浅谈深层搅拌桩在堤基防渗中的应用

2019-10-14许果林

西部论丛 2019年17期

许果林

摘要：岳阳县六合垸2+500～2+900堤段管涌渗漏处理工程堤基存在4.0～5.0m的卵砾石中粗砂层，防渗采用深层搅拌桩连续墙。这在新墙河堤基防渗中属首次试验，故通过室内试验确定水泥掺入比为16.5%，防渗墙桩径不小于50cm，桩距35cm，桩体倾斜误差小于0.5%，桩径误差小于3cm，施工中采用机械是PH-5A搅拌桩机。施工中，着重对桩径、桩距、桩体垂直度、桩长进行控制，此外，通过对防渗墙检测，各项指标均满足设计要求。

关键词：深层搅拌桩卵砾石砂层堤基防渗防渗墙

深层搅拌桩在施工工艺上分喷浆及喷粉，主要用于加固软土地基，以提高地基承载力，80年代中后期该施工方法已用于基坑开挖的支护和防渗结构（档土墙），该方法具有造价低、工效高、无污染等特点，岳阳县六合垸2+5～2+900堤段新墙河堤基存在4.0～5.0m厚的砂石粗砂层，堤内每当洪水期则产生管涌，由此需做防渗处理，通过深层搅拌桩施工后，取得了良好的防渗效果，并治理了堤内的管涌。本文主要介绍深层搅拌桩施工工艺应用于卵砾石粗砂层防渗的设计施工及效果，以便于本工艺在卵砾石砂层防渗中应用及推广。

一、工程概况及地质概况

1.1工程概况

岳阳县六合垸2+500～2+900堤段位于岳阳县城郊的新墙河畔，近几年来一直受到长江及洞庭湖洪水的严重困扰。几度发生管涌险情愈来愈烈，威胁新墙广大人民的生命财产安全。根据险情情况，采取深层搅拌桩进行处理，堤段处理长度为400m。

1.2地質概况

工程区位于新墙河一级阶地，广泛地为第四纪河流冲积相堆积物所覆盖，区内总的地势为平坦，堤顶高程为37m，地面高程为33.5m左右，施工区内产生管涌原因主要是由于堤基下部的中粗砂，砾质粗砂、粗砂砾石。区内地层分述如下：

第一层为粉质粘土（Q4 m1），褐色，黄褐色，可塑状，粉粒含量偏高，本层底高层为29.5～30.3m，厚为3.2～4.0m。

第二层为中粗砂层（Q4 m1），黄褐至浅黄色，松散至稍密实，多呈饱和状态，含小砾石，砾石直径径1-2cm，底板高程为26.7～27.5m厚约为3m左右。

第三层为卵砾石粗砂层（Q4 m1），黄褐色，松散至稍密，呈饱和状态，砾石含量20%～40%，砾径多在2～4cm，其余为粗砂、砾石，底板层为24.9～25.8m，厚约为2m左右。

第四层为沙砾岩（K～E），紫红色，直径0.1～0.3cm的细砂及2～6cm砾石组成，质地坚硬，该层为场地基底，厚度不详。

1.3水文地质条件

场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水，地下水高程为（施工期间）29.5m，主要受河水位控制，含水层平均厚度约为4.5～5.0m，其中第二、三层为场地主要含水层，水量丰富，第三层渗透性最强，渗透系数为7.27×10cm/s，第二层次之为5.20×10cm/s，底部砂砾岩为相对隔水层。

二、设计及施工

2.1水泥掺入比

根据设计防渗要求，水泥土防渗标准为K≤10-6cm/s，;因搅拌桩用于防渗，首先进行室内试验，从现场采取砂样（密度为2kg/cm3），在饱和状态掺入不同量水泥在室内成型，成型时选用15、18两个掺入比，砂样选用第二层的中粗砂，水泥为425号普通硅酸盐水泥，成型后室内养护至28d龄期进行测试，测试项目及结果如表1所示：

表1 水泥土试验测试结果

水泥掺入比渗透系数k/cm·s-1 抗压强度R/MPa 弹性模量

Es/MPa 渗透破坏比降icr

18 7.6×10-7

2.6×10-7 4.50

6.64 1025

1258 >300

>300

根据设计要求及测试结果并考虑施工时喷浆和搅拌时的不均匀性因素，水泥掺入比选为16.5%，以满足水泥土的防渗标准。

2.2防渗墙设计

根据二次试验情况确定防渗墙设计参数如下：（1）桩径Ф≥50cm，桩距35m，桩与桩搭接为15cm，搭接部分墙厚应≥30cm，防渗墙伸至基岩面;（2）桩体倾斜误差≦0.5桩位误差≦3cm;（3）加加固剂为425号普通硅酸盐水泥;（4）施工工艺采用喷浆法，水灰比为1：1.0

2.3施工工艺

深层搅拌桩截渗墙施工采用PH-5A搅拌桩机，具体工艺流程为：定位→将水泥过筛入搅拌池，按设计水灰比配制浆液→下沉喷浆搅拌至基岩面，原地旋转数秒→上提喷浆搅拌（1.5m）→下沉搅拌至基岩面→上提喷浆搅拌至地地面。水泥掺入量按掺入比16.5%计为65kg/m，水灰比为1：1.0，平均喷浆量控制在85-901/m之间，为降低损耗，保证施工质量，需控制搅拌下沉及提升速度。

2.4施工概况

施工时防渗墙顶高程为33-33.5m，桩长为8.0-9.3m，施工于2004年2月10日开始，2004年3月10日结束，2台桩机共完成防渗墙3400m2，深层搅拌桩1143根，总进尺9714m，平均喷入水泥63.8kg/m。

三、施工质量控制

深层搅拌桩用于水利工程防渗，防渗工程属于隐蔽工程施工质量控制难度大，因此施工中必须严把材料关，提高施工人员质量意识，着重在以下几个方面进行控制监督。

3.1桩径控制

为保证墙体完整性，确保成桩直径>0.50m施工中规定钻头直径不得≤50cm，由于堤基地层为含粒中粗砂，磨损钻头严重，质检人员需要经常抽检钻头直径，保证成桩直径。

3.2桩距控制

搅拌桩截渗墙由桩与桩搭接形成，设计桩距为35cm，但由于孔口返浆严重，往往履盖桩位标志，造成定位困难。桩位误差大，这不但影响施工质量，也影响施工成本，为此采取如下措施控制桩距：（1）在坝轴线上洒白灰，每7m为一段，每4根一组，在段、组、桩位处布设不同标志，分组控制，同时在桩机旁设平行轴线线绳，使桩机紧贴该线移动，在工作平台上固定刻度（同桩距）在底层固定标尺，利用上下层相对移动确定柱位、桩距;（2）在桩机旁平行中心坝线洒白灰确定大坝具体桩号，使桩机操作手明确图纸上的桩位与实际位置的误差并及时修正。

3.3桩体垂直度控制

桩体垂直误差直接影响底部桩与桩的搭接质量，一般桩顶部桩位用设计桩距来控制，而底部仅能通过桩体垂直度来控制，同时保证墙体不产生渗透破坏，底部厚度不能小于临界值，所以施工中必须严格控制桩机垂直度，施工前用水平尺、水准仪及重锤校核桩体垂直度，确保垂直误差控制在0.5%范围内，以保证墙底搭接部分厚度。

3.4桩长控制

为了提高防渗效果，桩底必须与基岩接触，从施工参数到桩机各种反应综合判断钻头是否与基岩接触，确保墙体与基岩接触。

四、渗透检测

4.1开挖检查

为检查桩身质量及桩间搭接情况，进行开挖：（1）基坑开挖深度5.4m，发现墙体胶结良好，外观似水泥砂浆;（2）桩与桩之间连结紧密，桩位误差在允许范围内，墙体完整，轮廓清晰，表面光滑，无漏水或滴水现象，墙体防渗效果良好。

4.2钻孔取样检验

本工程随机选取搅拌桩体，进行钻孔取样，并进行压水试验根据钻探取样统计资料可知：表层岩芯成柱状，岩芯采取率为50%-60%;4.0m以下很堅硬，一般岩芯成柱状，长度30-60cm，岩芯采取率为70%6-80%，选择桩体在不同地层试样进行室内测试，测试项目及结果如表2所列。

表2 墙体室内试验测试结果

土质渗透系数/cm·s-3 无侧限抗压强度

/MPa 强度模量

/MPa 渗透破坏比降

#9孔 2.6×10-6 2.0 1250 275

#5孔 7.3×10-6 3.8 1368 290

#7孔 3.1×10-6 6.8 2160 320

4.3防渗墙体压水试验

本次防渗墙桩体压水试验共做8组，注水试验2组，每组试验分桩体及桩与基岩接触带两段，第一段钻孔不打穿柱底（一般留0.5～1.0m），进行压水试验（止不住水改为注水试验），确定桩体渗透系数及吸水率;第二段打穿桩底进行压水，确定桩体与基岩接触带的综合渗透系数，计算桩体与基岩接触带（结合部）渗透系数时，第二段压入水量应扣除桩体的吸水量（由第一段相应压力时的吸水率与第二段桩体长度确定），根据剩余水量按剩余试段长度，计算结合部渗透系数。

因桩体龄期短，抗拉强度低，试验压力仅取0.09MP及0.10mPa，压水试验操作严格按《水利水电工程钻孔压水试验规程》执行，压水试验、注水试验结果如表3所列。

表3墙体检测试验成果

种类桩体平均进灰量/kg·m-1 龄期/d 渗透系数/cm·s-1

桩体结合部综合

压水试验 65.2 35～50 3.87×10-6 4.11×10-3 1.86×10-1

注水试验 64.6 35～50 9.1×10-7 3.53×10-6 3.15×10-4

五、防渗效果评价

经钻探检测，桩体岩芯采取率为509%0-60%，下部（主要分布在40m以下中粗砂层部分）可达70%-80%，岩芯致密坚硬，一般长为30～60cm，从部分开挖情况观察，桩体外形完整，有强度较硬。

经现场试验，墙体渗透系数为381×10-6cm/s，结合部渗透系数为4.11×10-5cm/s，综合渗透系数为1.86×10-5cm/s，注水试验结果一般比压水试验低5～10倍，而压力水试验压力与实际工程运行水头压力相近，所以压水试验结果比较真实可靠，接近实际。

现场开挖验证说明深层搅拌桩连接紧密，外形完整，桩体轮廓清晰，无滴水、漏水现象，防渗效果良好，经钻探取样进行室内测试，墙体渗透系数为10-6～10-7cm/s，无侧展抗压强度大于2.0MPa，弹性模量大于100MPa，渗透破坏比降大于270，各项指标满足设计要求。

结语

目前，堤基防渗手段主要有堤外粘土铺盖、堤基垂直防渗、堤内压重、堤内排水减压井等等，通过本工程的施工，从技术、经济方面比较，水泥搅拌桩是既经济又有技术保障的防渗手段之一，值得推广。