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摘要：本文将通过对除险加固工程实例介绍水泥搅拌桩在水利工程中的设计方法,对应用效果及存在问题进行了剖析,指出适用范围、应用中的注意事项,为工程提供参考。
关键词：水利工程 水泥搅拌桩 软基处理
中图分类号：TV文献标识码： A 文章编号：
前言
水泥搅拌桩在软土基础处理应用方面,技术上完全可行、成熟,质量是可靠、有保证的；既能有效地加固软土基础,满足防洪工程、河涌整治的建设标准, 又在一定程度上节约建设投资。同时, 由于水泥搅拌桩的施工过程中无振动、无噪音、无污染,对邻近建筑物及周围环境影响较小。当然,水泥土搅拌桩的设计指标还需进一步优化,施工中还缺少现代化监测设备,不利于施工过程的数据化控制。
一、水泥搅拌桩技术
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化主剂，通过各种深层搅拌机沿深度方向将软土与固化剂（例如水泥浆或水泥粉、石灰粉、粉煤灰），外加一定量的掺合剂就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，使软土硬结，从而提高地基强度，并有效地控制水泥搅拌桩的成桩质。水泥搅拌桩是处理软土地基的常用方法之一，水泥搅拌法使水泥搅拌桩与天然地基组成深层搅拌桩复合地基。与其他施工方法相比较，水泥搅拌法具有施工工期短、无公害、成本低等特点。其成桩工艺主要包括以下三种：
1水泥浆液搅拌法：先在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和，待其固化后，使地基土的物理力学性能得到加强。
2水泥粉搅拌法：采用压缩空气把干燥，松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和，利用地基土中的孔隙水进行水化反应后，再行固结，达到改良地基的目的。
3夯实水泥土桩法：选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在地基外充分拌合均匀成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩，其强度增量主要取决于水泥的胶结作用。
二、水泥搅拌桩的施工流程
1、施工准备
1.1平整场地。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，特别是大块石、树根和生活垃圾等，并对施工场地进行平整压实，当场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。
1.2做好配比工作。采集相应工点土样，当存在成层土时应采集各层土样，进行室内配比试验，测量各水泥土试块不同龄期、不同水泥掺入量，寻找满足设计要求的最佳水灰比，同时水泥搅拌桩应采用经检验合格的普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。
1.3设备工具的检验。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织联合检查验收合格后方可开钻。
1.4配套设备的准备。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，每天收集电脑记录一次。
2、施工工艺流程
现在水利工程中水泥搅拌桩技术常采用跳打法工序、四搅两喷法施工，具体流程如下：
2.1放线定位。根据已测放控制点,向施工方向逐孔测各桩位,为防止施工时被破坏,每次计划测放20 个孔位,满足1d 的施工需要,各桩位用钉入土中的竹签定位,桩孔间距必须满足设计要求。
2.2钻机定位。搅拌机到达指定桩位后,使中心管垂直对准测放点,垂直度偏斜不超过1%,钻机安放稳定,设备保持水平,钻机主轴垂直度误差≤1%。
2.3预搅下沉。搅拌机的冷却水循环正常后,启动电机,待搅拌头转速正常后放松起吊钢丝绳,使搅拌机沿导向架边搅拌边下沉,下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制。
2.4灰浆配制输送。搅拌机预搅下沉同时, 开始按设计水灰比拌制水泥浆（水灰比为0.5）；搅拌灰浆时,应先加水然后加水泥及添加剂,每次灰浆搅拌时间不得少于2 分,将水泥浆充分拌匀；压浆前将水泥浆滤筛,剔出水泥硬块,然后将灰浆倒入集料斗中。
2.5提升喷浆搅拌。搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵将水泥压入地基中,先在桩底持续搅拌30s,以保证桩底部质量,再按试验确定的提升速度边喷浆边提升搅拌机,使浆液和土体充分拌和,至超过桩顶高程0.5m 后,停止喷浆,保证桩头均匀密实,此时集料斗内的灰浆应要全部排空。
2.6重复搅拌下沉和提升。为使软土和浆液搅拌均匀,再次向集料斗内倒入水泥浆,并将搅拌机下沉,至设计要求深度后,再将搅拌机边搅拌边喷浆提升出地面。搅拌机提升至-1.5m 高程时,关闭灰浆泵,将搅拌机提升出地面。该过程水泥的供应量必须连续,一旦因故中断,必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5m 处, 待恢复供浆后再搅拌提升,以防断桩。
2.7清洗。向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中的残存的水泥浆,至基本干净,并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。
2.8钻具提升至地面后,钻机移位对孔,按上述步骤进行下一根桩的施工。
三、水泥土搅拌桩在工程实例上的应用
**水库根据地质勘查揭露：坝体填筑土为粘土质砂，填筑土较为疏松，坝体填筑土渗透系数K=5.94×10-4cm/s，填筑土透水性为中等透水性，不能满足现行规范规定的防渗要求。坝体地质病险类型主要为土石坝坝体渗漏型，病险部位为坝体全部。
针对工程存在的渗漏隐患，结合目前比较常用的防渗加固技术，采用以下几种防渗方案进行比较。
方案1：采用坝前坡铺设复合土工膜对坝体进行防渗加固。
方案2：采用30cm厚多头水泥土搅拌桩对坝体进行防渗加固。
各方案主要优缺点比较如下表
通过比较，方案1比方案2的投资低，，但是由于大坝河床段死水位至坝趾之间高程约5.5m，如采用复合土工膜对大坝坝体进行防渗加固，复合土工膜需铺设至坝趾，则施工时需设置高围堰进行施工，增加了施工的难度，且不利于施工进度的完成；方案2中，多头水泥土搅拌桩对土质坝的防渗效果较好，且投资低，经过地质勘测及多个工程经验上看，防渗效果可行。因此，本次除险加固设计结合本工程存在的问题，推荐采用方案2即采用30cm厚多头水泥土搅拌桩对大坝坝体进行防渗加固处理。
1.水泥土搅拌桩的搭接布置
2.水泥土搅拌桩设计施工参数
为保证水泥土防渗墙施工安全和防渗质量，施工宜在库水位低时进行。水泥土防渗墙采用多头小直径深层搅拌桩技术施工，并按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）进行，墙体固化剂采用PO32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量（占天然土重的百分比）为8%~15%，水泥浆水灰比一般选用0.45~0.55，设计控制指标为：水泥土防渗墙无侧限抗压强度大于0.3MPa，墙体结实但轴抗压强度大于1.0MPa，允许渗透比降大于50，破坏渗透比降大于200，水泥土防渗墙渗透系数小于A×10-6cm/s （1 3.施工中注意事项
3.1水泥浆必须充分拌合，不得离析，奖掖的存放时间为：气温在10度以下时不超过5h，气温在10度以上时不超过3h。浆液存放超过有效时间后必须按废浆处理，不得继续使用；
3.2喷浆下沉和上升的速度必须符合施工工艺要求，必须有专人记录，深度记录误差不得大于5cm，时间记录误差不得大于5s；
3.3攪拌桩的垂直偏差不得超过1%；桩位的偏差不得大于50mm；成桩直径不得小于设计值。
3.4相邻桩段施工相间隔时间如超过24h，接头可采用对接或搭接的办法进行,如与相邻桩无法搭接时，应采取局部补桩或注浆等补强措施；
3.5防渗墙应在成墙后15天内，按每100m墙长在墙的一侧开挖检查一次，开挖深度2~3m，长度5m左右进行检查，合格标准：墙体外观质量好，无蜂窝与孔洞，墙厚与桩间搭接满足设计要求，成墙整体性好。
结束语
工程施工的过程中对深厚的软土进行地基处理，水泥搅拌桩的施工工期短、无公害、成本低、无大量废土外运，很适合堤岸基础加固或在基坑开挖时临时挡土。该施工方法在施工过程中无振动、低噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 陶秀玉,安学军,杨小凤,李勇,向东. 搅拌桩防渗墙试验研究[A]. 山东水利学会第八届优秀学术论文汇编[C]. 2003
[2] 郭建军. 水泥土搅拌桩沉降变形分析[D]. 吉林大学 2006
[3] 林浩. 堤防水泥搅拌桩防渗墙施工工艺及质量控制[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2008(05)
[4] 高春宝. 水泥搅拌桩地基处理技术在小河口泵站中的应用[J]. 水科学与工程技术. 2010(05)
关键词：水利工程 水泥搅拌桩 软基处理
中图分类号：TV文献标识码： A 文章编号：
前言
水泥搅拌桩在软土基础处理应用方面,技术上完全可行、成熟,质量是可靠、有保证的；既能有效地加固软土基础,满足防洪工程、河涌整治的建设标准, 又在一定程度上节约建设投资。同时, 由于水泥搅拌桩的施工过程中无振动、无噪音、无污染,对邻近建筑物及周围环境影响较小。当然,水泥土搅拌桩的设计指标还需进一步优化,施工中还缺少现代化监测设备,不利于施工过程的数据化控制。
一、水泥搅拌桩技术
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化主剂，通过各种深层搅拌机沿深度方向将软土与固化剂（例如水泥浆或水泥粉、石灰粉、粉煤灰），外加一定量的掺合剂就地进行强制搅拌，使土体与固化剂发生物理化学反应，形成具有一定整体性和一定强度的水泥土加固体，使软土硬结，从而提高地基强度，并有效地控制水泥搅拌桩的成桩质。水泥搅拌桩是处理软土地基的常用方法之一，水泥搅拌法使水泥搅拌桩与天然地基组成深层搅拌桩复合地基。与其他施工方法相比较，水泥搅拌法具有施工工期短、无公害、成本低等特点。其成桩工艺主要包括以下三种：
1水泥浆液搅拌法：先在地面把水泥制成水泥浆，然后送至地下与地基土搅和，待其固化后，使地基土的物理力学性能得到加强。
2水泥粉搅拌法：采用压缩空气把干燥，松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和，利用地基土中的孔隙水进行水化反应后，再行固结，达到改良地基的目的。
3夯实水泥土桩法：选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在地基外充分拌合均匀成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩，其强度增量主要取决于水泥的胶结作用。
二、水泥搅拌桩的施工流程
1、施工准备
1.1平整场地。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，特别是大块石、树根和生活垃圾等，并对施工场地进行平整压实，当场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。
1.2做好配比工作。采集相应工点土样，当存在成层土时应采集各层土样，进行室内配比试验，测量各水泥土试块不同龄期、不同水泥掺入量，寻找满足设计要求的最佳水灰比，同时水泥搅拌桩应采用经检验合格的普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。
1.3设备工具的检验。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织联合检查验收合格后方可开钻。
1.4配套设备的准备。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，每天收集电脑记录一次。
2、施工工艺流程
现在水利工程中水泥搅拌桩技术常采用跳打法工序、四搅两喷法施工，具体流程如下：
2.1放线定位。根据已测放控制点,向施工方向逐孔测各桩位,为防止施工时被破坏,每次计划测放20 个孔位,满足1d 的施工需要,各桩位用钉入土中的竹签定位,桩孔间距必须满足设计要求。
2.2钻机定位。搅拌机到达指定桩位后,使中心管垂直对准测放点,垂直度偏斜不超过1%,钻机安放稳定,设备保持水平,钻机主轴垂直度误差≤1%。
2.3预搅下沉。搅拌机的冷却水循环正常后,启动电机,待搅拌头转速正常后放松起吊钢丝绳,使搅拌机沿导向架边搅拌边下沉,下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制。
2.4灰浆配制输送。搅拌机预搅下沉同时, 开始按设计水灰比拌制水泥浆（水灰比为0.5）；搅拌灰浆时,应先加水然后加水泥及添加剂,每次灰浆搅拌时间不得少于2 分,将水泥浆充分拌匀；压浆前将水泥浆滤筛,剔出水泥硬块,然后将灰浆倒入集料斗中。
2.5提升喷浆搅拌。搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵将水泥压入地基中,先在桩底持续搅拌30s,以保证桩底部质量,再按试验确定的提升速度边喷浆边提升搅拌机,使浆液和土体充分拌和,至超过桩顶高程0.5m 后,停止喷浆,保证桩头均匀密实,此时集料斗内的灰浆应要全部排空。
2.6重复搅拌下沉和提升。为使软土和浆液搅拌均匀,再次向集料斗内倒入水泥浆,并将搅拌机下沉,至设计要求深度后,再将搅拌机边搅拌边喷浆提升出地面。搅拌机提升至-1.5m 高程时,关闭灰浆泵,将搅拌机提升出地面。该过程水泥的供应量必须连续,一旦因故中断,必须将搅拌头下沉到停浆面以下0.5m 处, 待恢复供浆后再搅拌提升,以防断桩。
2.7清洗。向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中的残存的水泥浆,至基本干净,并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。
2.8钻具提升至地面后,钻机移位对孔,按上述步骤进行下一根桩的施工。
三、水泥土搅拌桩在工程实例上的应用
**水库根据地质勘查揭露：坝体填筑土为粘土质砂，填筑土较为疏松，坝体填筑土渗透系数K=5.94×10-4cm/s，填筑土透水性为中等透水性，不能满足现行规范规定的防渗要求。坝体地质病险类型主要为土石坝坝体渗漏型，病险部位为坝体全部。
针对工程存在的渗漏隐患，结合目前比较常用的防渗加固技术，采用以下几种防渗方案进行比较。
方案1：采用坝前坡铺设复合土工膜对坝体进行防渗加固。
方案2：采用30cm厚多头水泥土搅拌桩对坝体进行防渗加固。
各方案主要优缺点比较如下表
通过比较，方案1比方案2的投资低，，但是由于大坝河床段死水位至坝趾之间高程约5.5m，如采用复合土工膜对大坝坝体进行防渗加固，复合土工膜需铺设至坝趾，则施工时需设置高围堰进行施工，增加了施工的难度，且不利于施工进度的完成；方案2中，多头水泥土搅拌桩对土质坝的防渗效果较好，且投资低，经过地质勘测及多个工程经验上看，防渗效果可行。因此，本次除险加固设计结合本工程存在的问题，推荐采用方案2即采用30cm厚多头水泥土搅拌桩对大坝坝体进行防渗加固处理。
1.水泥土搅拌桩的搭接布置
2.水泥土搅拌桩设计施工参数
为保证水泥土防渗墙施工安全和防渗质量，施工宜在库水位低时进行。水泥土防渗墙采用多头小直径深层搅拌桩技术施工，并按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）进行，墙体固化剂采用PO32.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量（占天然土重的百分比）为8%~15%，水泥浆水灰比一般选用0.45~0.55，设计控制指标为：水泥土防渗墙无侧限抗压强度大于0.3MPa，墙体结实但轴抗压强度大于1.0MPa，允许渗透比降大于50，破坏渗透比降大于200，水泥土防渗墙渗透系数小于A×10-6cm/s （1
3.1水泥浆必须充分拌合，不得离析，奖掖的存放时间为：气温在10度以下时不超过5h，气温在10度以上时不超过3h。浆液存放超过有效时间后必须按废浆处理，不得继续使用；
3.2喷浆下沉和上升的速度必须符合施工工艺要求，必须有专人记录，深度记录误差不得大于5cm，时间记录误差不得大于5s；
3.3攪拌桩的垂直偏差不得超过1%；桩位的偏差不得大于50mm；成桩直径不得小于设计值。
3.4相邻桩段施工相间隔时间如超过24h，接头可采用对接或搭接的办法进行,如与相邻桩无法搭接时，应采取局部补桩或注浆等补强措施；
3.5防渗墙应在成墙后15天内，按每100m墙长在墙的一侧开挖检查一次，开挖深度2~3m，长度5m左右进行检查，合格标准：墙体外观质量好，无蜂窝与孔洞，墙厚与桩间搭接满足设计要求，成墙整体性好。
结束语
工程施工的过程中对深厚的软土进行地基处理，水泥搅拌桩的施工工期短、无公害、成本低、无大量废土外运，很适合堤岸基础加固或在基坑开挖时临时挡土。该施工方法在施工过程中无振动、低噪声、无地面隆起，不排污、不污染环境，对相邻建筑物不产生有害影响，具有较好的综合经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 陶秀玉,安学军,杨小凤,李勇,向东. 搅拌桩防渗墙试验研究[A]. 山东水利学会第八届优秀学术论文汇编[C]. 2003
[2] 郭建军. 水泥土搅拌桩沉降变形分析[D]. 吉林大学 2006
[3] 林浩. 堤防水泥搅拌桩防渗墙施工工艺及质量控制[J]. 建材与装饰(中旬刊). 2008(05)
[4] 高春宝. 水泥搅拌桩地基处理技术在小河口泵站中的应用[J]. 水科学与工程技术. 2010(05)