水利工程中水泥深層攪拌樁技術(shù)實(shí)踐探索

王紅祥

（湖北大禹建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430061）

水利工程中水泥深層攪拌樁技術(shù)，以水泥為主要材料，可硬化軟地基，具有造價(jià)合理、施工簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)。深層攪拌樁最早應(yīng)用在閘基、泵站等水利工程復(fù)合地基建設(shè)中，以提升河壩防滲效果，同時(shí)有助于壓縮造價(jià)，很適合非常規(guī)地基施工。

1 工程概況

1.1 水閘工程

漢川市新溝閘位于漢江左岸的新溝鎮(zhèn)，堤防樁號(hào)45+100，水利樞紐由排水閘和船閘組成，設(shè)計(jì)排澇流量1500m3/s，是漢北河流域防洪、排澇、抗旱的主要節(jié)制建筑物之一。該閘屬Ⅱ等工程、大（二）型規(guī)模，防洪標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計(jì)，100年一遇校核。水閘及船閘閘室部分等主要建筑物為2級(jí)，消力池?fù)跬翂斑M(jìn)出口護(hù)坡等次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。由于漢北河防洪體系沒有變化，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)按原設(shè)計(jì)規(guī)模不變。

1.2 工程任務(wù)

本工程主要工程任務(wù)包括：水閘上下游渠道清淤及坡面護(hù)砌；拆除原閘室閘墩、啟閉排架及啟閉機(jī)房、橋墩及交通橋；拆除重建上游鋪蓋及翼墻；在原閘室上游側(cè)新建閘室、工作橋、啟閉排架、啟閉機(jī)房等；新建橋墩及交通橋；維修加固消力池底板、邊墻部分拆除重建；漿砌石海漫整修；交通工程及房屋建筑工程等。

水泥土攪拌樁主要用于加固新建閘室、左右岸空箱及上下游聯(lián)結(jié)段擋墻的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑0.6m，間、排距1m，矩形布置，樁端深入稍密狀態(tài)粉細(xì)砂層1m，樁基底高程4.8m，噴漿量要求≥92kg/m，設(shè)計(jì)總方量為20647.4m3。

2 濕法深層水泥攪拌樁施工工藝流程

2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)，深層水泥攪拌樁技術(shù)以水泥為固化劑，提升受面的強(qiáng)度及硬度。平原區(qū)水利工程的基礎(chǔ)施工場(chǎng)地，多位于淤泥土質(zhì)、細(xì)砂土質(zhì)區(qū)，這種軟土地基采用深層水泥攪拌樁處理，可提升基礎(chǔ)穩(wěn)定性及承載力，既可加固工程基礎(chǔ)，還可預(yù)防地基滲透。

2.2 施工工藝流程

（1）樁機(jī)就位。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，利用起重機(jī)移動(dòng)攪拌機(jī)到達(dá)指定點(diǎn)位，利用定位卡與樁位對(duì)接，誤差控制在0.05m以內(nèi)。

（2）水泥樁的制備與下沉。采用邊噴漿邊攪拌邊下沉的方式，先啟動(dòng)攪拌機(jī)，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵向土體噴射水泥漿，攪拌頭向下旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，直到設(shè)計(jì)深度，在樁底端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10s以上。

如果攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)啟動(dòng)攪拌機(jī)，起重設(shè)備鋼絲繩緩緩下降到地層切土位置。假定鉆頭下沉速度過慢，此時(shí)向內(nèi)部注入清水，直到水泥漿與軟土完全混合。采用雙管齊下的方式完成樁體下沉。

（3）邊噴漿邊提升攪拌：攪拌機(jī)提升，當(dāng)意外事故（如停電、漿管堵塞等）影響樁身質(zhì)量，鉆具提升后應(yīng)立即回填素土，進(jìn)行重新噴漿復(fù)攪，在12h內(nèi)補(bǔ)救，搭接長(zhǎng)度不小于1.0m。

（4）重復(fù)上下攪拌過程，假定深層攪拌設(shè)備提升過程中專門加固深度和頂面高程，需排空集料中的水泥漿氣泡，讓水泥漿和泥土深度混合，同時(shí)讓攪拌設(shè)備在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)攪拌。

（5）移位。當(dāng)攪拌樁成樁后，需移動(dòng)攪拌機(jī)到下一點(diǎn)位繼續(xù)重復(fù)上述操作，直到所有點(diǎn)位均完成水泥漿注入。

2.3 施工注意事項(xiàng)

根據(jù)上述施工流程，深層水泥攪拌樁施工需選取最佳的噴漿時(shí)間，把控?cái)嚢桀^工藝特征及地層軟硬度。當(dāng)施工地質(zhì)相對(duì)單一時(shí)，可采用提升噴漿的方式施工，目的是讓樁體成樁更加快捷，也可以解決鉆入噴漿施工中水泥漿附著過多不易清理的問題。除此之外，在地基地層加固施工中，利用軟硬交替樁體設(shè)計(jì)及變摻量技術(shù)，需選用變量泵滿足施工要求。

3 濕法深層水泥攪拌樁施工技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 防滲墻施工技術(shù)

濕法水泥深層攪拌樁技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是利用了水利工程地基中的原有土壤，并利用硅酸鹽水泥進(jìn)行成墻施工，該施工技術(shù)防滲效果良好，可有效延長(zhǎng)防滲墻的使用壽命；二是成墻的造價(jià)相對(duì)低廉，可操作性強(qiáng)；三是解決了水壩防滲墻開槽塌孔問題，消除了搭接不科學(xué)問題。

漢川新溝閘因自身結(jié)構(gòu)影響，設(shè)計(jì)了兩套防滲墻施工方案，分為雙層地基的懸掛式防滲墻和多層地基防滲墻。前者主要考慮水體沖擊影響及透水層覆蓋面較廣的問題，假定設(shè)計(jì)為封閉式防滲墻，不僅會(huì)加大施工工程量，還會(huì)提升施工難度，無法確保施工質(zhì)量。對(duì)此，采用厚型透水地基懸掛式防滲墻。從技術(shù)層面分析，封閉性防滲墻防滲效果比厚型透水地基懸掛式防滲墻防滲效果更佳，因此施工中需對(duì)背水位置加強(qiáng)處理，合理選擇防滲半徑，讓浸潤(rùn)線和防滲半徑重合，最大限度降低滲漏量。多層地基防滲墻設(shè)計(jì)主要考慮到本工程透水層和弱透水層為互層關(guān)系，并且連續(xù)程度與厚度較大，滲透系數(shù)較小，因此采用半封閉的方式布置防滲墻。

3.2 攪拌樁參數(shù)取值

漢川新溝閘除險(xiǎn)加固工程施工，需對(duì)防滲墻滲透系數(shù)和防滲墻厚度參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

（1）本工程要求。防滲主墻、斜墻的防滲系數(shù)，必須小于壩體滲透系數(shù)的1/100，最終系數(shù)取值由實(shí)際工程需要決定?？紤]到同等材料在防滲墻所表現(xiàn)出的不同透水性以及不同地基防滲效果，所以在施工前通過試驗(yàn)檢測(cè)地基透水層材料的滲透系數(shù)。

另外，經(jīng)防滲墻坡腳覆蓋層水頭壓力測(cè)算：當(dāng)?shù)鼗牧蠞B透系數(shù)達(dá)到防滲墻的100倍時(shí)，防滲墻坡腳覆蓋層水頭壓力為堤防總水頭的60%，地基的安全效果較小不符合壩基穩(wěn)定性要求；當(dāng)?shù)鼗牧蠞B透系數(shù)達(dá)到防滲墻的1000倍時(shí)，則防滲墻側(cè)坡腳覆蓋層承受的水頭壓力從堤防總水頭的60%降到30%；當(dāng)?shù)鼗牧蠞B透系數(shù)達(dá)到防滲墻的10000倍時(shí)，則防滲墻側(cè)坡腳覆蓋層承受水頭壓力變?yōu)?0%。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)與工程計(jì)算，本工程防滲墻滲透系數(shù)的合理取值范圍，控制在地基材料的1/1000～1/10000。從工程規(guī)劃角度分析，強(qiáng)透水層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是對(duì)水泥深層攪拌樁技術(shù)進(jìn)行垂直防滲設(shè)計(jì)，滲透系數(shù)必須滿足建設(shè)要求。

（2）攪拌樁防滲墻厚度設(shè)計(jì)。根據(jù)圖1多層地基防滲墻所示結(jié)構(gòu)，在確保大壩地基與壩體透水性和自身的穩(wěn)定性要求后，起防滲作用的是垂直貫通壩體中心軸線的防滲墻。因漢川新溝閘除險(xiǎn)加固工程防滲墻的滲透系數(shù)和壩體強(qiáng)透水層滲透系數(shù)相差1000倍以上，所以當(dāng)防滲墻滲透功能達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，防滲墻厚度t采用以下公式計(jì)算：

圖1 防滲墻施工方案

式中：H——防滲墻前后方位的水頭差；

J——防滲墻的允許滲透坡降。

滿足上述公式要求，工程的防滲墻厚度即可滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 地基處理要求

采用濕法深層水泥攪拌樁施工，必須充分了解機(jī)械參數(shù)。攪拌樁的水灰比需＞0.5，水灰比＜0.5時(shí)，由于漿液過于黏稠，很容易出現(xiàn)管道堵塞的問題。一旦堵塞需及時(shí)清洗管道，并調(diào)整水灰比，隨后依照施工流程繼續(xù)開展作業(yè)。若需對(duì)樁位進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可在下沉攪拌設(shè)備0.5m后制樁。

深層水泥攪拌樁技術(shù)多應(yīng)用在水利工程的隱蔽工程中，可視性較差，常因樁位校正不準(zhǔn)確，導(dǎo)致樁位與設(shè)計(jì)位置不符的情況，需在施工前做好準(zhǔn)備工作。施工現(xiàn)場(chǎng)，樁位放樣作業(yè)后，監(jiān)理人員需對(duì)作業(yè)效果進(jìn)行檢查，核對(duì)樁位、檢查樁位軸線。

利用濕法深層水泥攪拌樁技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行加固后，要及時(shí)清理攪拌樁鉆頭，深層清理攪拌樁，并養(yǎng)護(hù)地基。為解決施工現(xiàn)場(chǎng)大量重型設(shè)備對(duì)樁體碾壓，導(dǎo)致樁體發(fā)生震動(dòng)的問題，需保持地基工作環(huán)境的封閉性。

4 濕法深層水泥攪拌樁施工中質(zhì)量控制方法

4.1 影響濕噴施工質(zhì)量的主要因素

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，濕法深層水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題，包括作業(yè)人員技術(shù)水平較低、施工人員管理不到位、鉆進(jìn)過程設(shè)備故障、施工過程中鉆進(jìn)及提鉆速度過快、水泥施工中出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象、機(jī)械設(shè)備施工過程不平整等。各類問題的成因詳見表1。

表1 濕法深層水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用存在問題及成因

4.2 濕法深層水泥攪拌樁施工中質(zhì)量控制方法

（1）施工中全流程做好技術(shù)交底工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、施工員、質(zhì)檢員等有關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交底。另一方面，將濕噴樁施工相關(guān)的施工工藝、施工規(guī)范結(jié)合先進(jìn)的做法和管理經(jīng)驗(yàn)形成PPT，組織項(xiàng)目部人員在會(huì)議室進(jìn)行濕噴樁施工專題講座，重點(diǎn)是對(duì)濕噴樁施工技術(shù)參數(shù)、控制要點(diǎn)、質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等方面的學(xué)習(xí)，并組織相關(guān)技術(shù)人員交流學(xué)習(xí)心得。通過學(xué)習(xí)，技術(shù)人員已對(duì)濕噴樁施工的工藝流程、規(guī)范要求有清楚認(rèn)識(shí)，并能清楚敘述出相關(guān)施工要領(lǐng)。

（2）項(xiàng)目部專門指派有經(jīng)驗(yàn)的施工人員，對(duì)每臺(tái)鉆機(jī)的施工過程進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)在鉆機(jī)立桿上所標(biāo)注的尺寸，對(duì)鉆進(jìn)深度實(shí)施跟蹤檢查，并進(jìn)行記錄。對(duì)不能按要求鉆進(jìn)到規(guī)定深度的樁，立即要求返工，直至達(dá)要設(shè)計(jì)深度，并進(jìn)行記錄報(bào)項(xiàng)目部，項(xiàng)目部根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)施工班組進(jìn)行工程施工質(zhì)量教育，并制定相關(guān)的獎(jiǎng)罰措施，特別對(duì)個(gè)別操作工人進(jìn)行思想教育。經(jīng)過項(xiàng)目部不定時(shí)實(shí)施突擊抽查、夜間跟蹤檢查后發(fā)現(xiàn)，實(shí)施相關(guān)對(duì)策后，粉噴樁施工過程中鉆進(jìn)深度不夠的現(xiàn)象有很大改觀，基本杜絕了鉆進(jìn)深度不到位現(xiàn)象。

（3）施工過程中，對(duì)質(zhì)量及技術(shù)問題進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，約談作業(yè)隊(duì)負(fù)責(zé)人，要求其對(duì)現(xiàn)階段施工中的破舊設(shè)備進(jìn)行更換，必須在3天內(nèi)更換完成；項(xiàng)目部組織專業(yè)技術(shù)人員在每天開工前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，并填寫檢查記錄表、上報(bào)物資部，每天早上設(shè)備檢查合格后方可進(jìn)行施工，否則嚴(yán)禁進(jìn)行施工。

（4）攪拌樁需利用攪拌機(jī)械，對(duì)漿體持續(xù)進(jìn)行攪拌下沉，同時(shí)噴漿作業(yè)提升下沉工作，經(jīng)過5次下沉后，提升作業(yè)結(jié)束，采用六攪五噴施工法。

（5）施工前期制定施工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，包括設(shè)備提速、注入量、起吊速度。使用前做好漿體材料配合比強(qiáng)度試驗(yàn)，并進(jìn)行樣本模擬。樣本式樣作為準(zhǔn)備工作的一環(huán)，需完全按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，對(duì)設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行更改。漿體輸送速度和攪拌速度需相輔相成，確保漿液攪拌充分，并使?jié){液同泥土充分混合，確保地基荷載力均衡?？赏ㄟ^改變輸送泵的傳速，控制流量泵流量。

（6）攪拌樁端頭位置和地平面保持平行狀態(tài)，目的是保證地基平整度，對(duì)攪拌樁和地平面角度進(jìn)行調(diào)整。其一，起吊設(shè)備需具備平整度，和導(dǎo)向架呈現(xiàn)直角形態(tài)。設(shè)備和地面的關(guān)系檢驗(yàn)中，若垂直度偏差在合理范圍內(nèi)，可不對(duì)施工進(jìn)行調(diào)整。施工過程中，樁柱點(diǎn)位確定后還需利用設(shè)備驗(yàn)證點(diǎn)位設(shè)置是否準(zhǔn)確。在點(diǎn)位驗(yàn)證中可利用定位卡，使偏差在可接受范圍內(nèi)。地基處理中，應(yīng)搭接成墻，要求一次成型，各個(gè)樁柱施工時(shí)間間隔不可過長(zhǎng)，目的是讓所有樁柱連接成墻。

5 結(jié)語(yǔ)

通過跟蹤檢查監(jiān)督，解決了濕噴樁施工質(zhì)量問題。經(jīng)200點(diǎn)抽檢、統(tǒng)計(jì)，僅有4點(diǎn)（一般項(xiàng)目）的過程不能滿足質(zhì)量要求，其中鉆孔深度不足、設(shè)備故障造成斷樁（主控項(xiàng)目）的問題沒有發(fā)生，施工主控項(xiàng)目滿足度100%，一般項(xiàng)目滿足度達(dá)98%，總體施工質(zhì)量?jī)?yōu)良?；径沤^了濕噴樁施工的返工、補(bǔ)樁等問題，解決了壩基不均勻沉降問題，加快了工程進(jìn)度，縮短了工期，大大提高了施工效率和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。