摘要：水利水电施工工程建设，渗流问题一直是一大技术困扰，引起的坝体、坝基渗透破坏不但会造成水库水资源大量的损失浪费，也会引发水坝背水侧沼泽化与农田地下水位升高等现象，严重影响农业正常生产。为此，文章希望探讨一下水泥深层搅拌桩防渗的技术机理、工艺流程以及与其相关的防渗墙技术。
关键词：水泥搅拌桩；水利工程；防渗墙；技术机理
软基处理常用方法有袋装砂井、塑料排水板、粉体喷射搅拌法、深层水泥搅拌桩、高压喷射注浆、强夯法、碎石桩法等。深层水泥搅拌桩因其具有施工时无振动、无噪音、无泥浆废水污染、无大量废土外运、一般不引起土体隆起或侧移、施工速度快、造价较低等特点而被采用。
1影响水泥搅拌桩强度的主要因素
1.1水泥掺入比
水泥掺入比通常是指水泥掺入重量与被加固土天然湿重比（%）。水泥土强度随水泥掺入比和龄期而增长。其特点是随着掺入比增大，水泥后期强度增大幅度加大。对于砂粘土，当水泥掺入比从8%增至20%时，水泥土90d龄期强度与28d龄期强度之比从1.7变化至3.2。
1.2土的含水量
天然土的含水量越小，水泥土的抗压强度越高。含水量对强度的影响还与水泥掺入比有关。当水泥掺入比较小时，含水量对强度影响不甚明显。
1.3土的化学性质
土的化学成分，如酸碱度（pH值）、有机质含量、硫酸盐含量等对加固土强度的影响甚大。酸性土（pH＞7功口固后的强度较碱性土差，且pH值越小，强度越低。
土的有机质使土具有酸性，并会增加土的水溶性和膨胀性，降低其透水性，影响水泥水化反应的进行，从而降低加固土的强度。
2施工准备
水泥搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍（包括大块石、树根和生活垃圾等）。场地低洼处应回填戮土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好的稳定性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。
3.深层搅拌桩技术的相关机理
3.1技术机理
深层搅拌桩首创于20世纪60年代的日本，主要被应用于建筑物的地基加固与补强方面，例如：粘性土、砂类土、黄土与人工填土等地层都可以用来实施水泥深层搅拌桩工艺，起到加固饱和粘性土地基、增加软土地基承载能力、降低沉降量、提高边坡稳定性的作用。深层搅拌一般采用水泥或石灰作为主要固化剂，另外再配合木质素磺酸钙、石膏等等外加剂，利用深层搅拌机注入软土来实现搅拌过程，并等待软土与固化剂之间发生物理化学反应，从而改变软土固有性状，慢慢固结硬化。此时具有一定强度、水稳定性与整体性的水泥土就会形成，这样就改变了软基原有的软弱性质，使建筑物更加稳定。
3.2水泥深层搅拌桩施工的工艺流程
目前国内常见的深层搅拌桩施工工艺主要有两种：提升时喷浆与贯入时喷浆，具体采用哪一种要根据地基地层的软硬程度与搅拌头工艺特征来决定。并且按照地基土力学指标与设计要求标准来确定是否要进行喷浆。下文主要介绍一下水泥搅拌桩的具体施工工艺流程。第一步是桩机就位，利用绞车或起重机械来移动深层搅拌机到达指定桩位，并借助定位卡来确保搅拌机与桩位对中，其中桩位的对中误差要严格控制在50mm以内。第二步要进行水泥浆的制备与预揽下沉工作。当深层搅拌机冷却水循环逐渐稳定以后，就可以启动搅拌机，把起重机钢丝绳放松使搅拌机能够向地层切土位置下沉。如果搅拌钻头的下沉速度过慢，就要利用输水系统向地基贯入清水，这样可以促进钻头切土钻进速率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三步是提升搅拌喷浆，这是在启动灰浆泵以后将水泥浆完全压入到软土中，实施旋转喷浆双管齐下。同时也要按照设计要求来保持搅拌机的提升速度。第四步是重复上下搅拌操作过程，如果深层搅拌机在提升设计中专门加固深度与顶面高程，则要排空集料头中的水泥浆，避免其与软土搅拌不足，并将搅拌机置于旋转状态下并下沉于土中到设计加固深度再次进行重新反复搅拌。第五步是成桩移位，如果搅拌桩成桩以后，就要移动机械到下一桩位继续进行成桩操作，然后重复上述4步施工流程。
3控制合理下沉系数的措施选择
为提高地基土承载力和摩阻力，可采用的措施如下：
3.1轻型井点降水
在沉井四周的地面布置一级轻型井点降水，主要降低杂填土和粉砂层的地下水位，使土层的含水量降低，达到提高该层土的承载力和摩阻力，有利于控制初沉降段下沉系数在适宜的范围内。
3.2水泥搅拌桩处理地基土
水泥搅拌桩分成三种处理。在沉井刃脚和井内中心位置“十”字形主基础梁部位布设双排桩，其余基础梁、内墙基部位为单排桩，其水泥掺量自标高0.00一一17.00m为1300。其余部位的水泥掺量自标高O.OOm至井底设计标高为600，在井底设计标高以下为1300。沉井四周外围为一排保护性水泥搅拌桩，自标高0.00一一15m水泥掺量1000。桩距@1200，排距按刃脚和基础梁宽度定。
处理后的复合地基承载力标准值，在沉井刃脚、基础梁、内墙基部位可达fk=120kPa，在其余部位可达fk=90kPao
3.3沉井顶节在封底后施工
沉井顶节4.4m高，该节钢筋硅重量3224t，安排在下三节沉井下沉到位封底并在浇捣底板硅强度达到设计强度80%后施工。此举措可大大减轻下沉中的沉井自重，从而有利于控制各阶段的下沉系数。3.4采用排水法即干式挖土下沉由于水下挖土困难多、效率低、工期长，而且封底时不可见的影响因素较多，不利于封底硅的浇捣质量，故决定沉井中采用干式挖土下沉。考虑浅层粉砂的渗透系数大，采用轻型井点降水，深部淤泥质粉质粘土的渗透系数小，仅在井内分仓用集水井潜水泵排水。
4.水泥深层搅拌桩的相关设计
在为水坝进行防渗墙设计施工时，主要要考虑两点内容，防渗墙的渗透系数取值以及防渗墙厚度确定。
4.1水泥深层搅拌桩防渗墙的渗透系数取值研究
工程中对防渗心墙、斜墙的防渗系数都提出了要求，要求二者的防渗系数必须小于坝体材料渗透系数的1座00，所以该工程中防渗墙的防渗效果就直接由墙体地基土的相对渗透性来最终决定。考虑到同等材料在防渗墙所表现出的不同透水性以及不同地基防渗效果，所以在该工程中试验其地基透水层渗透系数如果达到防渗墙的100倍，就认定它的防渗效果较小不符合标准；达到1000倍时，则防渗墙侧坡脚的覆盖层承受水头压力从堤防总水头的60%降到30%，如果是10000倍，则这一数字改变为20%，所以该工程中防渗墙的渗透系数合理取值范围应该控制在1座000汀座0000。在设计方面，为该工程地基强透水层所设计的是基于水泥深层搅拌桩技术的垂直防渗墙，它的渗透系数<1x10-6cm店，此时就可以基本满足防渗需求。
4.2水泥深层搅拌桩防渗墙的厚度设计研究
常理来看是防渗墙的厚度决定了防渗效果的优劣，不过考虑到清丰山左堤水坝的防渗墙在渗透系数上与强透水层渗透系数相差1000倍，所以在该工程中决定防渗效果的不是墙体厚度，而是强透水层中渗流的阻碍作用，当防渗墙渗透功能达到稳定时，它的墙体厚度就应该定位在那一设计厚度。
结论
采用水泥搅拌桩重力式挡土墙支护方案，在经济和安全方面均取得了良好的效益。基坑设计原则是力求达到安全和经济的和谐统一，同时贯彻基坑支护“动态设计、信息施工”的原则，尽量作到设计合理，施工方便。总之，在现场施工遇特殊地质情况，经各参建单位现场处理后，设计单位提出了设计修改方案，施工后的基坑监测数据表明，修改方案是可行性。在满足基坑边坡支护安全的前提下，虽然工程造价略有增加，但缩短了工期，能提前达到商品房的预售条件，节约了财务成本，达到了进度和投资两方面控制的目的。
参考文献
[1]俞跃平.深层搅拌桩法在深基坑围护中的应用[J].2011（12）.
[2]刘建伟.水泥搅拌桩在高层建筑地基处理中的设计与应用[J].2009（06）.
论文作者:黄磊栋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/25
标签：水泥论文; 防渗墙论文; 沉井论文; 系数论文; 地基论文; 强度论文; 搅拌机论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;