1、水泥搅拌桩在水利工程的应用分析摘 要近几年来，水泥搅拌桩技术在水利工程中得到了广泛的推广与应用。本文结合工程实例，对水泥搅拌桩在水利工程方面的应用作一些分析。 关键词水泥搅拌桩 水利工程 应用 中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0128-01 近几年来，水泥搅拌桩技术在水利工程中得到了广泛的推广与应用。本文结合工程实例，对水泥搅拌桩在水利工程方面的应用作一些分析。 一、水泥搅拌桩加固原理 1、概述 水泥搅拌桩是一种应用较广泛的地基加固方法，是一种用于加固饱和软土地基的常用软基处理技术，它将水泥作为固化剂与软土在地基深处强制搅拌，由固化剂和软土
2、产生一系列物理化学反应，使软土硬结成一定强度的水泥加固体，从而提高地基土承载力和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌，后者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。水泥土搅拌法分为深层搅拌法（以下简称湿法）和粉体喷搅法（以下简称干法） 。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于 30%（黄土含水量小于 25%） 、大于 70%或地下水的 pH 值小于 4 时不宜采用干法。冬期施工时，应注意负温对处理效果的影响。湿法的加固深度不宜大于 2
3、0m；干法不宜大于 15m。水泥土搅拌桩的桩径不应小于 500mm。 2、加固机理 地基软土经水泥搅拌法施工后所形成的承载实体为“水泥加固土” ，设计时，根据上部荷载要求，掺入 7%-20%的固化剂（水泥）及少量化学添加剂与软土强制搅拌形成水泥土复合地基，水泥土强度的产生来自于固化剂和软土间的复杂物理化学反应： （1）水泥和软土中水分的水解和水化反应。水泥与软粘土拌和后，水泥矿物和土中的水分发生强烈的水解和水化反应，从溶液中分解出氢氧化钙生成硅酸三钙（3CaO?SiO2） 、硅酸二钙（2CaO?SiO2） 、铝酸三钙（3Ca?Al2O3） 、铁铝酸四钙（4CaO?Al2O3?Fe2O3） 、硫
4、酸钙（CaSO4）等水化物，部分与土颗粒组成复合胶原体并自身硬化形成水泥石骨架。 （2）离子交换和团粒化作用。上述复合胶原体分子链巨大，具有很大的比表面积，它像网络一样联结土粒，并与土中活性离子发生交换，形成结合紧密的水泥土团粒结构，逐步扩大并最终形成整体结构。 （3）硬凝反应和碳酸化作用。包括两方面：一是由水泥中的钙离子与软土中的 Al2O3、SiO2 反应形成硅铝酸钙针状、放射状、稻草束状晶体；二是水泥水化作用下游离出来的部分氢氧化钙在酸性介质的作用下吸收周围的 CO2 生成不溶于水的碳酸钙晶体。 上述反应所形成的水泥土复合体兼有较好的水稳定性和一定的整体强度，共同作用承担外部荷载。 3、
5、水泥搅拌桩在水利工程的应用方向 （1）在水利工程施工中，水泥搅拌技术被广泛的应用于复合地基的形成，作为地基处理的一种特殊方法，桩体与桩间土形成复合地基可以有效的提高地基承载能力，减少地基的变形。在进行地基处理时，水泥搅拌桩常常在加固淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和其他软土等方面有着重要的作用。 （2）在水利工程中应用于基坑支护，因为水泥土的挡土墙属于不透水的支护结构，所以，水泥土挡土墙既能够挡土又能够挡水。而水泥搅拌桩属于重力式结构，依靠本身的重量就可以抵抗侧向力保持稳定，不需要其他结构的支撑，也不需要过多的拉锚。基坑内面积较大，便于基坑内机械挖土和地下结构的施工，水泥搅拌桩在基坑的应用，使得基
6、坑的施工简便快速，效率大大提高，而成本费用则大幅降低，所以，具有非常好的社会经济效益。水泥搅拌桩还是加固基坑被动区土体经济有效的技术措施，它能防止被动区土体破坏和管涌现象等。 （3）在水利工程中应用于防渗帷幕，水泥土的渗透系数通常都比原状土降低数倍以至几十倍，抗渗性能、抗渗功效大大提高。所以，通常在水利工程中，都将水泥土桩搭接施工组成连续的水泥土帷幕墙，并且在粉土、夹砂层、砂土地基的基坑防渗及堤坝防渗等工程中得到越来越广泛的应用。 二、水泥搅拌桩在水利工程的应用分析 1、工程概况 某城市堤防工程为“一”字型水泥搅拌桩截渗墙；双孔涵闸水泥搅拌桩截渗墙长度为 48m；桩径 500mm，桩间距为 4
7、00mm，水泥掺入量不小于 15%。与闸齿坎连接部位每根搅拌桩设 416 钢筋，埋入搅拌桩2m，伸入闸齿坎 0.8m。 2、水泥搅拌桩施工技术要点 （1）原材料的质量控制：水泥质量是关键，所用水泥品种和质量应符合设计及规范要求。水泥进场之前，必须抽样做安定性试验、胶砂强度等指标，合格后方可进场使用。进场水泥数量应能满足施工进度的要求，不合格或过期、受潮、硬化、变质的水泥拒绝进场使用。施工用水应为人畜饮用水。如为自然水源应做水质分析，检验合格后才准使用。 （2）桩机就位：水泥搅拌桩桩机安装完毕后，应进行全面的检查调整，成桩设备安装就位平整和稳固，以确保施工中不发生倾斜、移动，在桩架上应设置用于施
8、工中观测深度和斜度的装置。 （3）喷搅下沉：开启深层搅拌机主电机，桩机钻杆垂直下沉，随时观察设备运行及地层变化情况。搅拌机预搅下沉时禁止冲水下沉。搅拌桩施工期间应进行基础加固区的沉降观测，掌握整个加固区的沉降变形，作为评价地基加固效果和使用维护的依据。 （4）喷浆成桩：开动灰浆泵，证实浆液从喷嘴喷出时启动桩机向下旋转钻进喷浆成桩并连续稳定喷入水泥浆液。根据设计要求的配比和搅拌试验实测的各项施工参数换算后确定。同时，使用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在 0.40.6Mpa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。当浆液达到出浆口后，喷浆座底 30s，使浆液完全到达桩端。浆喷搅拌的水泥掺入量、
9、固化剂浆液掺入量严格按预定的配比拌制，制备好的浆液不离析、不停置时间过长，超过 2h 的浆液作废浆处理。浆液倒入集料斗时加筛过滤，以免浆内结块损坏泵体。泵送浆液前管路应保持潮湿，以利输浆。拌制浆液的罐数设专人统计记录，固化剂、外掺剂用量、提升速度和泵送浆液的起止时间由专用的自动记录设备统计记录。为保证搅拌桩的垂直度，注意桩机平台的平整度和导向架对地面的垂直度，使垂直度偏差不超过 1%。为保证桩位准确度，必须使用定位卡，使桩位偏差不大于 3cm。 （5）喷浆搅拌提升：深层搅拌机下沉到设计深度后，边喷浆、边旋转搅拌钻头，同时严格按设计提升速度提升水泥搅拌机。 （6）重复搅拌下沉和提升：待水泥搅拌机
10、提升到设计加固范围的顶面标高时，集料斗的水泥浆应正好排空。为使软土与水泥浆搅拌均匀，应再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计深度后或达到设计要求后再将搅拌机提升出地面。 （7）清洗：向集料斗中注入适量的水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残余的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。 （8）移位：将深层搅拌机移位，重复上述（2）（7）步骤，进行下一根桩的施工。 3、施工检验 本工程对搅拌桩成墙后其墙体质量检验方法主要采用开挖检查、钻孔取芯检查 和钻孔注水试验。 （1）开挖检查：沿轴线每隔 0.5km 检查一处，每处长 3-5mm，深2.5-4m。要求墙体的外观质量好，无蜂窝、孔洞，桩
11、间搭接和墙厚度满足设计要求（观察、测量、拍照） 。 （2）钻孔取芯检查：施工 28 天后，采用钻机取芯样描述芯样的完成性、均匀性（测量、拍照） ，检验水泥土的单轴抗压强度。钻机取芯沿提轴线每 300m 抽检一孔，不足 300 米也应布设一孔，每孔取样 3 组，取样部位为 3 个孔的上部、中部和底部。钻孔必须用水泥砂浆回填密实。每标段钻孔不少于 3 个。检测不合格时，检查部位应加倍。 （3）钻孔注水试验：利用取芯孔做注水试验，检查透水系数是否符合设计要求。 4、施工效果 经上述施工后，验收合格，本工程搅拌桩成墙后其墙体完全符合设计要求。 三、结束语 总之，水泥搅拌桩适用于加固、处理各种成因的饱和软黏土、淤泥、淤泥质土、黏土、亚黏土等地质情况，施工时与桩周土体一起组成复合地基，从而达到提高地基承载力，减少地基沉降的目的，且对周围土体无扰动、无振动，对周围环境噪声污染较小，在水利工程方面具有广阔的应用前景。 参考文献： 1徐新跃.水泥土搅拌桩的现场试验研究与分析.勘察科学技术，2007. 2葛广州.深层水泥搅拌桩地基加固技术.华章，2010.
