

(2) 竖向承载桩质量检验。长丰闸粉喷深层搅拌桩施工中，进行了5根试桩。单桩受荷承载力136 kN，换算成复合地基承载力为240 kPa(设计要求值为220 kPa)，满足设计要求。20 d龄期静载试验数据平均为0.98 MPa，28 d后，桩头试样抗压强度数值均大于1 MPa，满足设计要求。

(3) 开挖检查。沿防渗墙轴线每500 m开挖一处，对开挖出来的墙体，要求墙体外观质量好，无蜂窝、孔洞；桩间搭接、墙厚满足设计要求，且墙体整体性好。

(4) 钻孔取芯检查。在施工28 d后，采用钻机在墙体内钻取墙体芯样，并描述芯样的完整性和均匀性情况。选择有代表性的芯样进行单轴抗压强度、渗透系数、渗透比降等参数检测。检测结果应满足以下指标要求：单轴抗压强度大于1.0 MPa；渗透系数K≤i×10-6cm/s(1≤i≤3)；允许渗透比降大于50。

(5) 无损检测。必要时可采用无损检测方法，对墙体的连续性、完整性进行检查。

(6) 原型检测。利用布设的安全监测设施检测的成果资料，对墙体整体防渗效果及位移变形进行综合分析。嘉鱼县余码头闸堤基经过湿法深层搅拌后，汛期涵闸上下游水头差达到了5.0 m多，通过观测，涵闸没有发现位移和沉降情况，工程加固效果良好。

5结语

中国引进和运用深层搅拌法施工技术时间不长，冶金、铁道、工民建等系统运用较早，水利水电系统虽运用较晚，但在堤防防渗工程运用较广，并进行了系统的研究，取得了显著的成效。现在，深层搅拌法已发展成为成熟的技术，运用的领域逐渐广阔，在基础工程方面发挥了巨大的作用。

深层搅拌法与其他施工方法相比具有工效高、造价低、机械化程度高、工艺简单、污染小、性能可靠以及在堤坝建造水泥土防渗墙时能有效地避免堤身开裂等优点，广泛运用于软弱地基的加固和防渗工程。

总之，深层搅拌法技术已经在水利水电行业多项工程和堤坝防渗工程方面取得了显著的效益，同样可以有针对性地运用到中小型土坝的加固和防渗工程方面。因此深层搅拌法具有推广运用的前景。

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Construction Characteristics and Quality Control of Deep Mixing Method

WANG Yali, KONG Xiangliang, LI Baohong

(Hubei Dayu Water Resources and Hydropower Construction Co., Ltd., Wuhan430061,China)

Abstract:From steps of construction technology, the applicable conditions, technique flow, construction preparation, construction technology and quality control of the deep mixing method are introduced. Features of the method such as high efficiency, low cost and reliable performance, etc are described. In the engineering construction, the method is with outstanding benefit and prospect of wide application in the construction fields of water resources and hydropower engineering.

Key words:deep mixing method; construction method; quality control; development and application

中图分类号：TU472.36

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.013

作者简介：王亚莉 (1975- )，男，陕西省米脂县人，高级工程师,注册一级建造师，注册监理工程师,从事水利水电水电工程基础处理工作施工工作.

收稿日期：2016-01-20

文章编号：1006—2610(2016)02—0045—04