水泥土搅拌桩截渗墙在明渠工程中的应用

成雷（山东省胶东调水局东营分局，山东 广饶 257300）

水泥土搅拌桩截渗墙在明渠工程中的应用

成雷
（山东省胶东调水局东营分局，山东 广饶 257300）

通过对深层水泥土搅拌桩截渗墙的施工过程中得到的工程参数、施工过程中质量控制及工程完工后的一系列检查结果，进行分析的基础上，并结合了相关工程的实际情况，总结出工序质量控制要点和应该注意的一些事项。

水泥土搅拌桩；截渗；明渠工程；应用

引黄济青工程是国家南水北调东线工程山东段重要的组成部分，工程全线经过滨州、东营等6 市16县，输水线路总长度约为482 km，其中利用现有引黄济青原有工程172 km，设计年输水量3.765亿m3，该工程建设完成之后将实现长江水、黄河水等，外来水源和本地水源的联合调度以及优化配置，充分解决青岛、烟台和威海等胶东地区生活和工业用水资源短缺问题。其中引黄济青小清河子槽段位于山东省东营市，为明渠工程。小清河子槽两岸采用多头小直径深层水泥土搅拌桩防渗墙两侧截渗，左岸截渗12.2 km，右岸截渗11.5 km。由堤坝土质勘查结果得知：工程地质以壤土为主，颜色主要为黄褐色以及棕褐色，可塑、硬塑，局部夹杂棕色粘土以及褐黄色沙壤土。

1　技术要求

1.1施工工艺

在施工过程中使用搅拌桩机来强制搅拌水泥浆以及土体，最终使土体形成水泥土防渗墙，在强制搅拌过程中因为水、土体以及水泥浆之间会发生一些化学反应以及物理反应，所以结成的水泥土防渗墙具有较好的强度，除此之外，土体以及水泥浆结成的水泥土防渗墙，具有非常良好的稳定性、整体性以及不透水性。小清河子槽截渗工程搅拌桩采用的施工工艺方法，是首先将喷射水泥浆搅拌至设计墙底高程，然后再搅拌提升，并喷射水泥浆到设计墙顶高程。

1.2施工程序

该工程的施工程序为：桩位测量放样一钻机就位找正一检验以及调整桩机一正循环钻进至设计要求深度一将注浆泵开启一反向循环提钻—喷水泥浆到工作基准面以下0.3 m一重复搅拌下钻—喷水泥浆至设计深度一反循环提钻至堤坝表面一成桩完成一桩机移位一重复以上工序。

1.3施工设备选型

在该工程中使用的施工设备为两台BJZCJS-1B型深层搅拌截渗机。BJZC-JS-1B型深层搅拌截渗机的机型是三头搅拌，为目前我国比较成熟的多头小直径深层搅拌机，轴间距为45 cm，采用二层液压底盘，方便于移动找正找平。

1.4试验参数

水泥掺入量拟定为8%～15%，水灰比初步拟定为1∶1。

工程水泥掺入量可以由以下公式来进行确定：Q=V×r×I

Q——单位墙体水泥掺入量；V——轴线方向上每米被喷浆墙体的体积；r——被加固土体的容重；I——水泥掺入比，该工程取12%。

供浆量的确定公式为：q=Q（1+k）

k——水灰比；Q——单位墙体水泥掺入量。

该工程所采用的搅拌桩机的桩径为380 mm，3头搅拌，轴间距为45 cm。供浆量相应指标和计算方法参照以下公式及图表。根据设计要求，两桩的搭接实际长度是15.5 cm，单元墙的搭接长度是30 cm（如图1所示）。由计算我们可以知道每一个单元体最小墙体厚度是3 cm，实际施工轴线长度是1.125 m。计算方法：（22.52-192）1/2×2=15×2=30 cm

1.5技术指标

渗透系数：不大于2×10-6cm/s；

抗压强度：不小于0.5 MPa；

渗透破坏比降：不小于200；

成墙厚度：不小于30 cm；

水泥掺入比：8%～15%；

弹性模量：不大于104 MPa；

桩径：38 cm。

根据水泥固化剂按设计要求，采用强度等级为42.5号普通硅酸盐水泥。

图1水泥搅拌桩一序成墙墙体型式

2　施工方法

2.1施工准备

在施工作业人员进行搅拌桩施工之前，需要严格确保施工机械机具检查完好，除此之外，还要严格保证材料抽检报告合格，然后再接通电力，桩机特种作业人员务必要持有上岗证件，才能够有资格上岗进行相关的施工作业，除桩机特种作业人员以外的其他施工人员，应该认真检查并清理需要施工喷浆作业地点的地面表皮，结合勘探资料认真核查地下线路管道情况，以做好施工场地平整、桩位测量放线。

1）清理场地。移除障碍物，夯实桩机作业基础，必要是对桩机地基做耐压力试验，清理后的场地要满足施工作业要求，填写报验单报并验收后再进行施工。

2）布桩图。开工前根据工程设计图纸标识出搅拌桩的桩位中心位置。在布桩图上需要认真详细地标清楚截渗墙的线路中心、路基底宽线以及里程，并且每一个桩都须要进行编号、测量出设计桩长，完成后布桩图应报设计单位，经其确定验收后再施工。

3）测量放样。在测量放样之前需要会同业主以及监理工程师于施工前，复核设计单位移交的水准点、起止桩号等，确认没有错误之后再使用。相关的测量人员进行测量放样，并且报请业主对布桩图以及测量放样记录等进行复核抽查。

4）水泥检测。在施工中使用的水泥加固料的质量、规格、数量等均需与设计规范要求相符合，每一批水泥都必须要有出厂试验报告单、质保单，对于不合格不达标的水泥应该严禁使用。并且需要在监理工程师的监督下，对每批水泥的质量进行抽样检验，抽样试验频率一般保持在每批量l00t至少抽检1组。

5）水泥土强度试验。在搅拌桩作业前要对每段施工现场的地质情况进行核查，确认其是否符合勘查设计文件，并选取有代表性的土层来钻孔取土，对试样土质进行物性分析试验，并要试验水泥土配合比强度，以验证现场土质的性质和设计的搅拌桩强度能否满足规范要求，最后进行相关的审查以及核实。

2.2钻机就位及调直

在组装架立搅拌桩机后要检查喷浆系统、液压系统以及电气系统各部分安装试调情况，认真查看浆罐、管路以及主机各个部分的密封连接情况是否正常，当以上各个部分发现异常情况时要及时加以调整以及紧固，当这些问题予以解决并且重新检查没有别的问题之后，再开始下一步骤的操作。在进行钻机安装工作的时候，为了达到保持桩的垂直度的目的，必须是钻机以及桩位相对准，并且要调平桩机机身。

2.3钻进

在调整桩机任务完成以后，便要开始进行钻进作业，此时首先是要开启主电机，当搅拌钻头以及地面相接近的时候，再开启空压机便开始送气。利用深度尺盘控制钻深，在钻进的过程中务必要将钻进的速度控制好，在通常情况下要控制钻进速度不得大于0.8 m/min，当遇到土层比较坚硬的时候，要控制钻进速度不得大于0.6 m/min，有效地确保桩孔不发生偏斜。

2.4钻至设计标高

由水准点来确定施工场地地面高程。在工程人员进行施工作业之前，必须对深度盘读数加以认真仔细的核定，在一般情况下读数允许的误差范围要小于5 cm。当深度尺盘达到预定数量时要停止钻机工作并反转钻头等待送料。

2.5输浆

在输浆的过程中务必要确保输浆均匀，使输浆压力始终保持在0.3～1.0 MPa的范围内，要设置专门计量仪器来准确测量输浆量，并且根据地层吃浆的变化情况来对输浆量加以合理地调整，最终要使得总输浆量不少于设计规范要求。

2.6提升钻头

为了确保加固浆液能够到达桩底，要在确定加固浆液到达桩底后再提升搅拌钻头，一般钻头在桩底停留2～4 rain，将钻头提升至设计标高时停止喷浆。

2.7停止提升

开启送气阀门后再关闭送料阀，使空压机呈运转状态，提升搅拌钻头至桩顶位置并保持2 min转动，确保桩头均匀密实。

2.8重复搅拌

在保证搅拌钻头旋转的同时，将搅拌钻头向下钻至设计桩底深度，当搅拌钻头向下钻至设计桩底深度以后将搅拌钻头提升出地面再开始第二次搅拌。

2.9停机

把钻头提至地面以上后，关闭主电机以及空压机，再填写相应施工记录。

2.10桩机移位

利用桩机的液压系统，把桩机运到下个桩位开始施工。

3　施工中的注意事项

3.1桩机就位

利用设在桩机左侧的标尺对准桩位，垂直偏差率小于0.5%，对桩就位偏差不大于±2 cm，利用设在桩机上的三个连通水准管来调平，或者是利用垂直度仪来进行调平。

3.2制浆

制浆系统一共包括二级，其中一级是用于制浆，二级是用于储存以及供浆。一级制浆桶的高为0.5 m，直径为1.0 m，由计算可知单位高度浆量为7.5 L/cm。为了便于配制浆液，每一次的制浆量为230L，水灰比例为1∶1。

3.3垂直度

在施工时要保持钻头快档旋转，慢档提升。在搅拌时下沉到设计深度后再提升，确保深度偏差不大于200 mm，同时垂直度偏差不大于0.5%。

3.4提升速度

为了能够较好地保证成柱的质量，需要科学合理地控制供浆，对停浆时间也要进行严格的控制，除此之外，还要对搅拌时的钻进以及提升速度严格控制。

3.5输浆压力

输浆压力一般为0.6～1.0 MPa，当在提升的过程中发生供浆中断时，此时应该使钻杆钻头下落，到钻头位置低于停供点0.5 m时停止，当在下钻过程中发生供浆中断，此时应该使钻杆钻头下落，当钻头位置高于停供点0.5 m时停止，当供浆恢复之后再开始进行施工任务。如停工时间达到30 h，需要对设备及管道进行及时、全面的清洗，以免水泥在管道以及设备里面结块。

4　质量检查

4.1开挖检查

在成桩28 d以后沿墙体轴线布设开挖检查点，每处开挖长度大约为3～5 m，深度要大于2.5 m，每相隔500 m开挖一处，检查结果如下所述：

1）测量桩位偏差、桩顶高程、墙体厚度均与设计要求相符合。

2）外观检查截渗墙：墙体搅拌均匀、质量良好、成型美观。

3）检验尺检查：墙体垂直度、桩间搭接没有超出允许误差范围。

4）通过对比截渗墙内外两侧土质得知实际截渗效果满足设计以及实际要求。

4.2无损检测

使用无损检查仪对墙体连续性、完整性及墙体深度进行检测，结果符合设计要求，未发现异常部位。

4.3钻孔取芯检测

柱体随机钻孔取芯送交相应检测资质的法定检测单位进行检测，室内实验结果表明：渗透系数、墙体抗压强度以及允许比降等参数与设计要求相符合。

5　结　语

引黄济青明渠具有高水位，大流量，常年输水特点，深层水泥土搅拌桩截渗墙技术工艺成熟，原材料比较单一，施工条件要求相对较低，截渗效果是十分良好的，能同时满足截渗施工不影响输水任务和输水期间施工不影响截渗效果的两方面要求。但是深层水泥土搅拌桩截渗墙对施工机械要求比较高，水灰比和供浆压力直接影响工程质量，在类似水利截渗加固工程中建议选择合适的施工机械，严格控制好水灰比和供浆压力，从而更好的提高工程质量，满足截渗要求。

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