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深层搅拌桩在坝基渗流中的应用与分析

范文

都建民

摘 ?要：作为一种新型地基处理技术，深层搅拌桩因其具有施工便捷、成本低以及加固效果良好等优点，在软基加固工程中得到了广泛应用。早期深层搅拌桩多用于加固复合地基，其功能为控制软弱地基不均匀沉降，提升地基承载力。随着科学技术水平的不断提升，作为一种新型防渗技术，深层搅拌桩在水利工程行业中得到了广泛认可。防渗墙采用深层搅拌桩，具有良好的防渗效果，且不会污染环境。该文在全面了解深层搅拌桩防渗墙防渗机理的基础上，以工程實例为背景，探讨了深层搅拌桩在坝基渗流中的应用要点，以期提高深层搅拌桩防渗技术水平。

关键词：深层搅拌桩;坝基渗流;防渗机理

中图分类号：TV543 ? ? 文献标志码：A

1 深层搅拌桩防渗墙防渗机理

深层搅拌法的固化剂多采用水泥、石灰材料，外加剂以石膏、木质素磺酸钙为主。在软弱土层内插入深层搅拌机，并做均匀搅拌，可促使软土和固化剂发生一系列的反应，从而改善软土性能，起到固化硬结的作用。

土质不同，深层搅拌法的加固机理也有所差异。例如，砂性土、水泥土的固化原理基本等同于建筑上的水泥砂浆原理，其特点为固化时间相对较短，且原理并不复杂。黏性土，当掺加水泥用量有限的情况下，因粘粒表面积较大，且存在一定活性物质，将会减慢硬化速度，因此，相比砂性土，其固化机理更为复杂一些。因此，施工方法不同，固化剂不同，都会影响深层搅拌法的加固机理。

深层搅拌桩早期多用于公路路基加固施工，随着科学技术的不断进步，作为一种新型加固和防渗技术，深层搅拌桩在水利工程中也得以广泛应用。相比其他传统防渗技术，深层搅拌桩具有以下特点，见表1。

2 工程概况

某中型引水式平原水库，为均质土坝，库容总量为1100×104m3，坝长6.18 km，6 m为坝高最大值，坝顶宽度为6 m。迎水坡、背水坡坡比均为1∶2.5，采用粉土、粉细砂作为筑坝材料。

经地质勘查结果显示，库区地层为第四系风积物和洪积物，其中风积物岩性和冲积物岩性主要为粉砂、粉细砂，并于2 m～9 m深处于有少量薄层重粉壤土和中粉质壤土夹杂，VII为库区对应地震烈度。总体来讲，该工程具有相对复杂的施工地质结构，将加大坝基加固难度。图1为坝横剖面图。

经坝段钻孔机物探试验分析，冲洪积粉细砂为坝基下40 m深度范围的主要土体， 9.26×10-3 cm/s为渗透系数，属于中等透水层。通过坝基室内试验（取土2 m～9 m深）可得渗透系数为5.26×10-5 cm/s，本层土体属于微弱透水层，属于中压缩性土，具有较低强度，不能用于相对隔水层。

该工程建成使用时间较长，因早期人工填筑施工设计、质量相对较差，加之使用时间长，坝体材料干密度严重下降，甚至出现坝基渗漏问题，经鉴定，工程属于三类病险坝，基于多种因素考虑，决定坝基防渗施工采用深层搅拌桩处治。

深层搅拌桩在坝基防渗施工中，可构成一道连续墙体，用于渗径延长，避免渗漏。根据地质勘查结果，结合工程实际情况，设计时采用0.098 m防渗墙墙体厚度。防渗墙布设范围在“水库左段0+080段—右段4+195段坝前坡脚”，呈柱状。6.5 m为钻孔深度，400 mm为孔径[1]。

3 深层搅拌桩施工工艺

3.1 就位调平

按照设计要求，在指定位置，桩机就位，采用水泥土深层搅拌桩作为防渗墙，桩位最大允许偏差不得超过2.5 cm。成桩过程中，采用搅拌机“下沉喷浆、喷浆提升”的施工方案，在搅拌施工的同时，可一起进行喷浆施工。岩导向架搅拌机下沉，深层搅拌桩防渗墙的偏斜率则控制在0.5%以内[2]，在整个施工过程中，做好记录工作。

桩身下放到设计深度后，可每隔50 m沿地基轴线进行一个先导孔设置，用于准确了解地层岩性、搅拌桩底线高程。如果部分施工段地质情况变化严重，先导孔设置间距可适当缩短，达到加密效果。通过先导孔可钻芯取样，了解地质的实际情况。

3.2 搅拌

按照“快搅慢进”的原则进行搅拌施工，是指快挡旋转钻头，慢挡提升，钻进提升不得采用五挡。在搅拌的同时，一起进行喷浆下沉，其深度需满足设计要求，且控制好深度偏差，不得超过100 mm。或通过深度转盘控制钻进深度。在整个搅拌施工中，可结合地层实际情况，合理选择钻进挡位。提升时孔口将缓慢返浆，供浆主要满足2点。1）满足钻进提升挡位相对应的水泥渗入量。2）满足下部局部密实度不佳部位的用浆量，满足上述2点，即可达到水泥土搅拌桩连续、密实、完整的效果。在搅拌施工过程中，同样要做好搅拌时间管控，和搅拌深度记录等工作。

当浆液达到浆口位置时，桩底喷浆时间控制在30 s以上，保证浆液完全达到桩端[3]。详细记录供浆量，每隔30 min进行一次核对，保证供浆正常，随时关注输浆泵情况，待完成每根搅拌桩施工后，需要将一定量的清水注入搅拌桶内，并启动灰浆泵，将管路内所有残留水泥浆清理干净，直至达到洁净标准。同时，还要清理干净粘附于搅拌头上的软土等残留物。

3.3 桩间接头处理

按照搅拌桩布设特点，保证施工顺序、机械配置均满足设计要求，严禁桩间产生冷接缝。同时，合理控制桩间切割搭接间隔时间，一般不得超过24 h[4]。如果出现无法抗拒因素，间隔时间太长，无法有效搭接后续桩等情况，需及时上报，并采取局部补桩或注浆的方法进行处理。

4 施工控制及质量要点

4.1 垂直精度控制

桩架垂直度初始点校准可采用高精度经纬仪，导杆立柱垂直度则可通过两侧垂直度仪、吊垂跟踪法进行测定与调整。而钻具垂直度则可通过三支点导杆立柱的垂直度进行控制，一般可以在±0.1%以内控制钻机塔架垂直度偏差。在搅拌施工过程中，同时还要实时测量搅拌轴的垂直度，保证在0.3%以内控制搅拌桩偏斜率。

4.2 钻进搅拌控制

在钻进搅拌施工中，从启动搅拌机后，就必须做好施工控制工作，当钻头接触到基土时，应严格按照施工流程进行送浆、供气操作，搅拌进尺不宜过快，应当钻进一定深度后，在加快钻进速度，直至达到相应深度[5]。因此，合理控制钻具钻进速度至关重要。在钻进搅拌到设计墙深厚，需逐步调整速度，慢速回转并将钻杆提升，尽可能避免出现真空负压现象，造成孔壁塌陷等问题，因此，必须合理控制提升速度。

4.3 浆液配制控制

浆液配制是否合理直接影响整体施工质量。因此，水量可采用电子计数器控制，严格按照设计配合比进行浆液配置，并通过比重计量等方法进行浆液比重控制。或将过滤网设于灰浆搅拌机和集料斗间，用于过滤水泥浆液。水泥将应随配随用，不宜过多，需不断搅拌搅拌机和料桶内的水泥浆。一般情况下，应严格控制浆液存放时间，见表2。

4.4 注浆过程控制

注浆时，通过注浆泵经管路向挖掘头送浆，一般采用无级电机调速器监控注浆量。一旦注浆过程中发生堵管、断浆等情况，需及时找出原因，并处理。待故障处理后，即可再次进行施工。如果故障时间过长，在30 min以上，需清理泵体和输浆管[6]。注漿过程中，应连续供气，气体通过管路压向钻头，保证注浆施工顺利进行。

5 结语

综上所述，改革开放以来，我国经济迅速腾飞，水利工程建设事业取得了令人瞩目的成绩，建设规模逐年扩大。然而，在长期使用过程中，水利工程因使用时间的不断增加，病害情况也逐步加剧，如渗漏问题等，如何快速、有效地解决坝基渗漏问题，改善工程使用性能成为了当前亟待解决的问题。深层搅拌桩技术在坝基渗流中的应用，可有效提升地基承载力，且具有良好的防渗效果。

参考文献

[1] 陈旭，徐胜. 深层搅拌桩技术在水利工程施工中的应用分析[J]. 建筑工程技术与设计，2019（19）：3325.

[2] 丁艳喜，刘运卿. 深层搅拌桩技术在水利工程施工中的应用分析[J]. 科学与财富，2019（15）：231.

[3] 康凤英，刘素华. 深层搅拌桩技术在水利工程施工中的应用分析[J]. 环球市场，2019（20）：301.

[4] 袁文龙. 深层搅拌桩技术在水利工程地基处理中的应用[J]. 低碳世界，2016（22）：109-110.

[5] 任田. 深层搅拌桩在水利工程地基处理中的应用分析[J]. 城市建设理论研究（电子版），2015（19）：7033-7034.

[6] 孟祥宇，孟宇. 深层搅拌桩在水利工程地基处理中的应用分析[J]. 科技创新与应用，2015（13）：172.

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