影響水泥土攪拌樁防滲墻質量因素分析及控制措施

張正榮

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司 陜西 西安 710043）

近年來，水泥攪拌樁成墻技術在軟基處理、邊坡防護及水利水電工程滲水層處理中得到廣泛應用，并取得較好的工程效益。由于水泥攪拌樁成墻施工難度大，技術要求高，如果控制不當，不僅起不到預期效果，還會給工程留下嚴重的質量和安全隱患。筆者親歷了部分工程的試驗研究和防滲墻施工管理工作，發(fā)現施工前通過對影響攪拌樁質量的因素分析，制定和采取相應的質量控制措施，即可有效提高攪拌樁防滲墻的施工質量，達到預期的設計效果。

1 影響水泥土攪拌樁防滲墻質量因素分析

1.1 水泥摻入比

水泥土攪拌樁是利用水泥或水泥漿作為膠凝材料，通過特制的施工機械在地基深處就地將松散土層與注入的水泥一起攪拌，經物理化學反應硬結成具有整體性，水穩(wěn)性和一定強度的水泥土樁。樁與樁相割搭接形成厚度和滲透性滿足防滲要求的水泥土防滲墻。水泥摻入比是指水泥在土料中摻入的重量與被加固土體天然濕重量之比。從成墻機理分析，水泥在土體中發(fā)揮填充作用和固化作用，當水泥顆粒充分填充土粒之間的空隙，又能充分固化時，就會形成密實的、具有一定強度和抗?jié)B性的穩(wěn)定體。工程試驗證明，水泥土攪拌樁單軸抗壓強度隨水泥摻入比增大而增大，抗壓強度高、抗?jié)B效果好。因此水泥摻入比對墻體質量起主要的決定作用。

1.2 水泥注入量

深層攪拌樁施工水泥摻入量是通過水泥漿方式注入到土體中的，水泥注入量是否能夠充分填充土中的空隙，影響水泥土攪拌樁密實度。充填密實，水泥土強度高，抗?jié)B就好。

1.3 施工工藝

成墻質量的優(yōu)劣直接關系到地基處理的效果。水泥漿與土體攪拌的均勻程度也是影響墻體質量的關鍵因素。如同混凝土攪拌原理一樣，攪拌次數越多，水泥土攪拌越均勻，質量越好。實踐證明，沙性土層容易攪拌均勻，而粘性土粒之間粘結力較沙性土粒之間粘結力高，容易造成土體成團快隨攪拌頭旋轉，因而粘性土不易攪拌均勻，必須降低攪拌頭的提升速度，增加攪拌次數，使水泥土得到充分攪拌。從施工技術控制角度分析，質量控制的重點和難點是樁徑、樁體斜率和樁體間的相互搭接，攪拌鉆頭提升和攪拌速度、漿液比重、摻入槳量。成樁過程中，若鉆桿垂直度偏離過大，易造成墻體開叉。攪拌鉆頭由于高速旋轉，尤其是在沙性土層和堅硬土層中，極易造成攪拌葉片磨損、脫落，若發(fā)現不及時，未及時修補、更換，易造成攪拌樁之間墻體搭接不良或墻體厚度不夠，從而影響攪拌樁墻體的整體性和連續(xù)性。

2 控制措施

2.1 通過試驗選擇攪拌樁技術參數

為了取得經濟合理的攪拌樁水泥摻入量，施工前必須按照設計提供的地質資料，選取代表性地段進行鉆探取樣，測定其天然狀態(tài)的物理性質指標，以便配制水泥土試樣。試驗室應根據水泥攪拌樁防滲墻的技術要求和被加固土層的情況，擬定不同地層的水泥摻入比，通過測定7d或28d水泥土單軸抗壓強度和滲透系數，選擇滿足設計要求的水泥摻入比。

為達到技術可行，經濟合理的目的，針對具體的施工現場地質條件及擬采用的水泥品種、施工設備，在正式攪拌樁施工前，還應按照試驗室推薦的水泥摻入比進行現場工藝性試樁，最終優(yōu)選水泥攪拌樁的技術參數。

2.2 水泥漿注入量控制

漿液注入量以注入土體中的水泥漿充分填充土層中的空隙為佳，需根據水泥摻入比和土體天然重度、樁體直徑計算出每米水泥摻入量，再通過漿液的水灰比計算出每米漿液的注漿量。施工過程中，應在每臺攪拌設備上配備電腦自動記錄儀，以利及時對注漿量進行控制和調整。采用電腦自動記錄儀可以隨時打印施工資料，對施工過程鉆的進深度和注漿量實行全程監(jiān)測，最大程度的降低人為干擾施工質量。記錄儀在使用前必須通過法定計量部門的標驗，合格后方可使用。嚴禁使用由施工單位自制的記錄儀。由于固化劑從灰漿泵到達攪拌機械的出漿口需通過較長的輸漿管，必須考慮水泥漿到達樁端的泵送時間，為了保證樁底獲得足夠的水泥漿，所使用的輸漿管長度不要超過60m，當攪拌頭下沉至設計高程時，應在此停留約30s左右。注漿過程必須保持連續(xù)，當設備出現故障，導致斷漿、停漿情況時，恢復施工后必須進行補噴，且二次補噴復攪搭接深度不能小于0.5m。施工中注意觀察地面泛漿情況，應以樁頂出現少量泛漿時為宜，如在二次噴漿中樁頂不泛漿，可能存在地質缺陷、漿液流失或土層過于松散漿液無法填充密實的情況，應查明原因，采取補救措施。

2.3 施工工藝控制

為了保證墻體的均勻性，施工中應嚴格控制噴漿提升速度。提升速度是通過工藝試樁確定的，施工中嚴禁隨意改變。為了保證水泥土攪拌均勻，攪拌次數不宜低于四次，噴漿過程不少于兩次。兩次噴漿是為了最大限度的減少噴漿的不均勻性，尤其是二次噴漿，可對首次噴漿量不足的區(qū)段進行補漿。具體施工程序為：首先將攪拌機鉆頭下沉至設計深度，開啟灰漿泵在擬定壓力下，將水泥漿壓入地層中，邊噴漿邊旋轉攪拌，待鉆頭提出地面后，再次攪拌沉入土中，到設計深度后再注漿攪拌提升至地面。在粘性土含量較高的地層應適當降低鉆進、提升速度，并采用合理的注漿壓力，以保證水泥漿注入量及其與被加固土體充分攪拌均勻。

針對施工過程中的難點，需加強施工過程中攪拌樁機鉆桿的垂直度控制，在攪拌樁機上安裝垂直觀測儀進行鉆機調平。移位時，必須精確對準樁位。為防止樁機傾斜、偏移，對樁機支撐面基礎必須進行平整夯實加固。堅持交接班時，必須檢查一次攪拌頭葉片直徑，發(fā)現磨損達到1cm時，必須予以修補、更換。攪拌頭與鉆桿連接必須牢固，每次攪拌頭提升出地面時應注意觀察，防止攪拌頭脫落。

3 工程實例

陜西省涇惠渠西郊水庫位于三原縣縣城以西約2km的清峪河干流上，壩上游左右兩岸393.5m～399.5m高程為滲水層。393.5m～399.5m，滲水層處理方案為水泥土攪拌樁連續(xù)墻，防滲墻左右兩岸長分別為216.66m和193.05m，防滲墻外緣厚度800mm，水泥攪拌樁直徑450mm，雙排布置，間、排距均為350mm，樁長12.5m，處理后防滲墻滲透系數k≤1×10-6cm/s，單軸抗壓強度≥1.0MPa。要求通過試驗選擇水泥摻入比。

根據滲水層處理設計方案，處理深度為12.0m，高程從392.5m至404.00m。393.5～399.5m為主要滲水層，將其劃分為一區(qū)，其余地層稱為二區(qū)。分別在這兩層土中采取土樣，測得土料天然重度平均為19.0kN/m3，平均含水率23.6%。依據地層土情況，擬定水泥摻入比：12%、13%、15%、18%。按照《土工試驗規(guī)程（SL237-014-1999）》中有關滲透試驗、《公路路面基層施工技術規(guī)范（JTJ034-93）》及《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTJ057-94）》中水泥穩(wěn)定土的有關方法進行試驗，通過測定水泥土滲透性與抗壓強度，初步選擇水泥摻入比。

室內試驗結果表明：隨著水泥摻入量的增加，滲透系數在降低；28d單軸抗壓強度隨摻入比增加呈直線增長，滲透系數值為1.23×10-8cm/s～1.3×10-7cm/s，平均 4.59×10-8cm/s；單軸抗壓強度值為1.79～3.98MPa。試驗結果符合一般規(guī)律，并滿足設計要求。

根據室內試驗結果，初選摻入比12.5%。按照樁徑45mm計算，水泥每米摻入量37kg，當水灰比采用0.55∶1，注漿量為57kg/m。在正式打樁前，按此參數現場進行工藝性試驗由于土層較密實，含水率偏低，鉆進較困難，故在預攪下沉過程中少量加水，鉆進較為順利通過現場試樁，最終選用強度等級為32.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比13.0%，水泥摻入量 39kg/m，水灰比 0.55∶1，漿液注入量60.5kg/m。

攪拌樁機和電腦自動記錄儀為武漢工程機械研究所生產，記錄儀在使用前均經過法定部門標驗。施工依據《建筑地基處理施工技術規(guī)范（JGJ79-2002）》進行，施工前編寫了施工組織設計，規(guī)定施工工序為四攪兩噴，即預攪下沉至設計深度，開啟注漿泵，在0.25～0.3MPa壓力下將灰漿壓入到被加固土層，邊噴漿邊提升，提升至地面后，重復以上過程。提升速度為0.2～1.0m/min，在土層堅硬密實、鉆進困難、粘土含量高的區(qū)域，降低提升速度；并在樁底適當停留攪拌，以提高攪拌次數，確保攪拌均勻。

施工完成后，在墻體兩側進行開挖檢查樁與樁之間連接較好，樁體完整、墻體連續(xù)，防滲墻外緣厚度達到800mm。采用雙管鉆孔取芯進行抗單軸壓強度試驗和滲透試驗，結果表明，墻體28d單軸抗壓強度大于1.0MPa，滲透系數k＜1×10-6cm/s，滿足設計要求。

4 結語

總之，水泥土攪拌樁防滲墻施工質量控制是確保施工質量的重要工作，筆者認為，通過對影響攪拌樁質量因素的分析，找出質量控制的重點和難點，制定相應的質量控制措施，施工中采用先進的質量監(jiān)測手段，精心組織，規(guī)范施工，加強管理，不僅能夠保證施工質量，加快施工進度，而且能夠取得良好的經濟效益。陜西水利