【船闸工程中深层水泥搅拌桩防渗墙施工技术分析】 水泥搅拌桩水泥用量计算
时间：2019-04-17 03:17:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文从船闸工程中深层水泥搅拌桩防渗墙的施工条件、可行性、机理、工程效果的检验、质量通病和防治措施等方面进行技术分析。 关键词：船闸工程 深层水泥搅拌桩 防渗墙技术
1 施工条件
新建的京杭运河淮阴三线船闸地处淮安市西郊，距市区6.0km，处在一线船闸的南侧，上游接中运河，下游连里运河。由于受现场地理条件的限制，新建三线船闸与一线船闸间平行净距为63m，两闸靠的太近，闸址处的水文地质不良（地下分布有承压水层，砂性土），为确保一线船闸的安全运行，必须在一线船闸墙后保持高潜水位（不低于?荦10.0m－废黄河基面，下同），但三线船闸基底为?荦－1.0m左右，须实行大开挖且干地施工。而63m长渗径明显不够，因此需采取一定的防渗措施，否则，新建船闸基坑土体将会产生管涌等渗流破坏，并对老船闸安全运行存在很大隐患。为此在两船闸间设置长346m、深20m防渗墙，采用深层水泥搅拌桩工艺，双排梅花形布置（如图1），这样能延长渗径、杜绝管涌、减小渗流，减少流土。
2 防渗的可行性
相关类似工程中使用的各种防渗、抗渗加固措施效果如下：①垂直插塑膜。易老化和引起植被的破坏等。②高压定喷和地下连续墙。成本高等。③多头小直径防渗墙。目前最大加固深度为18m。④深层水泥搅拌桩。它始于美国，20世纪50年代引入日本，70年代末我国进行室内试验，1980年在上海首次开始应用并获得成功，之后在工程领域被广泛应用。其优势：就地施工，工期短，无公害，施工中无振动和噪音，不排污，对相邻建筑物无不利影响，是比较经济、适用、可行的防渗措施。当然此法效果如何关键在于施工的过程控制。
3 防渗的机理
深层水泥搅拌桩防渗机理与水泥土的固化机理较相似，即通过水泥的水化、凝固作用使软弱泥土的土工特性得到改善。原状土的土质、含水量和水泥用量决定水泥土的性能。但不同的搅拌方法对施工质量也有明显的影响。新建船闸防渗墙技术参数：强度≥3Mpa、渗透系数数量级在10－6以下。
3.1 强度。影响因素主要为：①水泥品种、标号及掺合量。水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺合量的增大而提高，水泥掺合量aw＞20%时的掺合效率降低，龄期越长，掺合效率越高。同种水泥标号每提高10号，水泥土的无侧限抗压强度约提高25％左右。同标号不同种水泥对同土质的加固效果则可能相差较大，因此，通过配比试验找寻最合适的水泥品种和最佳水泥掺合量。②土的物理力学和化学性质。土的密度、含水量等物理指标与水泥土强度相关关系很密切。土的含水量越高，水泥水化后所产生的物质的密度越小。因此当水泥掺合量一定时，水泥土的强度随土的含水量提高而降低。试验证明，水泥土强度与土料的含水量平方成反比。当土样含水量在50％～85％之间变化时，每降低10％含水量，则水泥土强度提高30％～50％。土的有机质成份和含量、PH值、离子种类和含量等化学指标同样也影响水泥土的强度，当腐植物含量超过0.7％～0.9％、PH值低于4.5～6.0，加固效果较差。③水泥土搅拌。其搅拌时间及均匀度对水泥土强度影响很大的，但达到一定搅拌时间后，强度的变化随拌和时间增长而趋缓。相同的搅拌时间，土的含水量ω、塑性指数IP、液性指数IL不同，则对水泥土的性能有很大的影响。IP值越大，土料越粘，要拌的均匀就越难；如是粘性土，ω、IL值过低，拌时易产生抱土，很难拌均。
3.2 渗透系数。水泥土的渗透系数由原料土和水泥固化作用所决定的，软质原料土渗透系数的数量级为：粘土10－7－10－5（cm/s）、淤泥土10－5－10－4（cm/s）、砂性土10－4－10－2（cm/s），经固化后的水泥土其渗透系数大幅降低，水泥掺合量越大则渗透系数越小。粘土可以降低几分之一到一个量级，淤泥质土降低在一个数量级以上，砂性土降低在两个数量级以上。
4 防渗施工注意事项
4.1 现场整理。现场应事先整平、清除桩位处的地表、地下所有障碍物（如树根、块石和大砼块、建筑垃圾等）。用粘土或碎石回填低洼地。
4.2 施工步骤。测量放样→桩机就位→桩机调平→预搅下沉→浆液配制→喷浆并搅拌提升→第二次搅拌下沉→第二次喷浆并搅拌提升（至顶）→清洗搅拌机→关闭并移搅拌机到下桩位。
4.3 搅拌机械标定。施工前应对灰浆泵输浆量标定，确定灰浆经输浆管到达喷浆口时间和起吊设备提升速度等施工参数，必须通过成桩试验确定水泥浆配合比和施工工艺。
4.4 固化剂和外掺剂使用。如使用必须通过加固土室内试验后。固化剂和外掺剂的浆液应按试验配比拌制。配制好的浆液不得离析，应连续泵送，设专人记录（包括：拌制浆液的罐数、固化剂和外掺剂的用量、泵送浆液时间等）。
4.5 加强桩机的观测。设计规定桩位偏差不大于50mm，为此，必须设专人加强起吊设备的平整度和垂直度的监测。
4.6 其他。预搅下沉时不宜冲水，如遇较硬土层下沉困难的可适量冲水，但应适当提高水泥浆掺量，弥补因冲水对桩身强度的影响。喷浆提升速度和时间必须与施工工艺相符，设专人记录。其记录误差：深度不得大于50mm，时间不得大于5s，并注明施工中出现的问题及处理情况。详细记录如钻杆钻进、提升速度。
搅拌轴转速；桩径和桩长；水泥配合比；水、水泥、外加剂用量等施工参数；成墙后在两侧设观测井，定期观测井中水位并做好记录，以检测其防渗效果。
5 质量检验
5.1 查施工记录并实行单桩质量评定。对评定为不合格的桩，应根据其位置和数量等情况，采取补桩或加固邻桩等。
5.2 轻便触探钻检测。成桩后7日内用轻便触探钻钻取桩身加固土样，观察水泥土搅拌均匀度，根据轻便触探击数采用对比法判断桩身强度。检测桩数量≥2%完成桩。
5.3 钻芯取样或开挖检测。存在下列情况时采取钻芯取样或开挖检测：轻便触探结果对桩身强度有怀疑的应钻芯取样，制成试块并测定试块强度，其强度应不小于2Mpa；施工记录注明有问题或场地复杂的应进行单桩荷载试验；检测相邻桩是否搭接可靠，应在桩养护一定龄期时任选一段墙体进行开挖检查其搭接尺寸（见图1）、成墙质量，检测桩位、桩根数、桩顶质量等，如有不符合设计要求的，必须采取补救措施。 6 防渗墙易出现的质量通病及防治
6.1 施工过程中喷浆突然中断。主要原因：注浆泵故障；喷浆口和管道堵塞；水泥浆的水灰比稠度不适合。防治措施：机械设备在施工前应进行维修、试运转，保证各项功能正常发挥，运转正常；为防止水泥浆倒灌，在喷浆口安装逆止阀；一旦开始注浆，就必须连续进行，不得中断；输浆高压胶管应连接可靠；在钻头喷浆管上方设置越浆板，防止杂物、硬块进入管路，造成堵塞；选用合适的水灰比。
6.2 搅拌桩体水泥分布不均匀，或出现无水泥现象。主要原因：工艺不合理；搅拌机械、注浆机械操作中发生故障、土体扰动范围扩大，造成注浆不连续、供浆不均匀、土体中无水泥；搅拌机钻头提升不匀速。防治措施：通过试验选择合理工艺；施工前对各种机械设备等进行检查、维修、试运转；严格控制灰浆拌和时间，不得少于2min，增加拌和次数、保证拌和均匀，使浆液不沉淀；提高搅拌转数、降低钻进速度，边搅边提等措施确保拌和的均匀性；单位时间内的注浆量要相等，不可或多或少，更不可中断；实施二次搅拌下沉及提升各一次，以反复搅拌的办法解决钻进速度快和搅拌速度慢的矛盾，即采取一次喷浆二次补浆或重复搅拌的施工工艺；拌制的固化剂应严格配比进行，不得任意加水，以防改变水泥浆的水灰比，降低搅拌体强度。
6.3 桩顶加固体疏松，强度低于设计值。主要原因：表层土体易被扰动，加固效果差，易出现疏松层；地基表面覆盖层土体自重压力小，被搅拌的土体极易出现上拱，造成搅拌不均匀。防治措施：桩顶以下１m范围内作为加强
段，增加一次到二次注浆并重复搅拌，也可适当提高5％～10％的水泥掺量。
6.4 桩接搭不严，出现桩开叉或桩分离，造成渗漏水现象。主要原因：钻机定位不准，钻头偏离设计桩位；钻机放置不稳，钻孔时机架晃动；机架与地面间的垂直度偏差超过规定值；钻头磨损，直径小于设计桩体直径。预防措施：桩位放样定点符合设计，钻机准确定位，成桩后的桩位偏差必须不超过5cm，保证两桩搭接尺寸符合规定值；钻机钻孔时，下部基架必须稳固、机身不晃动，机架横平竖直，水平和垂直倾角均小于0.5°；每根桩开钻前必须校正搅拌轴两个不同方向的垂直度，成桩的垂直度偏差不应超过1/100；每施打3～5根要检查钻头的磨损情况，务必保证钻头直径不小桩体设计直径。补救方法：在外围实行局部补桩；在开叉部位钻孔注浆，封堵漏水通道。
7 结语
以往工程施工中，深层水泥搅拌桩多用于地基加固处理上，在防渗墙深度不大时，经常用多头小直径能取得较好的效果。而重要的水工建筑物工程且深度大于18m防渗施工中，我们还是第一次尝试，并获得较好的防渗效果。因此，在类似工程的防渗处理中，此方法可以作重要的比选方案之一，但必须做好试桩和过程控制工作。
参考文献：
[1]《水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程》JTJ/T259-
2004中华人民共和国交通部发布.
[2]《江苏省内河航道整治工程质量检验评定标准》DB32/513-
2002江苏省质量技术监督局发布.
