多头深层搅拌防渗墙技术(水泥土加固法)在实践中的应用

深层搅拌法主要用于对软弱地基的改良, 以提高地基的承载力。近年来, 又将该法改进推广应用于一般性的防渗工程, 或用于城市钢筋砼防渗墙的基础及堤坝防渗中。该法适用的土层以黏土、粉质黏土、密度中等以下的砂层为主, 不适用于大砂砾石层, 施工不受地下水位的影响。多头深层搅拌防渗墙技术是在单头和双头基础上发展起来的一项堤坝防渗技术, 该方法是用双动力多头深层搅拌桩机, 通过主机的双动力装置, 带动主机上的多个并列的钻杆转动, 并以一定的推动力使钻杆的钻头向土层推进到设计深度, 然后提升搅拌至孔口, 在上述下钻提升过程中, 通过水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆, 经钻头喷入土体中, 在钻进和提升的同时, 水泥浆和原土充分拌合, 桩机横移就位调平, 多次重复上述过程形成一道防渗墙, 墙体连接方式根据墙厚选定不同的钻头和搭接方式。

1 深层搅拌技术 (水泥土加固法) 加固机理

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过程。减少了软土中的含水率, 增加了颗粒之间的黏结力, 增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固土中, 由于水泥的掺量较少, 一般占被加固土重的10%~15%。水泥的水化反应完全是在具有一定活性的介质-土的围绕下进行, 所以硬化速度较慢且作用复杂。

2 水泥土的主要特性

2.1 物理性能

水泥土的容重与天然土的容重相近, 但水泥土的比重比天然土的比重稍大。

2.2 无侧限抗压强度

水泥土的无侧限抗压强度一般为300kpa~400kpa, 比天然软土大几十倍至百倍, 但影响水泥土无侧限抗压强度的因素很多, 如水泥掺入量、龄期、水泥标号、土样含水率和有机质含量以及外掺剂等。

为了降低工程造价, 可以采用掺加粉煤灰的措施。掺加粉煤灰的水泥土, 其强度一般比不掺粉煤灰的高。不同水泥掺入比的水泥土, 当掺入与水泥等量的粉煤灰后, 强度均比不掺粉煤灰的提高10%, 因此采用深层搅拌法加固软土时掺入粉煤灰, 不仅可消耗工业废料, 还可提高水泥土的强度。

3 施工技术

3.1 加固型式

根据目前的深层搅拌法施工工艺, 搅拌桩可以布置成柱状、壁状和块状三种型式。在堤防上用于地基加固, 主要采用桩式, 而用于防渗加固应采用壁状式, 壁状式是将相邻搅拌桩部分重叠搭接即成为壁状加固型式, 组成水泥土挡墙, 这种挡墙具有较高的防渗性能, 可以形成良好的防渗帷幕。

3.2 施工工艺

3.2.1 湿法施工

主要的施工机械为深层搅拌机。深层搅拌法施工主要可分为定位、预搅下沉、制备水泥浆、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌、清洗等几个步骤。

3.2.2 干法施工

干法是采用水泥粉料, 由空气输送, 通过搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷出, 并随着搅拌叶片的旋转均匀分布在整个空隙轨道面内, 进而和原位地基土搅拌并混合在一起。施工机械主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等。

施工工序主要为:柱体对位—下钻—钻进结束—提升喷粉—提升结束—桩形成体。

4 适用范围

深层搅拌法最适宜加固各种成因的饱和软粘土, 常用于淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等地质的加固, 成桩深度可达30m, 采用多头小直径桩成墙深度可达18m。

在堤防除险加固中, 深层搅拌桩适用于处理软基堤防上滑坡段。同时还可以组成截渗墙, 取得较好的防渗效果。

5 防渗墙成墙工艺流程

(1) 按设计图纸测量放线, 确定连续墙的轴线。

(2) 对将要施工的连续墙段开挖导流沟, 导流沟宽约0.8m, 深约1m。在开挖导流沟的过程中, 遇到地下障碍物须及时清除。

(3) 确定机械行走作业面的承载力, 然后作出相应的处理。

(4) 设置钻孔标志, 确定每一钻孔位置, 并用平面几何方法确定每次移位桩机底盘的平面位置。

(5) 移动主机至设计钻口位置, 并把桩机调正水平, 对准孔位。

(6) 搅拌站喷浆, 钻头触地, 开动钻机, 钻进过程中要保证孔口有翻滚的水泥浆。

(7) 钻头到达桩底高程后做提钻搅拌, 也必须保证孔口有翻滚的水泥浆。

(8) 桩机横移就位调平, 然后重复上述过程。

6 施工技术要求

6.1 交通

进出场道路及桥梁应能通过10t卡车。

6.2 施工场地

施工场地平整, 堤顶宽度不小于4m, 场地内地下无大块石、树根、地下管线等, 空中建筑物和高压线横跨施工场地时, 距地面不小于20m (相对于18m的多头桩机) 。

6.3 固化剂

主剂一般采用325#、425#普通硅酸盐水泥或矿渣水泥, 水泥掺入量 (占天然土重的百分比) 一般为8%~15%。

6.4 水灰比

可根据地质报告反映的土层性质, 土的孔隙率、孔洞裂隙情况、土层含水量及室内实验数据初步确定, 然后根据现场的施工情况修正, 一般来说水灰比为0.5~2.0。

6.5 钻头直径

根据桩深、墙厚及垂直度的要求, 可选￠220mm~632mm。

6.6 搭接

设计要求的桩与桩之间搭接长度应不小于50mm, 随墙深增加而应增加搭接长度。

6.7 垂直度

施工前应使桩机水平, 使钻杆保持垂直, 垂直度误差不大于1/300。

6.8 桩间的搭接处理

对于要求搭接的桩孔, 桩与桩的搭接间歇时间不应大于24h, 如因特殊原因超过上述时间, 应对最后一根桩搭接处进行空钻留出接头以待下一批桩搭接;如间歇时间过长 (如停电等) 与后续桩无法搭接时, 应在设计和监理单位认可后, 采取局部补桩或注浆措施。

7 技术指标要求

(1) 单轴抗压强度大于1.0MPa。

(2) 渗透系数k小于5×10-7cm/s。

(3) 渗透破坏比降:大于60。

8 施工质量保证措施

(1) 保证城墙垂直双动力多头深层搅拌桩机在施工前必须用经纬仪校正机身的水平和塔架的垂直, 使塔架垂直度控制在1‰内。为了确保钻进过程中塔架和钻杆的垂直度, 桩机设有偏斜自动报警系统。钻机在调平及施钻过程中如果偏斜超过2‰, 则报警系统自动报警, 施工人员可以及时调整。

(2) 保证墙体有效搭接厚度增大钻头直径, 确保有效墙体厚度。

(3) 保证墙体结石体质量采用三个并列的挤压泵, 确保浆液正常有效输送。

(4) 连环套打搭接长度的控制。在施工前要精心测量, 放准每一个桩位, 在桩位定好后要严格控制好桩机及钻杆的垂直度, 钻杆垂直度不大于1.5%, 并随时检查钻进过程中钻杆的垂直度, 如果桩机及钻杆的倾斜度超标, 就会出现桩上面联结而下面分叉的现象, 搭接长度不能满足设计要求。

(5) 桩深控制保证。在施工前要测量钻杆的长度是否满足设计要求, 长度达不到设计要求的要进行搭接, 施工平台是否在设计高程, 并在桩机及钻杆上做好进尺刻度, 以控制钻进深度, 只有达到设计深度后才能停止钻进, 再提升灌浆。

(6) 浆液质量控制保证。在制浆前计算好水泥和水的用量, 在一定体积的制浆桶里, 按设计重量配比要求制浆, 在制好的浆桶里, 用比重计测试浆液浓度是否到到设计要求, 在制浆过程中随时检查水灰比的情况, 随时更改掺入量, 使浆液浓度满足设计要求。操作人员要随时检查供浆量和钻进速度的协调性, 在严格控制钻进速度的前提下, 控制好浆液的供应。

(7) 搅拌不均匀保证措施:选择合理的工艺;增加拌和次数, 保证拌和均匀, 不使浆液沉淀;提高搅拌转数, 降低钻进速度, 边搅拌, 边提升, 提高拌和均匀性;注浆设备要完好, 单位时间内注浆量要相等。

(8) 技术交底。技术交底的目的是使施工管理和作业人员掌握施工方案、工艺要求、工作内容、技术标准、施工程序、质量标准等, 确保施工质量。

(9) 质量检查。建立施工质量保证体系, 对施工过程实施质量控制, 提高施工人员的综合素质。

9 质量检验

搅拌桩体施工作业过程质量检验包括桩位、桩顶、桩底高程、桩身垂直度、桩身水泥掺入比、搅拌头上提喷浆的速度、浆液水灰比等每桩施工作业全过程的检验。

1 0 质量检测

1 0.1 开挖检验

待浆液凝固具有一定强度后, 即可开挖检查固结体垂直度、形状和质量。

1 0.2 钻孔检查

钻孔取芯检查在施工28天后, 采用钻机抽芯取样检验水泥土的单轴抗压强度, 渗透系数及抽芯样的完整性评价。

1 0.3标准贯入试验

在固结体的中部可进行标准贯入试验。

1 0.4 载荷试验

静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种。试验时, 需在受力部位浇筑0.2m~0.3m厚的砼层。

1 0.5 围井试验

在井中进行压水和抽水试验, 或观测井内外水位, 多用于防渗效果检查。

1 1 浆液材料

水泥是深层搅拌防渗墙采用的基本材料, 水泥类浆液可分为以下几种类型。

(1) 普通型浆液。

一般采用普通硅酸盐水泥, 不加任何外加剂, 水灰比一般为0.8∶1~1.5∶1, 固结体的抗压强度 (28d) 最大可达1.0MPa~20MPa, 适应于无特殊要求的工程。

(2) 速凝-早强型。

适于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程, 需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。掺入2%氯化钙的水泥-土的固结体的抗压强度为1.6MPa, 掺入4%氯化钙后为2.4MPa。

(3)

高强型喷射固结体的平均抗压强度在20MPa以上。可以选择高标号的水泥, 或选择高效能的扩散剂和无机盐组成的复合配方等。

在水泥浆中掺入2%~4%的水玻璃, 其抗渗性有明显提高。如工程以抗渗为目的, 最好使用“柔性材料”。可在水泥浆液中掺入10%~50%的膨润土 (占水泥重量的百分比) 。此时不宜使用矿渣水泥, 如仅有抗渗要求而无抗冻要者, 可使用火山灰水泥。

1 2 结语

通过对深层搅拌法施工技术的实践应用, 本人总结出深层搅拌法施工技术有如下优点。

1 2.1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方式、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的稳定, 还具有防渗功能。

1 2.2施工速度快

一般来说, 每层深层搅拌机建造搅拌桩截渗墙的工效达13.2m2/台·时。

1 2.3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。

1 2.4 造价较低

每延长 (截面积0.71m3) 的深层搅拌桩的造价约为100元左右, 按成墙厚度0.22m计, 每平方米成墙造价为70余元, 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。

摘要：本文主要阐述多头深层搅拌防渗墙技术的工作机理、施工技术要求、适用范围、施工工艺、工作流程、质量保证措施、质量检测方法及深层搅拌技术的优点等。

关键词：多头深层搅拌防渗墙,实践,应用