水閘施工中水泥土攪拌樁的運用研究

李季寰

（懷化市水利電力勘測設計研究院 懷化市 418000）

水閘施工中水泥土攪拌樁的運用研究

李季寰

（懷化市水利電力勘測設計研究院 懷化市 418000）

水電工程中水閘一般都修建在土基之上，土基的有限承載力和較弱的抗沖抗滲能力使得對地基的處理尤為必要。文章以某平原河道的水閘施工為研究背景，探討水泥土攪拌樁在水閘閘室段地基處理中的運用。文章主要對水泥土攪拌樁的施工工藝、技術要求以及質量控制方法等方面進行系統的分析和研究。

土基 水閘 水泥土攪拌樁 施工工藝 技術要求 質量控

水閘[1]作為一種低水頭的水工建筑物，主要由閘室段、上下游連接段三部分組成，大多數水閘都建在土基之上。土基的承載力、抗沖刷力、抗滲能力都較差，同時水閘下游長期受低弗勞德數的波狀水躍和折沖水流的作用，會對河床和岸坡帶來持久的沖刷，嚴重影響閘室段的結構穩定，因此需要對水閘所在地基進行加固處理。地基處理常見的有墊層法、強夯法、砂石樁法、水泥土攪拌樁法、高壓噴射注漿法等。本文主要研究水泥土攪拌樁法在地基處理中的作用。

水泥土攪拌樁[2,3]的工作原理為利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過攪拌機械設備，在地基深處就地將固化劑與地基土強制攪拌，通過二者間所產生的一系列物化反應，硬結成具有整體性和一定強度的水泥加固土，從而提高了地基強度和增大變形模量。它具有加固效率高、破壞性小、造價低廉、壞境友好等特點[3]。其工作原理如圖1所示。

水泥土攪拌施工可分為高壓噴射注漿法和深層攪拌法兩種，前者適用于處理淤泥質土、粘性土、黃土、沙土等地基。后者適用于處理淤泥質土、含水量高且承載力標準值不大于120 kPa的粘性土等地基。

1 工程背景

圖1 水泥土攪拌樁施工原理

本水閘工程按1級建筑物級別設計，采用開敞式平底閘布置與平原河道中，水閘共設2孔，縱向長50.0 m，橫向寬80.0 m，閘室段底板厚4.0 m，左右岸上、下游翼墻和導墻總長分別為140 m和168 m。其施工平面布置圖如圖2所示。

本水閘工程是建立在平原河道地基之上，土層結構分布復雜，地基承載力較弱。上部為壓縮性大、承載力低、抗震強度差的軟土層，含有大量的壤土和粘土；中部為結構松散、易于液化、抗沖能力低粉細砂層；下層為第三系泥質粉砂巖構成。具體土層分布如表1所示。

該土質地基不利于閘室段的穩定，需采取地基加固措施，本工程采取水泥土攪拌樁法進行地基的加固處理。水泥土攪拌樁工程總量為121 080 m，樁徑（50～70）cm，深度（12～15）m，布置形式有柵格和單樁兩種形式。

圖2 水閘平面布置圖

表1 閘基土層性狀及分布

文章就結合具體工程實踐， 對水泥土攪拌樁的高壓噴射注漿法進行工藝、關鍵技術要求、施工質量控制等方面的的分析和研究。

2 水泥土攪拌樁施工工藝

2.1 水泥漿制備工藝

水泥漿液[3,4]作為水泥土攪拌樁最為重要的反應物， 首先需要確保其漿液質量符合物理性能和力學性能的要求， 同時也需要保證漿液的制備滿足施工連續性的要求。 具體漿液制備工藝見圖3所示。

由圖3可知，在水泥漿液制備過程中，需要注意以下幾點內容：

（1）計量準確。在制備漿液前，需要根據水泥土攪拌樁的長度、 布樁范圍準確計算水泥土攪拌樁的工程量，以此來作為水灰比、外加劑需求量的依據。

（2） 物理參數測定。 水泥漿的物理參數主要涉及比重、粘度、初凝時間、終凝時間等。對水泥漿物理參數的試驗測定， 用來作為固化劑物理性能和力學特性的參考。 對于不合格的漿液進行返工處理或者重新配置，直至合格后泵送。

圖3 水泥漿液制備流程

（3）連續性作業。在水泥土攪拌樁施工過程中，水泥漿液的泵送盡量避免中斷。 因為漿液的臨時中斷會影響該孔水泥土復合物的整體性， 同時也影響施工效率。

在本工程具體施工中，水泥漿液用42.5級的普通硅酸鹽水泥，制備工藝嚴格按照上述程序進行。對水泥漿液的物理參數、力學性能進行科學的測定，確保水泥漿液符合質量要求。

2.2 水泥土攪拌樁施工程序

水泥漿液制備完成之后， 進行水泥土攪拌樁的具體施工。 水泥土攪拌樁詳細施工流程[4,5]主要包括固定樁位、樁機對位、攪拌下沉、噴漿攪拌提升至地表，該攪拌樁完成之后便可進行下一樁的施工。具體的施工流程見圖4所示。

圖4 水泥土攪拌樁施工工藝

由水泥土攪拌樁的工藝流程可知， 施工有著嚴格的程序步驟， 每一步驟都直接關系到水泥土攪拌樁的質量，現逐一對其進行分析。

（1） 樁位放點。施工前先平整清掃場地，按照設計要求進行測量放線，并做好樁位的標記。同時調整攪拌機身使攪拌軸呈鉛直狀態。

（2） 攪拌下沉。 攪拌下沉要嚴格控制樁機的下沉的深度和速度，一般速度由電機電流監測表控制，此步驟還需在待壓漿前將水泥漿倒入儲料坑或罐中，使攪拌機下沉與漿液的配送協調配合。

（3） 噴漿攪拌提升。攪拌機下沉至設計深度后，按設計確定的提升速度， 邊提升邊由攪拌葉片將水泥漿與土體攪拌，直至提升到設計樁頂高程，即完成一次攪拌過程。攪拌提升速度要勻稱，確保水泥漿與土體充分攪拌。

（4） 重復攪拌下沉。重復攪拌下沉提升，此步驟不可忽略， 重復攪拌下沉和提升使得水泥土混合更加均勻，提高整體的強度。

（5） 移樁。攪拌機移位到下一根樁，重復以上工序，完成下一根樁。

本水閘工程施工中， 嚴格按照上述工藝流程就行科學的施工，確保了施工的順利進行。

3 水泥土攪拌樁關鍵技術要求

水泥土攪拌樁對施工技術的要求比較嚴格，除了在水泥漿的制備流程和水泥土攪拌樁施工程序環節進行控制外， 還需要對具體施工中的關鍵技術點進行控制，使其施工整體質量符合要求。參照本工程具體實踐經驗， 對水泥土攪拌樁的關鍵技術點進行了以下分析：

（1） 施工平臺。 施工平臺的高度需要超出設計樁頂高程0.5 m，高程誤差控制在±0.15 m的范圍，樁位最大允許偏差±0.02 m。

（2） 樁軸線。為了使攪拌樁垂直于地面，每根樁施工前均須采用水平儀對樁機進行調平， 確保樁的偏斜率不大于0.5%。

（3）先導孔設置。為了掌握地層巖性及攪拌樁底線高程， 沿地基軸線每隔50 m布設一個先導孔，局部地段地質條件變化較嚴重的部位，適當加密鉆進先導孔。

（4）連續灌漿。水泥漿液制備時要防止發生離析，供漿、供水必須連續，一旦中斷將噴管下沉至停供點以下0.5 m，待恢復供應時再旋噴提升。

（5） 樁位高程。 施工停漿面必須高出樁頂設計標高0.5 m，結合基坑開挖進行樁頭挖除。 樁頭開挖時需要采取有效措施防止施工損壞樁體。

4 水泥土攪拌樁質量控制

4.1 水泥土攪拌樁施工質量控制

質量控制一直是施工程序中的重要環節， 在水閘地基的處理過程中， 為了提高水泥土攪拌樁整體的施工質量， 參考水泥土攪拌樁的制漿流程和施工流程，配套編制了質量檢查流程圖，如圖5所示。

圖5 水泥土攪拌樁質量控制流程圖

對質量控制流程圖進行分析，主要有以下關鍵點：

（1） 復合。主要是對攪拌樁的鉛直度、水泥漿的比重、粘度、初凝時間等參數進行復合。確保施工條件的準確性。

（2）控制。主要是對攪拌樁的最低深度和最高位置、攪拌機的提升速度進行控制，確保攪拌樁在規定的速度范圍內進行充分攪拌作用，并到達設計深度。

（3） 檢查。 一根樁的水泥漿用量在一個數值范圍波動，通過漿液剩余量可以反映攪拌是否充分，對于過剩的漿液進行重復攪拌施工， 確保該樁位的施工質量。

（4） 記錄。當前面所有步驟都完成時，需要對該攪拌樁的施工進行現場記錄， 這為后期進行抽檢驗收提供依據和參考。

在本水閘地基處過程中，通過參考該質量控制流程圖，大大提高了質量控制的實效性，確保了攪拌樁的質量。

4.2 水泥土攪拌樁成品質量檢查

水泥土攪拌樁成型后，采用隨機抽樣的方法進行質量檢測。常用的質量檢驗方法有鉆孔取芯檢查法、開挖檢查法、承載力檢驗法、動力觸探法、圍井檢查法等。本水閘工程水泥土攪拌樁主要采用了前三種質量檢測方法。

（1）鉆孔取芯檢查。在施工后28天，隨機用鉆機抽芯取樣。主要檢測單軸抗壓強度、滲透系數、芯體完整性三項指標。隨機抽樣檢測數量不少于總樁數0.5%，完畢之后并用水泥砂漿封孔。

（2）開挖檢查。在樁體周圍開挖（2～3）m深度進行檢測。主要觀測樁體外觀有無蜂窩、孔洞，各樁之間切割搭接是否滿足設計要求，攪拌樁直徑是否在（0.5～0.7）m范圍這三項內容。隨機抽樣檢測數量不少于總樁數的5%，完畢之后回填。

（3）承載力檢驗。在攪拌樁成樁28天后按照復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗進行檢測，隨機抽樣檢測數量不少于總樁數0.5%。

通過對本工程成品攪拌樁進行質量檢查，其檢測結果如表2所示。

由表可知，水泥土攪拌樁質量完全符合規范要求，施工高效高質量地完成了地基的處理工作。

5 結 語

水泥土攪拌樁作為地基加固處理的方法之一，以其特殊的施工原理和簡單的工藝流程備受青睞。本文基于某平原河道水閘工程為工程背景，對水閘地基進行水泥土攪拌樁的應用研究，其中著重對制漿流程、水泥土攪拌樁施工程序、關鍵施工技術要點以及水泥土攪拌樁質量控制四個方面進行了分析和研究。

表2 水泥土攪拌樁施工質量參數表

本工程通過科學的現場施工和管理，用水泥土攪拌樁技術有效的提高了水閘地基的整體承載力，克服了地基的沉降變形，滿足了工程要求。其工程經驗可供類似工程參考。

[1]陳勝宏，陳敏林，賴國偉.水工建筑物[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2]侍倩.土力學[M].武漢：武漢大學出版社，2010.

[3]何開勝.水泥土攪拌樁的施工質量問題和解決方法[J].巖土力學，2002，23（6）：778-780.

[4]李蓉,侯天順.水泥土攪拌樁及其在軟土地基加固中的應用[J].建筑科學.2008（5）.

[5]徐超，董天林，葉觀寶.水泥土攪拌樁法在連云港海相軟土地基中的應用[J].巖土力學，2006，27（3）：495-498.

2017-01-22）

李季寰（1982-），男，苗族，湖南靖州人，大學本科，工程師，從事水利水電工程設計與研究工作，手機：13469327625，E-mail：24976260@qq.com。