深层水泥搅拌桩在水利河道中的应用

【摘 要】在长期的水利工程建设实践中，越来越多的优秀水利施工技术被广泛应用在工程建设中，极大的提高了水利工程建设水平。深层水泥搅拌桩以其较强的地基加固性能被广泛应用在多种水利工程施工中，具有施工方便，加固效果显著等特点。现本文就主要以某水利河道的整治工程为例，来探讨深层水泥搅拌桩在水利河道施工中的具体应用。 
【关键词】深层水泥搅拌桩；水利工程；河道整治；施工应用 
　　与其他的桩基施工技术相比，深层水泥搅拌桩在水利工程的软弱土质层加固施工中的施工更方便，工期更短，造价更低，整体性更强。这是因为其主要是利用深层搅拌机械把软土和配置好的水泥浆液混合在一起并进行充分拌和，最终形成具有较高整体性的桩基。并且由于水泥浆液会像桩体四周渗透，因此桩体的四周也会通过水泥的硬凝反应而增大强度，这种复合性的地基更是极大的提高了桩基的稳定性，实现良好的地基加固效果。以下笔者就以某水利河道的地基加固为例，来详细谈谈深层水泥搅拌桩施工技术的具体应用。 
　　0.工程概况 
　　某水利河道是当地的重要引排工程之一，在排涝抗洪中具有非常重要的作用。为了能够提高河道的排水性能，当地决定对河道进行一定的整治和加固维修。由于该河道某处的地质条件较为复杂，在对该处的码头进行加固处理时遇到了一定的难度。这是因为其地层土层从上到下依次为碎石、粉土层、细砂夹淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土，可以明显看出这是一种非常典型的软弱地质层，土层弹性大、含水率较高，易变性，强度非常低。要想该地基能够安全的承载河道码头的运行荷载，就必须要对求进行地基加固处理。通过地质勘查得知，最下层的软土层深达8.6-15.8m，为了保证加固施工能够取得预期效果，在综合实际情况后，我们决定使用深层水泥搅拌桩进行地基加固。 
　　1.深层水泥搅拌桩施工的前期试验 
　　在深层水泥搅拌桩施工质量控制中，最关键是一点就是要确定水泥的掺入量和水灰比大小。若所设计的水灰比不合理、掺入的水泥量过多或过少，都会严重影响到桩体的整体性和抗压强度。另外，搅拌机将水泥浆液和软土搅拌在一起的均匀程度大小，也会影响到桩体的施工质量。为了能够最大程度的保证桩体的完整性和强度，我们在施工前先进行了一定的前期试验。考虑到本次地基加固的主要部位是对第三层和第四层的软土进行加固，且河道码头所需的承载力要求至少不能低于150kPa，为此，我们设计深层水泥搅拌桩的桩径为0.6m，桩长为8m，桩与桩之间的距离为1.2m，置换率设计为19.6%。经过试验室的强度试验对比，并结合实际情况，考虑到汛期将近，工期较紧，且地下水位相对较高，再加上当地的施工设备性能有限等综合因素进行分析后，我们最终确定了本次工程施工的水灰比为50%，水泥掺入量为17%。 
　　2.水泥搅拌桩施工工艺 
　　水泥搅拌桩是通过特制的搅拌轴的轮叶，进行机械搅拌，把水泥和软土混合形成水泥土，是一种物理和化学的反应过程，水泥土硬化是水泥在具有活性的粘土介质中形成，作用缓慢而复杂。水泥遇水后发生水化和水解作用，生成氧化钙等多种化合物，其中钙离子与粘土矿物表面吸附的钾离子和钠离子进行当量交换，使粘土颗粒形成较大的土团粒，同时水泥水化后生成的胶体粒子，把土团粒连接起来形成蜂窝状结构；随着水泥水化的深入，溶液析出大量的钙离子与粘土矿物中的二氧化硅和三氧化二铝；进行化学反应，形成稳定性好的结晶矿物和碳酸钙，这种化合物在水和空气中逐渐硬化成为水泥土。处理后的水泥土与软土比较，其力学特性显著改善，无侧限抗压强度比天然土大几十倍。水泥土的抗压强度除了与被加固土体的性质有关外，还与水泥的标号、掺合量、龄期及外加剂等有密切的关系。 
　　2.1成桩试验 
　　为了掌握施工工艺及各项技术参数，在挡墙施工初期进行成桩试验，主要从以下几个方面来进行考虑和布置：（1）满足设计要求的每米水泥掺量和工艺要求的各种技术参数。如钻 进速度、提升速度、搅拌速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等。（2）确定搅拌的均匀性，对“两喷四搅”施工工艺的2、3搅时喷浆和2、4搅时喷浆进行了对比分析，发现2、4搅时喷浆搅拌水泥土程度较均匀。（3）掌握各种土质条件下钻进和提升的阻力程度及喷浆情况，选择合理的技术参数。（4）为了使试桩有代表性，成桩工艺试验桩数为6根。（5）成桩7d后进行检查，用日测法检查桩体成型情况及搅拌均匀程度，检查深度0.5-1.0m；成桩28d后，钻孔取芯进行无侧限抗压强度试验。 
　　2.2施工工艺 
　　根据成桩试验结果，水泥搅拌桩采用湿法施工，工艺程序为：预搅下沉一喷浆搅拌提升一重复搅拌下沉—重复喷浆搅拌提升至顶。详细施工方法如下：（1）机械就位调整导轨垂直度，钻头对中桩位，安装调试检测控制仪器设备，检查各种配套机具设备是否满足施工要求。（2）下钻预搅。钻进速度控制在0.6-0.8m/min，钻进至桩底标高后，原地旋转将桩底搅拌均匀。（3）开动灰浆泵，待浆液到达喷浆日时启动上升，边反转匀速提升边喷浆，提升速度控制在0.5m/min.喷浆压力控制在0.3-0.45MPa，提升至桩顶标高，在此过程中，浆液完成量要达50%。（4）重复搅拌下沉。边钻进边搅拌，钻进速度控制在0.6-0.8m/min，至桩底后，原地喷浆0.5min后，边反转匀速提升边喷浆，搅拌速度控制在0.4-0.6m/min，匀速提升至离地面0.5m处搅拌数秒，使桩头均匀密实。（5）钻机移位。关闭搅拌机械，移位。 
　　3.施工中出现的问题原因分析及解决方案 
　　在实际的工程施工中，一些不确定性因素的出现给施工带来一定的问题，这是在施工计划和施工方案中没有设想到的。为了能够保证施工的顺利进行，避免耽误施工进度，保证施工质量，必须要尽快采取措施来解决这些问题。以下笔者就以其中两种情况为例，以供同类工程参考。 
　　3.1钻孔过程中发现电机电流表系数过大 
　　由于该河道两岸的石块被大量开采，因此在河底留下了很多小卵石，在钻孔施工中，钻机操作人员忽然发现钻机的电流表读数急速上升，发生了电流突变的现象。根据施工人员的多年经验，认为这是因为钻头在钻孔中碰到了坚硬的石块，阻力较大，才增大了电流表的读数。为了解决这一问题，技术施工人员决定采用较慢的速度慢慢钻进小卵石的复合层，以免影响了钻头的正常使用，钻速控制在0.5m/min，比普通的0.8m/min要慢。这样就很好的解决了钻头冲击问题，保证了钻孔的顺利进行。 
　　3.2粉质粘土搅拌中的离析现象 
　　粉质粘土、粘土的内聚力相对较大，粘性较强。按常规施工发现搅拌桩水泥、土搅拌的均匀性较差，同时伴有水泥、粘性土的分离现象，钻头上易产生土球，严重得甚至产生了抱钻（也有称糊钻）现象。由此而成的生成桩抗压强度很低。为了避免上述现象的产生，主要有两种方法解决：一种是采取钻头增加叶片、搅拌钻头加长和上下叶片的距离加大处理，此方法经施工验证具一定的效果，但存在一定的问题，搅拌的动力需要增加，供电电量相应加大。另一种方法就是利用淤泥质土的含水量较大，采取增加水泥浆液浓度，同时根据实际情况采用增加重复搅拌的次数来提高水泥土的搅拌均匀性。经基槽开挖后验证，搅拌的成桩效果比较好。 
　　4.结语 
　　在本河道整治工程中，由于使用了深层水泥搅拌桩施工技术，并在施工前做好了相应的试验，确定了水泥的最佳掺入量和水灰比，并在施工中加强质量管理和控制，针对突发问题及时作出正确有效处理，使得本工程得以顺利进行，在汛期到来之前完成了河道的整改，经检测和实践运行后，都证明本次深层水泥搅拌桩施工取得了良好的加固效果，值得同类工程借鉴应用。 
　  【参考文献】 
　　[1]邢志兴，等.深层水泥搅拌桩应用的若干问题[A].河南省建筑业行业优秀论文集（2009）[C].2009. 
　　[2]李维平，等.深层搅拌桩地基加固处理方法及实效[A].河南省地质调查与研究通报2007年卷（下册）[C].2007.