水泥搅拌桩防渗墙质量控制研究

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摘要:文章论述了小直径水泥搅拌桩在堤防防渗工程中的运用。现场监理人员应如何控制工程施工质量，以及如何简易、快速的计算出每米水泥的掺入量、泥浆比重、每米水泥浆的用量、每公斤水泥可拌制水泥浆的量等参数，为小直径水泥搅拌桩防渗墙的施工质量控制提供监理经验。

关键词:小直径;水泥搅拌桩;防渗墙;质量控制;参数计算

1工程概况、设计指标

1)黑龙江省松花江干流治理工程施工第四标段小直径深层水泥搅拌桩防渗墙防渗处理10处，总长度3350m，共56318m2。布置在桩号59+600－59+800、70+600－70+900、71+200－71+800、71+800－72+400、72+400－72+900、73+900－74+050、74+700－75+000、76+300－76+600、76+600－76+800、76+800－77+000。2)小直径深层水泥搅拌桩防渗墙采用42.5号普通硅酸盐水泥，要求防渗墙厚度≥30cm，抗压强度≥1.0MPa，渗透系数＜A×10－6cm/s(1＜A＜10)，渗透破坏比降＞200，水泥掺入量7%－20%，实际打桩时根据试验确定。3)设计水灰比取值范围为0.8－2.0，实际情况可根据土料性质、孔隙率、土层含水量及室内试验数据初步确定水灰比，施工时应根据现场实际情况修正后确定最终水灰比。4)桩与桩的交合搭接长度≥5cm，且垂直偏差≤0.3%。5)如果施工过程中因特殊情况而造成停浆的，应如实记录停浆原因、时间和深度。若中断供浆后24h内恢复输浆，重新喷浆时应将桩机钻头下沉到停浆面以下50cm处喷浆并搅拌;如果停止供应水泥浆液超过24h的，则应按施工缝进行处理，即和前一根桩进行对接，待墙体具有一定强度后，先在接头处钻孔，然后再灌注水泥浆进行连接处理。6)防渗墙检测应按《深层搅拌法技术规范》(DL/T5425—2009)规定的检测方法和质量检验标准进行。

2监理审查开工条件及控制程序

1)监理督促施工单位对原材料进行取样试验，经有资质的单位检验合格后方可在本工程中使用，监理进行平行试验。2)施工单位先确定室内试验参数，然后再上报试打桩方案。3)根据试打检测结果上报打桩工艺方案，监理进行审查、批复。4)承包人必须根据监理批准的施工方案组织技术交底和施工。5)测量控制网点移交。6)督查施工单位的人员、材料、机械设备、施工措施、环境等方面的落实情况。7)下达工程开工令。

3施工过程控制

3.1桩(孔)位、桩直径、桩机架垂直度等质量控制1)承包人应及时向监理机构上报测量放线结果，监理工程师及时审查、复测，复测合格后才能同意进入下道工序施工。2)桩机就位或开转前，施工单位质检员、机组负责人、各操作工人必须到位，不然不得开工。3)监理机构督促施工单位定期检查、维护机械设备，发现问题时要求施工单位及时处理或更换零件。每个班次应对搅拌钻头外径进行检测，凡桩径负偏差大于3%的必须更换，对生产不到一个班次就磨损达4%的搅拌钻头不得使用。4)监理应随时检查、测量桩(孔)位及桩架垂直度，并把桩(孔)误差控制在20mm范围内，桩架垂直度误差控制在0.3%以内，若超出偏差范围则不得开工或立即停止钻进进行调整。3.2浆液质量控制3.2.1原材料质量控制监理应要求施工单位建立原材料理化检测、进场报验和使用登记制度。本工程使用的袋装水泥，施工单位自检按同批次、同品种、同规格每200t取样检验一次，不足200t的也应取样检验。施工中，监理对承包人的自检进行见证取样、送样封存，凡是见证取样、送样封存的应在送检单上签字确认;同时结合监理取样平检进行复查，监理平检取样频率为施工单位的5%，对于不足200t的也应抽样试验。本工程所使用的水泥不得超过3个月，且施工过程中不得有结块现象。任何未按合同规定的程序、方式、方法、检测项目、检测频率取样检验的材料和经验测不合格的材料，均不得在本工程中使用。3.2.2浆液性能控制水泥浆的配制按试打桩方案中的参数且经监理工程师审核批准的配比数据执行。水泥称量误差控制在1%之内，每次调配的水泥浆均须用比重计测定其比重，并作好记录。水泥浆液使用过程中应不间断搅动，保证其均匀性，避免沉淀。水泥浆存放温度和使用的有效时间应符合如下规定:①水泥浆温度宜控制在5－40℃范围内;②当气温＜10℃时，不宜超过5h;③当气温＞10℃时，不宜超过3h。施工中有超出以上规定的应按废水泥浆处理。3.3施工工艺控制1)本工程选用单头钻机，钻头直径为450mm，钻头直径叶片每班次或每单元均进行检测一次，偏差控制在负3%以内。根据设计要求计算出桩间搭接长度≥12cm，即桩钻孔圆心距为33cm。2)本工程钻进(或提升)速度控制在1.0－1.2m/min，输浆量35－45L/min。实际施工中钻头下沉速度、提升速度、搅拌次数应符合试打桩方案确定的并经监理工程师批准的施工工艺要求，偏差控制在5%以内。3)当桩机钻头钻进到设计深度后，应保证在桩底喷浆并搅拌≥30s，使水泥浆完全且均匀达到桩端，确保桩端头质量;实际打桩时停止喷浆面应高出设计桩顶标高50cm，但是当喷浆口提升到设计桩顶标高时，应停止提升，保证正常喷浆并搅拌10s以确保桩顶质量。4)水泥浆使用过程中应严格过滤，保证其质量。喷浆压力应稳定在0.4－0.7MPa，且喷浆过程必须连续均衡。如果水泥浆因故中断供应，应及时查明原因并将喷管下沉至停供点以下50cm，待恢复供浆时再旋喷提升。当停止喷浆超过30min时应对喷浆泵和输浆管路进行清洗。5)打桩中监理人员应随时检查水泥浆质量和比重(≤0.02g/m3)、桩(孔)位偏差(≤20mm)、垂直度(≤0.3%)、桩深(不小于设计深度)、各种自动记录仪器和施工人员记录的数据应真实、准确、可靠，并保证其及时性、连续性、完整性。3.4小直径深层水泥搅拌桩防渗墙接头部位质量控制以及施工不良的情况处理1)桩间先后搭接时间不应超过24h，如因特殊情况超过24h时应对此桩先进行空钻留出榫头作为施工缝处理。如果中断施工时间过长，与其后续桩无法搭接，承包人应上报处理方案并得到监理工程师核准后，才能采用局部补桩或注浆办法。2)在打桩过程中，若碰到地下管涵、电缆、漂石等构筑物或障碍物时，应及时查明详细情况，在其两边的搅拌桩完成后，采用高压喷浆法或其他处理方法对其周围及上下地层进行封闭，确保防渗效果。3)在打桩过程中假如出现大量溢浆情况，则应在保证水泥掺入量的前提下适当变动水灰比、输浆压力、下沉速度。如经上述调整仍然达不到设计或规范要求，则施工单位应及时报告监理机构，必要时由设计方提出处理方案。4)假如在打桩过程中出现钻头未达到设计深度、旋转速率过快或过慢、提升过快等不良情况，均作为不合格桩，必须重新补孔打桩，补浆办法和补桩情况应及时报监理工程师审批。5)承包人不论何种原因造成桩的误差超过设计或规范要求时都必须加补搅拌桩或采取其他工法补桩，加补工艺必须报监理工程师审批。3.5施工及监理记录1)在施工过程中，承包人应按规范要求批准或监理统一制定的表式记录打桩过程，记录应保证及时性、有效性、真实性。桩高程记录误差不得超过10cm，钻头下沉速率和提升速度记录误差不得超过5s。2)现场监理人员应及时检查工程质量情况并按监理记录表要求填写打桩记录，同时对相关参数进行平行检测、记录。

4水泥掺入量、水泥浆比重等参数的确定

4.1计算理论1)土的质量根据勘探报告数据取值，如无勘探数据(土的质量一般为1.6－2.0t/m3)，工程中常取1.8t/m3;水泥掺入量=土的质量×水泥掺入量百分比(t/m3)。2)每米水泥用量=水泥掺入质量×桩截面积×1m(单桩截面积=πR2)。3)水泥浆比重=水泥浆质量÷水泥浆体积4)每米段水泥浆用量=每米水泥用量×水泥浆单位体积4.2本工程示例1)本工程水泥掺入量为14%，土质量取1.8t/m3，水灰比取1.0，单头小直径钻机，桩直径450mm。2)水泥掺入质量=1.8×14%=0.252t/m3=252kg/m3;3)换算成每米水泥用量=252×(3.14×0.225×0.225)×1=40.06kg4)水密度取1t/m3，水泥密度取3t/m3。当水灰比为1.0时，水与水泥混合物质量=1+1=2t，水与水泥混合物体积=1/1+1/3=1.333m3，所以水泥浆密度=2/1.333=1.500t/m3。5)每米段水泥浆用量=40.06×1.333=53.40L6)结论:当水泥掺入量为14%、土质量1.8t/m3、水灰比为1.0时，水泥浆比重为1.500g/cm3，每米(按桩深方向)水泥用量为40.06kg，每米段水泥浆用量为53.40L;1kg水泥可以拌制水泥浆1.333L，即1t水泥可拌制水泥浆1.333m3。

5质量检验和实验检测成果剖析

5.1质量检验

1)施工前在桩中心插桩位标，施工后将其复位，以便验收，桩位偏差不超过20mm。2)桩顶(底)高程根据钻杆入土深度及平台高程测量、推算，本工程桩顶高程均超过桩顶设计标高0.5m，桩底标高均不应高于设计高程。3)施工前，每根桩均用线垂或测斜仪检查导向架和搅拌轴的垂直度，偏差不均未超过0.3%。4)墙体连续性、渗透系数、抗压强度、墙体厚度检测频率为300m－500m取样一组，采取开挖检查和钻孔取芯。

5.2检测实验结果剖析

成桩28天后，对墙体进行开挖检验，墙体无蜂窝、孔洞现象，墙体连续性、成墙最小厚度、墙体搭接尺寸、桩位偏差等指标均要满足设计要求。施工单位自检水泥土抗压强度12组，检测数据在2.4MPa－4.3MPa范围内;监理单位抽检3组，检测数据在1.9MPa－2.6MPa范围内。水泥土抗渗施工单位自检13组，检测数据在5.34×10－7－6.08×10－7cm/s范围内;监理单位抽检3组，检测数据在3.35×10－7－3.67×10－7cm/s范围内。根据检查、检测试验，可以得出工程质量满足设计规范要求，参数确定正确可行。

6结语

小直径深层水泥搅拌桩防渗墙水泥掺入量、水泥浆比重等参数的确定是以单头钻机施工为基础的，每幅桩的截面积为πR2。如果采用同轴双头钻或同轴多头钻时每幅桩的截面积应扣除双头或多头的交叉面积，即采用SMW工法计算每幅桩的截面积，但此法计算比较繁杂，为有效截面积理论计算参数，未考虑工程地质条件的复杂性、施工的称量误差、施工损耗、以及冒浆浪费等。所以建议在实际施工中，同轴双头钻(或同轴多头钻)每幅桩的截面在单头桩截面积基础上直接乘以倍数，即双头桩截面积为2πR2(多头钻桩截面积为nπR2)，不扣交叉截面积。此法虽然与采用SMW工法计算数据相比稍大，成本相对较高，但是从监理控制和确保工程质量角度出发，更能保证工程质量。

作者:陈勇 单位:江苏淮源工程建设监理有限公司

参考文献:

［1］韩震，王廷华，周北才.水泥搅拌桩防渗技术在黄家河水库的应用［J］.山东水利，2010(08):36－37.