多头小直径水泥搅拌桩在淮阴三泵站基坑防渗中的应用

1、多头小直径水泥搅拌桩在淮阴三泵站基坑防渗中的应用 黄文龙 付强张海山 摘 要 以往的软基基坑防渗，多采用单头、双头水泥搅拌桩或者混凝土防渗墙等，成本 高、效率低，在追求成本和效率的今天，已不太适用于工程施工。多头小直径水泥搅拌桩 桩径小、成墙薄，一次成墙长度在1m以上，成墙效率高，在基坑防渗施工中已逐渐推广使 用。淮阴三站采用多头小直径水泥搅拌桩进行基坑防渗，由于方法得当，控制有力，防渗 效果比较满意，为主体工程的施工创造了有利的条件。 关键词淮阴三站多头小直径水泥搅拌桩基坑防渗 1 工程概况 淮阴三站工程区地面高程约EL12.60m，泵站基坑开挖深度大于10m基坑开挖将同 时揭穿透水性较强的

2、O A层人工填土、层粉质壤土、粉质砂壤土和层砂壤土。其中基 础的层粉质壤土、层砂壤土和层砂壤土均为承压含水层。地下水位高、土壤含水 量大、且四面环水是本工程的特点，因而防渗工作对整个泵站建设至关重要。 本工程防渗墙总长 606.06m，共537幅桩，采用多头小直径水泥搅拌桩，两搅两喷 工艺，钻机为四头，钻杆轴间距325mm钻头叶片直径不小于 393mm单幅有效长度1.13m。 2场区工程地质条件 场区工程地质土层分布特征如下： o层：以粉质粘土为主夹粉质粘土（ Qr）。棕黄色、灰黄色，杂砂礓、少量砖块， 土质软硬不均，多呈可塑硬塑状，属人工堆土。层底标高8.810.9m,层厚2.54.6m，

3、全场分布。 3 1层：粉质粘土夹粘土，局部夹壤土（qXi）。棕黄、灰黄色，局部夹灰色，可塑 状，局部硬塑状。含铁锰结核，偶含小砂礓。层底标高6.98.8m，层厚1.03.0m， 全场分布。 3一 2层：粉质粘土或粘土（Qal ）。可塑硬塑状。含铁锰结核及砂礓（直径12cm, 局部含量较多）。层底标高4.47.8m，层厚1.02.8m，全场分布。 3 层：粘土或粉质粘土，偶夹砂壤土薄层（q3i）。硬塑状。含少量砂礓及铁锰结核。 层底标高-0.13.5m，层厚0.72.5m，全场分布。 3 层：重粉质砂壤土夹壤土薄层（Q；l）。软塑状。层底标高-2.81.0m，层厚0.4 3.5m，局部缺失。 层

4、：粘土或重粉质壤土，底部砂性大，夹砂壤土薄层（Q3i ）。可塑硬塑状，无 摇震反应，稍有光泽，干强度及韧性高。层底标高-6.0-2.3m，层厚0.35.9m，全场 分布。 审稿：刘祥吾 切, jrg (5 u 1: Li L 3 .泵訪主. 4煜卜 F墓站8比侧二 I加 | nih 1.5 图1防渗墙平面布置图 3一 层：轻-重粉质砂壤土，底部砂性大，夹砂壤土薄层（Q；| ）。软塑状，偶含小砂礓。 层底标高-9.25.5m，层厚1.56.0m,全场分布。 层：壤土或粉质粘土，夹粘土、粉质粘土和砂礓土薄层 （局部互加或互层） 2讣| ）。 多呈可塑状。层底标高 -12.6-9.5m，层厚1.26

5、.1m,全场分布。 层：重粉质砂壤土、重砂壤土，局部夹粉质粘土薄层（Q ）。可塑状。层底标高 -24.9-18.5m，层厚0.612.3m，全场分布。 1层：粉质粘土或壤土，夹粘土薄层（Ql）。可塑状。层底标高-15.5-12.7m , 层厚1.53.2m，该层呈透镜体状分布于8层之中。 3设计要求 （1） 防渗墙沿泵房基坑四周闭合，总长度约606.6m。 （2）防渗墙顶部高程在 EL11.5EL12.5m,底部高程为-9.0m。 (3) 采用P.O32.5普通硅酸盐水泥。 (4) 相邻桩施工间歇不超过24h。 6 (5) 墙体垂直度误差不大于 1/300墙深，墙深偏差不大于 20cm渗透系数

6、w AX 10-, 取样试块28d无侧限抗压强度I.OMPa，墙体厚度22cm。 4施工规划 防渗墙施工要经历以下三个阶段：(1)水泥土室内试验；(2)现场成桩工艺试验； (3)防渗墙成桩施工。 5水泥土室内试验 在工艺试验桩施工前14天进行。在施工现场取渗透性最大或者较大的土样，送至 具有资质等级的工程质量检测站，按拟定的试验配方(水灰比选定为1.50、1.80 ,水泥 掺入比选定为13% 15%)进行掺入比试验和渗透性试验，最终选出最佳水泥掺入比。 表1室内试验成果表 水泥 掺量 龄期 (d) 最小渗透系数 (cm/s) 平均渗透系数 (cm/s) 序号 水灰比 抗压强度 备注 1 1.5

7、 15% 7 1.57 MPa 1.61 X 10-7 4.47 X 10-7 2 1.5 13% 7 1.47 MPa 1.61 X 10-7 3.13 X 10-7 3 1.8 15% 7 1.44 MPa 1.43 X 10-7 2.05 X 10-7 4 1.8 13% 7 1.39 MPa 1.43 X 10-7 2.53 X 10-7 6现场成桩工艺试验 6.1 施工机械配置表 表2施工机械配置表 名称型号规格 单位 数量 额定功率(kW 性能 多头小直径搅拌桩机 台 1 135 良好 制浆机 台 2 4 良好 储浆罐 台 1 3 良好 HBW140/3注 浆泵 台 2 7.5 良

8、好 潜水泵 台 2 2.2 4 良好 电焊机 台 1 22 良好 送浆泵 台 2 11 良好 发电机组 台 1 30 良好 发电机组 台 1 250 良好 6.2 施工工艺流程图见图2。 6.3 试验桩施工 （1）由测量按本试验要求的位置，测放出试验桩的桩位，标识明显。 （2）水泥搅拌桩施工现场事先予以平整，清除地上障碍物。水泥搅拌桩机到达指 定桩位，调平、对中。搅拌机对桩误差小于50mm垂直度偏差不超过 1/300墙深。 （3）开机前调试，检查相关机械的运转和输料管通畅情况，材料等准备到位。 （4）启动钻机，开启喷浆泵送浆，钻头搅拌下沉至设计深度，桩底座浆，喷浆、 搅拌提升至孔口。 （5）关

9、闭搅拌桩机。桩机横向平移就位调平，重复上述过程，进行下一幅单元墙 施工。 图2施工工艺流程图 6.4试桩情况 首先，在距工程桩约 2m位置进行清水试钻，试钻2根，均正常后再正式试桩。 001#桩：采用1.5水灰比、水泥掺入比15%的水泥浆试钻，正常下沉至设计桩底标 高，提升至20.2m （高程约-8.0m ）时，阻力太大上提困难，注水约3h反复提升，才出 地面。桩长 21.2m，供浆量4200L。 002#、003#桩：分别采用1.8和1.6水灰比浆液试钻 2根，一切正常，每根成桩历 时约35min。桩长21.2m，供浆量分别为 4880L和4430L。 004#桩：采用1.5水灰比浆液试钻至

10、 16.0m深度后（高程约-3.8m ），钻进起拔均困 难。次日在4#桩位继续以清水钻进， 下沉至设计深度后， 上提困难，历时1小时拔出地 面。桩长21.3m，供浆量2051L。. 005#桩：采用1.8水灰比浆液试钻至 16.3m深度后（高程约-4.1m），无法继续钻进， 起拔出地面。供浆量2079L. 006#桩、007#桩：采用1.8水灰比浆液试均钻至 12.2m深度时（高程约 0.0m），电 流过大，超出100A无法钻进，起拔出地面。供浆量2106L和L3027L。 008#桩：以清水钻进至设计孔深，进行设备调试，而后以1.8水灰比浆液成桩。桩 长21.2m，供浆量4145L。 009

11、#桩、010#桩：以1.8水灰比浆液均钻至 9.5m时浆管堵塞，起钻疏通，然后钻 至设计孔深成桩。桩长 21.2m，供浆量分别为 5226L和4433L。 011#桩：以1.8水灰比浆液搅拌钻进并顺利成桩。桩长21.2m，供浆量5515L 012#桩：改用1.6水灰比浆液搅拌钻进，分别在13.4m和13.9m的深度堵管，两次 起管疏通，重新钻进搅拌成桩。桩长21.2m，供浆量4623L 013#、014#桩：以1.6水灰比浆液搅拌钻进并顺利成桩，历时38min和41min。桩 长21.2m，供浆量分别为 3888L和4623L。 6.5 搅拌钻进困难原因分析 根据地质资料，试桩临近的W6勘探孔

12、揭示，终孔处土层土质主要为第层粉质粘 土、第层粘土或重粉质壤土，该层土质粘粒含量高，且含有分布不均的礓结石及铁锰 结核（据现场土方开挖揭露，局部礓结石层厚约10cm,粒径37cm,反铲挖掘时亦显 吃力），不利于搅拌桩的实施，故土层土质的差异是导致钻进困难的主要原因。 水灰比也不同程度地影响成桩工艺，但实践表明：水灰比并不是影响施工工艺的主 要因素。 6.6 工艺试验成果 通过以上试验，可以得出本工程初步试验成果，并以此指导主体防渗墙施工。 （1）水灰比选取1.6。 （2）下沉时间约25min，下沉速度约0.82m/min ;上提时间约15min，提升速度约 1.03m/min。 （3）水泥掺入

13、比：主轴线（东西向）采用 15%畐峙由线（南北向）采用 13% 其它控制施工参数见表 3。 表3单幅桩喷浆参数表 序号 部位 水泥掺入比 (% 单幅桩有效面 积（m2） 桩长（m） 1 东西向 2 南北向 20.5 21.5 20.5 21.5 单幅水泥量 (kg) 2296 2408 1990 2087 单幅浆量 (L) 4414 4630 3826 4012 备注 215L/m 215L/m 187L/m 187L/m 注：土体重量选用 1.90g/cm 7水泥搅拌桩防渗墙成桩施工 7.1 施工工艺流程 与工艺试验桩施工相同。 7.2 施工方法 7.2.1测量放样 根据施工图纸中防渗墙中心

14、线位置，每30m设立固定点以备施工过程中校核。本工 程采用的多头小直径深层搅拌桩机，每幅施工成墙长度113cmo每幅定位以钻杆中心进 行控制，放样时每113cm测放一个桩位控制点。该控制点是沿防渗墙轴线用钢尺量距进 行测放。每点用30cm长的竹签垂直插标，标志点高出地面510cm左右。 7.2.2 浆液配制 根据水泥掺入比试验成果进行浆液配制。具体到每一搅拌桶用量时，按照搅拌桶容 积和确定的水灰比进行水泥量计算。制浆时每桶均先放水到计算用量，然后加入所需水 泥量进行搅拌，每桶正反方向搅拌不少于2min。水泥浆液随配随用，为防止水泥浆液离 析，搅拌机和料斗中水泥浆液要不断搅动。 7.2.3 搅拌

15、喷浆 每层搅拌叶片不对称焊接耙齿，确保能够粉碎土层，达到预想的效果。搅拌下沉深 度确保达到设计要求。喷浆时要保持浆压稳定、供浆连续，确保整个桩体喷浆均匀连续。 724 注浆控制 搅拌桩施工时，按规定一次性注浆完毕，浆液由注浆泵经管路送至搅拌头，注浆量 由无级电机调速器和自动瞬时流速计及累计流量计监控；若中途出现堵管、断浆等现象， 要立即停泵，查找原因进行检修，待故障排除后再掘进搅拌。当因故停机超过半小时， 要对泵体和输浆管路妥善清洗。 7.2.5 防渗墙成墙施工 1) 定位控制：根据 4轴掘削搅拌轴幅间中心距，在墙体中心线的一侧划定每幅间 的套接位置，并按规定标准定好桩位，控制平面偏差在5cm

16、以内。 2) 垂直度控制：采用全站仪作桩架垂直度的初始零点校准，并用两侧垂线跟踪调 整导杆立柱的垂直度，用三支点导杆立柱的垂直度控制钻具垂直度偏差在1/300墙深以 内。搅拌掘进过程中，随时检测搅拌轴的垂直度， 以保证搅拌桩垂直度偏差不大于 1/300 墙深。 3) 钻进搅拌控制：采用两搅两喷的工艺进行施工，开动搅拌主机，并徐徐下降钻 头与基土接触，按规定要求送浆；先开始慢速搅拌进尺， 钻进一定深度后改为快速钻进， 用桩架导柱标尺和计时器联合控制钻进搅拌速度0.51.0m/min ;钻进搅拌时，通过在 导杆立柱上划分标尺来量测钻具钻进速度。挖掘搅拌前，先调试好深度记录仪，以钻头 接触地面时定为

17、0深度，以确保深度记录仪与钻头深度的同步性和准确性，控制钻进深 度不小于设计深度。该过程中喷浆量为单幅桩总浆量的50%钻进深度达到防渗墙底部 设计高程后，为保证桩底质量进行喷浆座底。此后慢速回转提升转杆，调整转速和提速 以减缓耗用功率的突变，避免形成真空负压而导致孔壁坍陷，造成墙体空隙。提升速度 一般控制为1.01.5 m/min 。喷浆下沉和喷浆提升的速度，必须符合施工工艺要求， 要有专人记录每根桩下沉和提升时间。此过程中喷浆量为单幅桩总浆量的50% 最终成墙后的水泥掺入比必须达到监理工程师批准的掺入比。 8施工质量保证措施和桩体质量检验 8.1 质量控制 (1) 严格交接班制度和验收制度，

18、按程序进行报验和施工。 (2) 按试验确定的水泥掺入比，提升、下降搅拌速度，水泥浆液比重等参数进行 施工，确保施工质量。 (3) 为保证成墙厚度，要根据挖掘头齿片磨损情况定期量测齿片外径，当磨损达 到2cm时必须进行修复。 （4）质检人员旁站监督，认真检查和记录水泥用量、喷浆时间、提升、下沉速度、 搅拌次数以及总浆量指标等。施工记录由专人负责，必须及时、正确、完整，如实反映 施工过程。搅拌机下沉或提升的时间、来浆和停浆时间要记录清楚。 （5）水泥浆在搅拌喷浆过程中不得离析，不得停置时间过长，随喷随搅，泵送必 须连续。浆液严格按工程师批准的水灰比拌制，超过2h不用的浆液必须废弃。 （6）搅拌机操作与供浆系统要做到密切配合，并规定明确的联络信号，以保证施 工有序进行；控制好下沉和提升速度，以保证桩体范围内每一深度均得到充分搅拌。 （7） 严格控制掘进过程中的注浆均匀性。 （8）在施工过程中因停电或其它原因造成成桩工艺中断的，恢复施工时必须将搅 拌头反向搭接0.50m后，再搅拌、喷浆成桩，以防断桩和缺浆。 （9）每幅间墙体的连接是水泥土防渗墙施工最关键的一道工序，在施