水泥搅拌桩在水利施工中的应用研究

彭佩芳

摘 要：水泥搅拌桩在水利工程建设中广泛地应用，可以作为水闸基础防渗墙，也可以作为浅层基础开挖挡土墙，还可以增强软基承载力。在软粘土地基施工中，水泥搅拌桩施工水利水电是常见的处理方法之一，水泥搅拌桩技术逐渐成为了这些水利施工中首选的基坑开挖方法。利用深层搅拌机械，在地基处将水、固化剂和沙或软土拌合在一起，形成水泥土加固体，从而产生具有较高承载力的复合地基。

关键词：水泥搅拌桩；水利施工；应用

随着我国近年来水利施工条件和施工技术的快速发展，水泥搅拌桩在水利施工中的应用范围得到了广泛的拓展。水泥搅拌桩不仅仅能够应用于复合地基的施工中，更是一种经济性较高的基坑围护结构，并得到了广泛的应用，通常比灌注桩的施工方法要节省30%～50%。所以，近几年以来，水泥搅拌桩技术在水利工程中得到了广泛的推广与应用。水泥搅拌桩的复合地基在水利工程中的运用主要体现在提高地基土的承载能力和抗压强度。

1 水泥搅拌桩加固原理

1.1 概述

水泥搅拌桩是一种应用较广泛的地基加固方法，是一种用于加固饱和软土地基的常用软基处理技术，它将水泥作为固化剂与软土在地基深处强制搅拌，由固化剂和软土产生一系列物理化学反应，使软土硬结成一定强度的水泥加固体，从而提高地基土承载力和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。

1.2 加固机理

地基软土经水泥搅拌法施工后所形成的承载实体为“水泥加固土”，设计时，根据上部荷载要求，掺入7%-20%的固化剂（水泥）及少量化学添加剂与软土强制搅拌形成水泥土复合地基，水泥土强度的产生来自于固化剂和软土间的复杂物理化学反应。

2 水泥搅拌桩施工过程

2.1 施工前准备

2.1.1 施工技术材料。主要包括施工场地水泥搅拌桩桩位设计图、土工实验报告、室内配比试验结果、控制点坐标和位置的测量结果、高程数据表、建筑物平面布局图以及工程地质报告等相关材料。

2.1.2 成桩试验。试桩通常在5根以上。经过试桩，能够对单位时间喷入量、喷气压力、搅拌速度、提升速度和钻进速度等相关的技术参数进行准确确定。

2.1.3 依据施工设计图。设计桩位平面布局图，在施工场地确定每根水泥搅拌桩的具体位置，并进行标记。

2.1.4 平整场地。将施工场地内阻碍成桩的腐泥、杂草、有机质、树根等软质杂物，以及石块、混凝土块等硬质杂物清除，回填平整凹凸不平的施工地面。如果场地平整度不符合行走机械的要求，则可适当铺设碎石层和砂土层。

2.2 施工方法

现阶段，在水利施工中应用水泥搅拌桩技术通常使用四搅两喷法施工、跳打法工序，具体施工方法为：第一，定位放线。依据测定的控制点，逐孔向施工方位测定水泥搅拌桩桩位，为了避免施工过程对桩位造成损坏，每次进行20个孔位的测放，以1d的施工量为标准，使用竹签钉入土中进行桩位的定位，桩孔间距的要符合施工设计标准。第二，钻机定位。水泥搅拌机达到设定桩位后，将测放点与中心管垂直对准，垂直偏斜度在1%以下，稳定安放钻机后，保持设备水平，钻机主轴的垂直误差在1%以内。第三，预搅下沉。水泥搅拌機中的冷却水正常循环后，将电机启动，搅拌头正常运转后，将起吊钢丝绳放松，保证搅拌机沿导向下沉的同时进行搅拌，使用电气控制设备的电流监测仪对下沉速度进行监测。第四，灰浆配制输送。水泥搅拌机下沉预搅过程中，依据预定的水灰比进行水泥浆搅拌；灰浆搅拌过程中，首先加水再加添加剂和水泥，灰浆搅拌时间每次在2分钟以上，充分搅拌均匀水泥浆后，过滤水泥浆，将水泥硬块完全剔除，后在集料斗中倒入灰浆进行压浆。第五，提升喷浆搅拌。下沉搅拌机至预定深度后，将灰浆泵打开，在地基中压入水泥，并连续30s在柱底进行搅拌，从而确保柱底部的质量，然后依据试验所设定的速度，在搅拌机提升的同时进行喷浆，保证充分拌合土体和浆液，超过桩顶高度约0.5cm后，喷浆停止，确保桩头密实均匀，同时，全部排空集料斗中的灰浆。第六，重复下沉搅拌和提升。为保证浆液与软土的充分均匀搅拌，再将水泥浆倒入集料斗内，并下沉搅拌机，达到预定深度后，搅拌机在搅拌的同时喷出浆液，并将其提升至地面。操作过程中要连续供应水泥，若因故中断，需下沉搅拌头至停浆面下0.5cm，供浆恢复后继续提升搅拌头，以避免发生断桩。第七，清洗。将适量的清水注入集料斗中，将灰浆泵开启，彻底清除管道中残留的水泥浆，同时洗净搅拌头上附着的软土。

3 水利施工中的水泥搅拌桩技术应用

3.1 用于水利工程的基坑工程中

因为水泥土的挡土墙属于不透水的支护结构，所以，水泥土挡土墙既能够挡土又能够挡水。而水泥搅拌桩属于重力式结构，依靠本身的重量就可以抵抗侧向力保持稳定，不需要其他结构的支撑，也不需要过多的拉锚。基坑内面积较大，便于基坑内机械挖土和地下结构的施工，水泥搅拌桩在基坑的应用，使得基坑的施工简便快速，效率大大提高，而成本费用则大幅降低，所以，具有非常好的社会经济效益。水泥搅拌桩还是加固基坑被动区土体经济有效的技术措施，它能防止被动区土体破坏和管涌现象等。

3.2 在水利工程中应用于防渗帷幕

水泥土的渗透系数通常都比原状土降低数倍以至几十倍，抗渗性能、抗渗功效大大提高。所以，通常在水利工程中，都将水泥土桩搭接施工组成连续的水泥土帷幕墙，并且在粉土、夹砂层、砂土地基的基坑防渗及堤坝防渗等工程中得到越来越广泛的应用。

在水利工程中，水泥搅拌桩与水泥土桩的组合使用，收到了非常好的效果。近年来，水泥搅拌桩与水泥土桩的组合应用范围在不断地扩展，比如这对组合可以与其他类型的桩共同组成复合地基；可以与其他材料结合组成复合支护型桩墙，如在水泥土桩中插入预制钢筋混凝土桩或角钢，与钻孔灌注桩、树根桩、土层锚杆等组成复合式支护结构，广泛用于深度大于5m的基坑支护。

4 结语

水泥搅拌桩在软土基础处理应用方面，技术上完全可行、成熟，质量是可靠、有保证的；既能有效地加固软土基础，满足防洪工程、河涌整治的建设标准，又在一定程度上节约建设投资。同时，由于水泥搅拌桩的施工过程中无振动、无噪音、无污染，对邻近建筑物及周围环境影响较小。当然，水泥土搅拌桩的设计指标还需进一步优化，施工中还缺少现代化监测设备，不利于施工过程的数据化控制。

参考文献

[1] 徐新跃.水泥土搅拌桩的现场试验研究与分析[J].勘察科学技术，2001（05）.

[2] 葛广州.深层水泥搅拌桩地基加固技术[J].华章，2009（23）.