浅谈多头小直径深层搅拌桩在黄河沿岸的应用

浅谈多头小直径深层搅拌桩在黄河沿岸的应用

张海龙武中兴

张海龙武中兴

山东省水利工程局山东济南250013

摘要：齐河县晏子湖水库工程及济南市玉符河下游段拦蓄工程玉符河入黄口橡胶坝工程地处黄河下游两岸，防渗均采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术。通过施工前围井试验确定合适的施工参数，施工中采取多种措施控制工序质量，最终取得了良好的截渗效果。可以看出，多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术在黄河沿岸小水头截渗工程中具有很好的应用前景。

关键词：多头小直径深层搅拌桩；围井试验；防渗墙施工；质量控制；黄河沿岸；应用

多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的，属于介入式防渗技术。该方法是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌后，由水泥和软土之间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结改性成具有整体性、低渗透性和一定强度的水泥土搅拌桩，由水泥土搅拌桩多桩切割搭接成连续密实的墙体。该项技术是在普通深层搅拌桩技术基础上发展而成的，它保留了普通深层搅拌桩技术取材方便、施工无噪音、无污染、工程效果好等优点外，主要在一机多头（3个钻头）和小直径成墙两个方面有所突破，并可连续成墙。深层搅拌法适用于加固粘土、砂土、粉质粘土、含砾直径小于0.05m的砂砾层、淤泥等土层。

1、工程概况

齐河县晏子湖水库位于齐河县城以南，济南西北向约35km，晏子湖北临黄河北展堤，南邻309国道，东侧为黄河大道，水库库面占地约3198亩。该区域近地层20m由上而下为壤土层、砂壤土层（含不连续粘土层）、壤土层（含不连续粘土、砂壤土层）、中细砂层（不连续）、壤土层（含不连续中细砂层），渗透系数介于1.7×10-4～8.48×10-3之间，均为中等透水层。水库建成后，库内外设计水位差为4.4m，设计使用年限大于50年，采用多头小直径搅拌桩防渗板墙防渗，设计防渗墙厚30cm。

济南市玉符河下游段拦蓄工程玉符河入黄口橡胶坝工程位于黄河南岸北店子险工段附近，距离黄河仅几百米，地下水位较高，建成后坝上、下游水位差最大5.5m。近地层20m由上而下为：粉质粘土层（含不连续壤土层）、粉质粘土层、粉质壤土层、粘土层、细砂层、粉质壤土层，均为中等透水层，设计防渗墙厚40cm。

以上两工程位于黄河下游沿岸，近地层土层状况具有极大地共性，均采用多头小直径搅拌桩防渗板墙防渗。

2、技术应用

2.1防渗墙围井试验

为确保防渗墙的成功实施，正式开工前必须进行截渗围井抽水、注水试验，以确定防渗墙的完整性、抗渗性。根据施工设计图纸的要求以及《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）中对于渗透系数计算方法的描述，该围井试验方法如下：

围井试验选在靠近防渗墙轴线位置进行。围井设计成正方形，边长3.2m，桩径500mm，桩与桩之间搭接厚度不小于设计墙厚，根据墙厚计算出桩机钻头间距，桩长为设计桩长，水泥掺量按照12%进行试验。

2.1.1试验设备

（1）DZJ25型多头小直径深层搅拌桩机1台（3个钻头），用于围井施工；

（2）钻机1台，用于观察井钻孔；

（3）水泵1台，用于向围井内注水。

2.1.2试验方法

第一步：严格按照围井试验设计图纸及试验参数完成围井及检查井施工（围井形状尺寸及形式见上图）；

第二步：待围井墙体水泥土满足设计龄期后，将围井内的土方挖除2.5m，检查成墙外观，看成墙搭接情况、墙体完整性及成桩垂直度是否满足规范及设计要求，同时取样检测防渗墙墙体抗压强度及渗透系数。利用观察井记录下地下水位高程；

第三步：向围井内注水，当围井内水位稳定在墙顶高程以下10cm时停止注水，将围井用塑料布封盖以减少水面蒸发对试验数据的影响，同时记录下试验开始时间；

第四步：每日检查记录围井内水面降低情况及围井外侧检查井水面变动情况，当围井内水面下降1～1.2m时，停止试验并记录下停止试验时间。

2.1.3数据处理

2.1.4注意事项

（1）向围井内注水应在围井内土方饱水后停止，以减弱土方吸水对试验的影响；

（2）围井注水时应密切关注围井外观察井的水位变化，若观察井水位变化较大或围井间水位偏差较大，应查明原因并采取措施改善，确保在防渗板墙符合质量要求的前提下试验。

通过试验选定成墙外观质量好，成桩垂直度高及抗渗性能和强度好的施工机具及参数进行防渗墙施工。

2.2防渗墙施工

防渗墙施工时严格按照围井试验获得的施工参数进行。施工时采取有效的控制办法，确保水泥土防渗墙的墙体质量。施工顺序如下：

（1）桩机就位调平，按照设计参数及试验确定参数调整钻头到合适间距；

（2）第一搅拌站按设计的水灰比配置并拌合水泥浆；

（3）用泵把配制好的水泥浆输送到第二搅拌站并记录水泥浆重量；

（4）开启桩机，钻头搅拌下沉，同时开启浆泵送浆至设计深度，记录输浆量；

（5）搅拌提升，同时喷浆至施工面并记录输浆量，关闭浆泵完成第一单元桩施工；

（6）桩机向前移动3倍钻头间距，并调平，重复（1）～（5）步骤，完成第二单元桩施工；

（7）重复步骤（6），完成整个防渗墙的成墙施工。

2.3防渗墙施工质量控制

2.3.1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。

2.3.2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。

2.3.3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掺入量稍增加些；

（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时，可考虑在防渗墙体前、后进行补桩，此时，注浆压力加大，注浆量增多。

3、防渗墙检测及效果分析

（1）防渗墙外观质量检测

在防渗墙体达到一定龄期，强度达到一定值后，对防渗墙体进行开挖，深度可在2~3m，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。

（2）防渗墙体取样检测

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，直接测定防渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求，还可观察防渗墙体搅拌均匀程度。

晏子湖水库工程及济南市玉符河下游段拦蓄工程玉符河入黄口橡胶坝工程防渗墙除用上述方法进行检测外，还利用探地雷达仪采用连续测量方式检测整个防渗墙的成墙质量。

经检测：晏子湖水库工程墙体的连续性和完整性良好，个别桩体垂直度较差，略偏离墙体轴线，但不影响墙体的连续性及完整性，成墙抽样检测渗透系数达到设计要求。蓄水后，湖面水位长时间除水面蒸发外无明显水位下降，可说明该水泥土截渗墙具有明显的截渗效果。

济南市玉符河下游段拦蓄工程玉符河入黄口橡胶坝工程基坑开挖后，防渗墙外观质量良好，抽样检测渗透系数满足设计要求。橡胶坝底板采取打井降水后，截渗墙内外具有明显的水位差，且墙内长时间无明显水位回升，可说明截渗墙起到了明显的截渗效果。

4、结语

黄河下游沿岸属于黄河沉积地质，符合多头小直径深层搅拌桩防渗墙适用地质条件，通过晏子湖水库工程及济南市玉符河下游段拦蓄工程玉符河入黄口橡胶坝工程中多头小直径深层搅拌桩防渗墙技术应用情况可看出，该技术在黄河沿岸适用效果较好，且该技术具有成墙质量可靠，墙体连续、整体性好、抗渗性能强；施工时无振动，无噪音，不受环境的影响，无环境污染；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；成墙工效高，造价低等特点，在黄河沿岸小水头截渗工程中具有很好的应用前景。