水泥深层搅拌桩截渗墙施工技术探讨

水泥深层搅拌桩截渗墙施工技术探讨

摘要：水泥深层搅拌桩截渗墙是利用水泥作为固化剂，通过钻机在地基深处就地将土体和固化剂强制搅拌，固化剂、土体和水之间产生一系列的物理、化学反应，使土体固结成具有良好的整体性、稳定性和具有一定强度的水泥土截渗墙。本文结合工程实际，对水泥深层搅拌桩截渗墙施工技术作一些探讨。

关键词：水泥深层搅拌桩截渗墙施工技术

水泥深层搅拌桩截渗墙是利用水泥作为固化剂，通过钻机在地基深处就地将土体和固化剂强制搅拌，固化剂、土体和水之间产生一系列的物理、化学反应，使土体固结成具有良好的整体性、稳定性和具有一定强度的水泥土截渗墙。本文结合工程实际，对水泥深层搅拌桩截渗墙施工技术作一些探讨。

一、工程概况

某水利工程位于城市河流下游（5+655～6+080）全长425米，堤防等级为三级，是在原有的基础上加高加固，根据地层（根据地质报告墙顶标高16米以下地质条件为砂层、砾质粗砂、和不规则砾卵层，密度为中密），经过多方案比选，该防洪堤除险加固的设计方案采用水泥深层搅拌桩截渗墙技术。该工程深层搅拌桩防渗墙直径φ500mm，桩中心距400mm，墙厚300mm，墙顶高程11.4米，墙底高程－26.2米，墙体平均深度33米，墙体渗透系数小于1×10－6cm/s，允许渗透坡降不小于50，墙体抗压强度不小于0.5MPa，水泥参入量不小于15%。

二、水泥深层搅拌桩的原理与基本性质

深层搅拌桩是采用深层搅拌机械，在地基深处利用水泥或石灰作为固化剂（浆液或粉末状），与软土强制搅拌混合，硬化后形成具有整体性，水稳定性和一定强度的优质地基。用水泥作为固化剂加固软土时，由于水化和水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水中和空气中逐渐硬化，钙离子和土中交换性钠离子发生交换作用，使粘土颗粒集合成较大团粒；水泥水化物中的游离氢氧化钙吸收水和空气中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸钙等项效应，形成具有一定强度和稳定性水泥加固土。深层搅拌加固法处理软土技术发展至今已成为软土地基处理中应用最为普遍的一种地基处理方法，并具有广阔的发展前景。

1、深层搅拌桩加固原理

（1）软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应。主要表现为:水泥的水解水化反应，形成凝胶体和水泥杆菌结晶体。

（2）粘土颗粒与水泥水化物的作用。当水泥的各种水化物生成后，有的自

身硬化，形成水泥骨架，有的则与周围具一定活性的粘土颗粒发生离子交换、团粒化作用、硬凝反应等，生成新的化合物，从而提高水泥土的强度。

（3）水泥水化物中游离的氢氧化钙吸收水及空气中的二氧化碳，形成不溶于水的碳酸钙，也使土的强度增加。

2、深层搅拌桩影响因素

从工程应用的观点，水泥土的强度主要受下面因素影响:

（1）水泥掺入比的影响。当其他条件相同时，在同一土层中水泥土的强度随水泥掺入比的增加而增加。但因场地土质与施工条件的差异，水泥掺入比的提高与水泥土强度的增加并非成正比。实际工程中水泥掺入比一般使用7%～15%为宜。

掺入比αw用下式表示:αw=(掺入的水泥量÷被加固的粘土重量)×100%

（2）水泥土龄期的影响。水泥土的强度随龄期增加而增大，一般情况下水泥土强度7d时可达标准强度的30%～50%，30d可达标准强度的60%～70%，龄期3个月后，水泥土的标准强度基本达到要求。因此，工程上取龄期3个月的强度作为水泥搅拌桩的标准强度。

（3）水泥标号的影响。水泥土的强度随水泥标号增加而增加，一般当水泥标号每增加100#，水泥土的无侧限抗压强度可提高20%～30%。

（4）外掺剂的影响。针对具体工程，选用合适的外掺剂(如粉煤灰等)，即可以改善水泥土的性能，又可以提高其强度。

（5）含水率的影响。当水泥土配方相同时，其强度随土样的天然含水率的降低而增大。

（6）有机质含量的影响。水泥土的强度随土样中有机质含量的增高而降低。

（7）其他因素的影响。地基土及地下水的成分对水泥土的强度也有着不同程度的影响。

因此，在深层搅拌地基设计和施工中，应充分考虑上述因素的影响。

3、深层搅拌法主要优点

（1）加固效果好，加固方式灵活，适用面广深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和置换率以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。对河道这种区域狭长、地质条件复杂，对沉降要求较高的工程比较适宜。采用搅拌桩挡土墙作为河岸边坡支护不仅能够保证边坡稳定，还具有防渗功能。

（2）施工速度快一般来说，每台深层搅拌机建造搅拌桩截渗墙的工效达13.2m2/台•时。

（3）可充分利用原软土，无弃土问题深层搅拌法是一种原位加固技术，可充分利用原状土，无弃土问题。

（4）造价较低。工程造价比采用垂直铺塑截渗、混凝土墙截渗、高喷水泥土墙截渗的造价低。

三、施工技术要点

1、施工准备

（1）设备准备：施工机械采用衡阳探矿机械厂生产的SJ4-500型连续墙深搅钻机进行搅拌，ZJ-400型高速制浆机制浆、BW250/50型泥浆泵输浆，SJZ水泥桩监控记录仪记录。

（2）材料准备：主要施工材料采用强度不低于32.5的普通硅酸盐水泥作固化剂，通过搅拌成水泥浆液输送到搅拌头处，与土体混合固结形成水泥土防渗墙。水泥浆液水灰比一般为0.5：1～1：1。

（3）场地平整：首先应进行施工场地平整，清除地面障碍物。

（4）导向槽开挖：桩机就位施工前，沿防渗墙轴线开挖导向槽以便于施工及桩机移动。开挖截面控制为：宽×深=60cm×30cm。开挖前由技术人员沿施工轴线用石灰放出开挖边线，开挖完成后进行复核，必要时进行修整或重新开挖。

（5）建设完成供水、供电、供浆、施工道路及材料仓库等临建设施。

（6）地质复勘：沿防渗墙轴线布置地质复勘先导孔，采用XU-100型地质钻机取芯钻进。先导孔完成后，绘制轴线处地质复勘剖面图，以校核调整设计防渗墙底线。

（7）现场试验：在正式施工前，选择有代表性的堤段进行现场试验，具体试验部位及试验方案报监理工程师批准后实施，以取得适合于地质条件的有关参数，如供浆量、水灰比、下沉提升速度等。采用不同的水灰比及供浆量、不同的提升（下沉）速度进行单元墙成墙试验；试验完成后进行开挖，观测成墙质量并取代表芯样做物理、力学性能试验，根据试验结果选择达到设计各项指标的单元墙施工参数作为施工参数。

2、深层搅拌桩防渗墙施工

（1）搭接成墙的方法：SJ4-500型连续墙深搅钻机有并列的四根搅拌轴通过

连接装置呈一整体，搅拌头上下交错搭接，轴间距400mm，一次成墙（4根桩）。墙厚为30cm的水泥土防渗墙，拟采用直径为Φ500mm的搅拌头施工，搅拌头搭接处最小厚度300mm。根据桩机对偏斜率的控制能力及桩深情况，墙厚为30cm的水泥土防渗墙单元墙之间需搭接14～25cm，则单元墙沿轴线长度为1.43～1.52m。即一个单元墙完成后，向前移动的距离为1.43～1.52m。

（2）桩机调平定位：用事先预制、测量准确的位移标尺固定在与轴线平行的平行线上使搅拌头对准移位标尺上的桩号，以控制每组桩的搭接。利用桩机液压步履装置到达指定桩位，升降桩机液压支腿使桩机调平对中，并用水平尺检测前后左右的水平状态。