多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术应用与探讨

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术应用与探讨

艾波

关键词：截渗技术；堤身垂直截渗；多头小直径深层搅拌桩；应用。

1998年汛期，整个长江流域和松花江流域发生特大洪水，一些防洪工程受外河水位的顶托，均暴露出了堤防防洪标准偏低、堤身隐患之多、堤基渗漏严重等洪水过后，为了确保重点堤防安全，对堤防工程采用垂直截渗加固处理尤为重要，现就堤身垂直截渗处理采用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术应用作介绍和探讨。

1多头小直径深层搅拌桩法

多头小直径深层搅拌桩截渗技术是在总结深层搅拌法按钻头形状及数量（单头、双头）搅拌成桩的基础上发展起来的一项新的截渗技术，是近年来遇到百年一遇的特大洪水时运用于堤防的垂直截渗加固处理工程上已获得成功，且日趋成熟，具有工效高、造价低、投入省、截渗性能好，无环境污染的特点。

2截渗墙技术基本原理

多头小直径深层搅拌桩截渗墙主要是利用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，把水泥浆（固化剂）喷入地层中，使土体与水泥浆强制搅拌，利用水泥浆和土体之间产生的一系列理化反应，使相继搭接水泥土硬结成连续截渗墙体，形成具有整体性、水稳性、强度性及抗渗性的优质水泥土截渗墙体。

水泥和土的固化机理有以下物理化学反应：

（1）水泥的水解和水化反应。生成氢氧化钙、含水铝酸钙、含水铁酸钙及含水铁铝酸钙等化合物，在水和空气中逐步硬化；

（2）离子交换与团粒反应，钙离子与土中交换性钾离子发生交换作用，使粘土颗粒集成较大团粒；

（3）硬凝和碳酸化反应，水泥水化物中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，能增加水泥土强度和足够的水稳定性。

3截渗技术的施工成墙工艺

3.1施工成墙工艺

桩机定位、调平→下钻搅拌至设计深度→提升搅拌至孔口→桩机纵移定位、调平，多次重复上述过程形成连续截渗墙体。

（1）第一步：桩机定位、调平

根据施工桩位平面图，使多头小直径深层搅拌桩机就位，并把桩机调正水平，采用三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠方式来控制水平，以保证施工中不倾斜、不偏位，做到垂直度、桩位对中偏差均满足设计要求。

（2）第二步：桩机下钻及提升

通过主机的双驱动力装置，带动主机上的多个并列的钻杆转动，并以一定的推进力使钻杆的钻头向土层钻进，同时钻头喷浆，达到设计深度时，钻杆堤升复搅，直到设计截渗墙顶标高时，停止喷浆。

在上述过程中，通过一、二级搅拌系统，用可调泵速的三缸单作用活塞泥浆泵，将水泥浆分别单独向三根高压输浆管均匀输送到各根钻杆，经钻头喷入土体中，在钻进及提升的同时，使水泥浆和原土充分拌和。

（3）第三步：桩机纵移定位、调平

重复第二、三步，就能完成单元墙体，如此连续重复完成单元墙体，就能形成连续截渗墙体。

3.2施工工艺流程

水泵系统

3.3适用范围

多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术适用于加固淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、砂土以及含少量砾石的直径小于50mm中粗砂层，甚至对土体存在架空、松散夹层、渗漏通道或洞空等情况也可施工，而且在汛期也不影响施工；加固处理深度不大于18.0m。

4截渗技术特点

（1）截渗墙体是利用水泥浆与原土充分拌和的水泥土，成墙质量可靠，墙体连续、整体性好、抗渗性能强；

（2）施工时无振动，无噪音，不受环境的影响，无环境污染；

（3）施工不需要开槽，设备操作及施工工艺均较简单，使用灵活，人力较少；

（4）对加固处理土体存在架空、松散、渗漏或洞穴等也可施工，且在汛期也不影响施工；

（5）与其它垂直截渗技术比较，成墙工效高，造价低。

5设计要求指标

（1）墙体渗透系数不大于i×10-6cm/s（1＜i＜5)；

（2）墙体无侧限抗压强度不小于0.3MPa；

（3）墙体渗透破坏比降不小于200；

（4）成墙厚度的范围一般在150~300mm；堤身截渗一般不小于160mm，而墙体伸入堤基相对不透水层可考虑在500~1000mm；堤基截渗成墙厚度应大于满足设计渗透破坏比降要求最小成墙厚度；

（5）固化剂一般采用水泥，水泥标号应不小于32.5，水泥掺入比一般为8~12%。

6施工技术要求

（1）施工场地：施工场地要平整，堤顶宽度不小于5m，场地内地下无连片或成堆的块石、树根、地下管线等，空中建筑物和高压线横跨施工场地时，其净空距地面不小于20m；

（2）按设计截渗墙轴线方向挖一条宽200~250mm、深200~250mm的方沟，避免浆液外溢，保证施工场地清洁，而且有利于放桩位控制的辅助线；

（3）固化剂：固化剂是提高被加固土体强度、抗渗性等的主要因素，一般采用水泥为固化剂，而水泥的标号、化学成分、掺入比（aw）等对水泥土的强度、抗渗影响极大，根据以住经验及试验表明：普通硅酸盐水泥的活性高，其早期和后期强度均较好，其加固效果优于其它水泥品种，因此，水泥最好选用标号不小于32.5，品种为普通硅酸盐水泥或矿渣水泥；

（4）水灰比：可根据地质报告反映的土层性质、土中孔隙率、土层含水量以及设计要求水泥渗入比、抗压强度、抗渗系数等初步确定，然后再根据现场施工情况进行修正，一般水灰比可取0.8~2.0，则浆液比重为1.286~1.586；

（5）钻头直径：根据截渗墙体的深浅、单元内搭接长度、单元搭接长度、成墙有效厚度、成墙分序、垂直度等要求，选择好钻头直径，一般在200~400mm；

（6）喷浆量：泥浆泵是向主机钻杆输入有压的水泥浆，是利用可调泵速的三缸单作用活塞泵，分别单独向三根钻杆输送等量浆液，保证输浆均匀，且以不同的输浆速度与钻杆钻进或提升速度相配合；

（7）开工时，按照设计要求水泥掺入比，拟定水灰比、下钻及提升速度范围，要保证试桩截渗墙体搅拌较均匀，并且取芯做抗压、抗渗性能，在满足设计要求下方可施工。

水泥掺入比（aw）是指水泥重量与被加固土体重量之比，则可计算掺入的水泥重量。

即：

试验表明：水泥土的强度、抗渗性，与水泥掺入比的增加而增大；

（8）在施工前必须使钻杆保持垂直情况下，使桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与联通器管中油液面重叠，就能保证在施工时截渗墙体垂直度偏差满足设计要求；一般要求垂直度偏差不大于0.3%，桩位偏差不大于10mm；

（9）在施工过程中，若电流骤升或桩机振动剧烈，说明钻头遇障碍物，应开挖清除或改变桩位绕过障碍物，不宜强行钻进。

7质量控制

7.1钻进质量控制

（1）桩位控制：为确保搭接长度、墙体厚度及整体性，施工时放一条醒目平行设计截渗墙体轴线的辅助线，为保证桩位的准确度，根据桩孔距、搭接要求，制作桩位放样定位尺，可在辅助线上定出每序成墙孔号位置，使桩位偏差满足设计要求；

（2）墙体垂直度控制：在施工前，用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面，因桩机底座平台上有三根标杆均固定联通器管，待管中注入油后，就在管中油液面处的标杆上做出醒目刻度标记，使油液面与刻度标记重叠，最后将联通器管口封闭，因此在施工时，只要保持桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠，所成的截渗墙体垂直度就能满足设计要求；

（3）桩径控制：主要是控制钻头直径，一般选择钻头直径都稍微大于设计桩径要求，因此在施工过程中，要经常检查钻头尺寸是否达到设计要求时所选钻头最小尺寸，特别是在砂性土层中；若钻头磨损利害，尺寸不符合，则应更换合格的钻头。

（4）桩长控制：根据设计要求的桩长，选定较为适宜的机型，以确保桩长及施工质量。

7.2浆液及灌浆质量控制

（1）严格按照水灰比要求配制水泥浆液，对配制好的水泥浆液时检测，合格后才能使用；

（2）搅拌好的水泥浆液，放置时间不得超过2小时，离析的水泥浆液，禁止使用；

（3）在一、二级搅拌系统中，都应装上过滤筛网，可防止结块水泥、水泥浆块及杂物堵塞浆管，保证输浆系统畅通，尽量避免施工中因输浆系统发生障碍而出现断桩现象；

（4）在施工中如发现溢浆严重或不溢浆现象，施工人员要向现场技术员及施工员汇报，适当调整水灰比或增、减注浆量，保证成墙质量。

7.3材料质量控制

（1）水泥质量：施工所用的水泥，必须有出厂合格证及化验单，且按国家有关规范、规定进行检测，合格后方可使用。

（2）施工现场水泥必须严格保管好，以免淋雨受潮，控制储备，加速周转，监督使用，降低消耗。

7.4特殊处理

（1）施工过程中因事故停浆，应及时记录停浆单元成墙深度及时间；若在24小时内恢复施工，再次喷浆时应将桩机搅拌下钻到停浆面以下0.5m；若超过24小时，要考虑该桩和前一根桩进行搭接，则应对该桩进行喷水空钻留出榫头，待恢复施工时该桩水泥渗入量稍增加些；

（2）施工过程中如遇意外故障，钻杆在地下无法提起时，可用抽水泵接入送浆系统中，用清水冲洗钻杆及管道，待恢复时须重钻此单元墙号，水泥浆注入量也稍增加些；

（3）施工过程中，必须随时检查单元成墙施工原始记录及了解施工情况，因钻头直径磨损较大使搭接长度不够，故障处理不当使单元成墙不合格或发现单元墙体不连续等，可考虑在截渗墙体前、后进行补桩，此时，注浆压力加大，注量量增多。

8质量检测

8.1贯入或钎探检测

在单元成墙后7天内，可采用标准贯入或轻便钎探等动力触探方法，可以判断单元成墙的现场强度及搅拌的均匀性。

8.2开挖检测

在截渗墙体的强度达到一定值后，对截渗墙体进行开挖，深度可在3~5m，可检查墙体外观搭接质量、整体性、致密性以及采用吊垂检查墙体垂直度等；还可选择一般截渗墙体开挖，深为300mm，检测桩位偏差、搭接效果以及有无漏桩现象。

8.3截渗墙体取样检测

从开挖外露的墙体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样，进行室内试验，直接测定截渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求，还可观察截渗墙体搅拌均匀程度。

8.4埋测压管检测

在施工段截渗墙体内、外两侧可设置若干个测压管，在汛期可对截渗墙体效果进行整体性检测，其中有一处或几处测压管布置于无截渗墙体的堤段，经测压管水位观测，可以知道管中水位差大小，反映截渗墙体效果；若水位差别很大，表明截渗墙体效果非常明显。

9结语

（1）多头小直径深层搅拌桩截渗技术是一门新的截渗技术，具有工效高、成本低、施工安全等特点，在汛期也不影响施工。

（2）在施工过程中，遇到拦河砂性堤和一处堤身严重渗漏等险段，堤身均存在松散砂土及渗漏通道等情况，并发现湿陷严重，且不溢浆现象，经调整水灰比、加大注浆量等措施。

（3）采用多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术施工时，考虑掺入合适的外掺剂，即可节省水泥用量，降低工程造价，还可提高水泥土的强度。