南水北调引江济汉东荆河马口橡胶坝工程位于位于东荆河（右堤）桩号112+700处，马口橡胶坝工程是东荆河中游干流上的雍水工程，通过马口橡胶坝引水灌溉100万亩，设计引水流量277.1m3/s。马口橡胶坝Ⅱ等大（2）型，主要建筑物（橡胶坝段及充排水泵房）为2级，其它次要建筑物为3级，临时工程为5级。

 

　　该橡胶坝设计正常蓄水位25.943m，塌坝水位26.55m。橡胶坝设计内压比为α=1.30，橡胶坝强度设计安全系数Kc≥6.0。

 

　　马口橡胶坝主要建筑物包括两大部分，即橡胶坝工程及充排水泵房。根据所选坝址处地形，主河槽基本位于河道中间，拟将橡胶坝布置在主河槽上。为保证过坝水流平顺、流量分布均匀，总体布置时使坝轴线与河槽中心线正交，坝中线与河道中心线基本重合。橡胶坝采用2跨枕式结构，总宽为170m，坝袋长度2×84.25m，中墩厚1.5m。中墩顶高程28.50m，边墙顶高程28.20m，设计蓄水位25.943m，坝底板顶面高程为21.70m，高于河床0.3m左右，坝高4.5m。

 

　　马口橡胶坝的底板顶高程为21.70m，坝址区地层从上至下分别为：①砂壤土、②粘土、③壤土、④粘土、⑤壤土及⑥粉细砂。坝基座落在②和③层上，其承载力标准值为fk=115～130kPa，坝基地层承载力较低，地层复杂，呈软-可塑状，软弱不均，层厚变幅大，存在坝基不均匀沉降变形稳定问题，坝基下的②和③层为粘土和壤土层，在河床坝段直接出露于河底。渗透系数渗透系数k=1.1×10-6cm/s，属弱偏微透水性土层。

 

　　抗滑稳定计算时，坝基壤土与混凝土的摩擦系数f=0.26，粘土与混凝土的摩擦系数为f=0.25。

 

　　地基处理项目主要工作内容为：设计采用水泥土搅拌桩法对坝基进行加固处理，设计工程量1.7115万米。

 

　　水泥土搅拌桩施工是在基坑内覆盖层粉细砂地质条件下进行的，坝基建筑物底部粉细砂层呈中密状态，作为天然地基不能满足泄水闸闸基底应力要求，承载力偏低，且在坝投入使用后存在基础液化可能，须对地基采取加固处理，设计方案中在坝底板采取水泥土搅拌桩形式处理。搅拌桩直径500mm，均采用纯水泥浆液搅拌，桩中心距1000mm，呈梅花型布置。为保证橡胶坝基础塑性混凝土与覆盖层具有相近的物理弹性模量，在外力作用下发生相同的形变，避免较大的相对位移、沉降，及防止液化造成坝结构的破坏，该工程对水泥掺入量、各种设计指标有很高的要求。设计指标为：

 

　　（1）桩身28天无侧限抗压强度不低于1800KPa。

 

　　（2）复合地基承载力不小于145Kpa；

 

　　（3）单桩承载力不小于110KN。

 

　　2水泥土水泥掺入量配比确定

 

　　水泥土搅拌桩水泥采用强度等级为PO42.5的普通硅酸盐水泥，根据设计要求，在进行生产性试验施工前，委托具备相应资质的试验机构进行室内配合比试验。配比试验主要以现场原状土按不同浆液比级、不同水泥掺入量进行配比试验。第一次试验掺灰量不小于15%的设计要求，选定15%、18%、二种掺灰量进行试验配比，试验结果见表1。

 

　　室内进行原状土湿密度为1.9g/cm（取样部位为地下水位上部），1：l水灰比下的二种水泥掺人量的配比试验（见表1）。试验成果表明：掺灰量为15%时各项指标满足设计要求，并经监理部门批准后在生产性试验施工中使用。

 

　　施工前，根据试验室配比在施工区进行了生产性试验桩施工，此次进行了15%、18%二种掺灰量试验，在试验施工完成28天后，委托委托具备相应资质的试验机构于2012年1月18日开始对试验桩进行了开挖检查。经观测，桩体无蜂窝、孔洞现象；桩体均匀、颜色均匀；成桩性良好，质地较硬密实；经检测桩体最小厚度、桩位偏差等均满足设计要求。试验结果见表2。

 

　　根据试验结果，在掺人量为15%时，其指标满足设计要求。将试验结果报监理部门后，选定为1：1水灰比掺灰量15%为施工参数。

 

　　3工艺试验

 

　　在室内配比试验完成的前提下进行水泥土搅拌桩工艺试验，工艺试验的目的是验证并确定设汁提出的施工技术参数和要求，验证所选用的施设备和施工工艺对该工程地质条件的可行性和施工质量的町靠性，根据实际工效调整、优化资源配置。通过试验确定了以下满足设计要求的各种施工参数：

 

　　a.灰浆水灰比l：1、水泥掺入比20%（重量比）。

 

　　b.防渗形式、桩抗渗性、桩体强度、渗透系数等指标均满足设计要求。

 

　　e.搅拌桩机搅喷次数和提升速度。采用四搅二喷、三轴喷浆，下沉提升速度不大于67era/rain（试验表明：下沉提升速度对浆液注入量有直接关系，应根据每

 

　　个注浆泵输浆量确定下沉提升速度）。

 

　　d.灰浆泵输浆量。完全满足在下沉提升时水泥掺入比的要求。

 

　　g.灰浆经浆管到达喷浆口的时间。经测量，浆液到底喷浆口时间不大于45s。

 

　　f.桩间切割最大允许间隔时间。试验表明：最大切割时间为22h。

 

　　g.桩头开挖方法及时问。28天龄期后，采用挖掘机结合人工方式进行开挖，在检查桩体边侧位置开挖时，其外观检查符合设计要求；桩头部分强度值较高，根据试验结果，7天后进行开挖。

 

　　h.机械选型。由于该项目最大有效桩长15.5m，考虑空桩预搅部分，最大桩长不超过17.Om，试验选用PH-5搅拌桩机，其轴动力、提升下沉、轴距、钻头直径、转速、浆液输送等各项性能完全满足最大桩长下施工要求。工艺试验主要选择三轴喷浆、两轴喷浆及单轴喷浆施工格栅三种形式进行。经各项检查后，以上几种试验桩均满足设计及规程规范要求。

 

　　4水泥土搅拌桩施工

 

　　4.1场地平整与布置

 

　　机械设备进场前的场地平整，主要包括平整场地（高挖、低填、软垫）、清除障碍（地上、地下）、布置排水沟和集水井以及修建供水供电设施、施工道路等（见图3）。当场地表层较硬需注水预搅施工时，应在四周开挖排水沟，并设集水井，其位置以不影响深层搅拌桩机施工为原则。排水沟和集水井应经常清除沉淀杂物，保持流水畅通。主排水沟设在闸室上游侧，其他区域设辅助排水沟将水集中排至主排水沟，由主排水沟汇流至集水井后统一外排，集水井设在闸室、上游围堰之间。当场地过软不利于深层搅拌桩机行走或移动时，

 

　　应铺设粗砂或碎石垫层，也可铺设钢板。施工平台高程误差控制在±15cm之内。在主场地之外设置后台（用作灰浆台），用于临时存放水泥及制浆设备，灰浆的水平输送距离控制在50m以内。

 

　　4.2测量放线

 

　　按每根桩位置进行现场测量放线，定出每一个桩位，均要作出明显标志，加以妥善保护。具体方法如：

 

　　a.按设计蓝图给出的坐标控制点采用全站仪引至施工现场控制点，由现场控制点放线确定出每个施工部位轮廓，轮廓点采用木桩定位，沿定位桩拉线后采用长度不小于50m钢卷尺量测出每一根搅拌桩桩位中心，再打木桩作出标记。放线完成后，由现场监理工程师按设计图纸进行检查验收。

 

　　b.单排联体、单桩桩位偏差控制在±5cm之内。

 

　　4.3水泥浆液制备

 

　　深层搅拌机具备开始施工条件时，后台按要求拌制水泥浆液。

 

　　4.4预搅下沉

 

　　启动深层搅拌机电机、放松钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌下沉，下沉速度由电器控制装置的电流监测表控制，工作电流不应大于额定值。

 

　　4.5喷浆搅拌

 

　　在下沉时，升启灰浆泵输送水泥浆液，开始喷浆（或喷水），待搅拌、喷浆至孔底30s后，再按试验确定的提升速度边喷浆边提升搅拌机。重复以上工序完成二次喷浆四次搅拌。

 

　　5水泥土搅拌桩施工专项技术措施

 

　　a.深层搅拌机下沉时，开启灰浆泵输送水泥浆液，待搅拌、喷浆至孑L底30s后，再按设计确定的提升速度边喷浆、边提升搅拌机。第一次下沉和提升搅拌机时均匀喷浆，两次喷浆量为60%；重复搅拌机下沉、提升并喷浆，喷浆量为40%，提升完成后该桩搅拌方告结束（多排联体桩浆液溢出孔口方可结束）。每次下沉和提升喷浆时均距地面以下40cm。结合工艺试验及水泥掺人量情况，搅拌机下沉、提升速度控制在0.2～1.5m∕min。

 

　　b.搅拌中遇有硬土层，搅拌钻进困难时，鹰启动加压装置加压钻进或采用冲水下沉搅拌。采用后者钻进时，喷浆前应将输浆管内的水排尽。

 

　　c.搅拌桩机喷浆时应连续供浆，上提喷浆时因故停浆，须立即通知操作者。此时为防止断桩，应将搅拌桩机下沉至停浆位置以下0.5m（若下沉时则应提0.5m），待恢复供浆时再喷浆施工。因故停机超过3h，应拆卸输浆管，彻底清洗管路。发生提升困难时，中间轴喷风、两侧轴喷水，以达到减小土体密度、摩擦力等作用，待处理完毕后，喷头重新下沉至事故点以下0.5m重新喷浆。

 

　　d.当喷浆口被提升到桩顶设计标高时，停止提升，搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。

 

　　e.施工时，停浆面应高出桩顶设计标高0.3m，扦挖时再将超出桩顶标高部分凿除。

 

　　f.桩位控制。按单元划分表（图）进行指导施工，并下发至现场值班员、每个施工班组，通过单元划分表控制每根桩的桩顶、桩底高程，每完成一根桩或一组桩后即在单元划分图上标注，工程部现场值班员按图跟踪检查，并做到每完成一根桩或一组桩后即在施工进度图上标注，通过以上控制，有效杜绝了漏桩现象。

 

　　g.水泥控制。搅拌桩的主要原材料为水泥，控制好水泥用量即基本控制住了质量及成本。该项目按设计要求，桩顶0.8m需要凿除，也就造成了此部分水泥浪费，质检员严格控制水泥浆液密度，防止因密度过大造成水泥浪费；严格物资采购制度，进场水泥必须通过验收点数后方开具收货单；对施工机组操作人员移机不停浆现象，发现后根据项目管理条例进行处理；施工中遇见硬层进尺慢或不进尺时，先采用喷水搅拌，通过硬层后重新喷浆施工。通过以上措施，有效地解决了水泥浪费现象，保证了施工质量及成本在可控范围内。

 

　　6桩头开挖

 

　　根据设计技术要求及现场搅拌桩施工实际情况，考虑到桩体强度较高、搅拌桩施工机械工作面问题等因素，桩头清除部分待单元搅拌桩工程施工完毕28天所有检测项目合格后，进行桩头凿除。在桩问粉细砂开挖完成后，根据施工区测量控制点，利用水准仪对每根桩凿除底部高程部位进行测量放线，并做好明显的标识。分两次凿除桩头：第一次凿除40cm，采用轻型挖掘机进行；第二次凿除至设计桩顶高程，采用风压不超过4.OMPa空压机风镐及电动风镐人工凿除桩头。分层凿除，每次不超过lOem依次进行，严格控制设计桩头高程。不得因此造成减少有效桩长。如造成有效桩头减少而达不到设计要求时，采取与设计要求指标相同的砂浆填充。

 

　　7搅拌桩施工的难点及解决方法

 

　　由于各种因素，搅拌桩现场控制非常困难，如果失控极易成为“水货桩”，造成工程质量低下甚至工程失败，故水泥土搅拌桩也有人称之为“臭名昭著”的施工工艺，国内多个地区已经明令禁止采用此工艺。该工程的解决方法如下。

 

　　7.1设备选型方面

 

　　马口橡胶坝为密实细颗粒状粉细砂，含泥量较少，局部夹板结状泥质透镜体。由于粉细砂地层遇浆、水自密性较强，产生胶结板结状况，搅拌桩机在提升过程中遇到了较大的阻力，致使提升困难、频繁铸钻、发生掉钻头事故（试验施工中，由于以上原因，致使提升链条拉断、桅杆顶部折弯、传送力能轴及连接八爪断裂），相应施工功效低下。针对此因素，项目部对国内深搅没备进行系统全面的考察。考察发现，目前国内链条式深搅机的功率普遍达不到在该项目施工的要求，具体表现为：主动功率均偏小、传送力能的传动轴及连接八爪材质较差、提升能力不能满足在粉细砂中施工。为此，项目部根据考察、现场试验结果，选用了钢丝绳式两轴深搅机、单轴链条式桩机施工格栅桩，单桩、相切桩采用单轴链条式桩机，较好地解决了地质施工难点。另外，通过考察发现，国内生产的SWM工法桩机也适应陔项日砂层中施工，但由于施工单价偏高，考虑成本压力未子选用因此.在以后类似项目中，建议根据地质条件选择施工设备。

 

　　7.2施工措施方面

 

　　一般深层搅桩机适应松散的土层，在砂层中施工本身就存在一定的难度陔项目为粉细砂地层，施工中受粉细砂遇浆水板结、胶结.摩擦力、附着力、阻力增大等影响，在深搅桩机提升过程中电流经常超过额定电流，粉细砂层成桩后变为r“水泥砂浆”桩体。项目部经积极探求，采取了以下解决方案：

 

　　a.对深搅设备钻头进行了改进，由以前平面搅拌叶片改进成30。左右倾斜角度，以减少钻头在粉细砂中

 

　　自身的阻力，并在两轴夹板上部加焊搅拌叶，通过切削砂体来减少两轴轴夹板上提时带来的阻力。

 

　　b.对没备桅杆进行加固，以防止提升力过大造成桅杆折弯。

 

　　e.对搅拌桩机易损部件多加备库，防止因设备损坏造成停等时间过长

 

　　d.对于硬质土层难以钻进时，在喷水泥浆以前先喷水将原始地层搅拌松散后再进行喷浆作业。

 

　　e.施工前有针对性地进行工艺性试验，摸索适应粉细砂中深搅施工的工艺及设备适应能力。受高温影响，桩体初凝较快，设备故障后不能连续施工时，格栅桩搭接将不能实现（设计要求桩体搭接15era）.为此，经过与没计、监理部门沟通，对于个别不能实现搭接的桩体采用相切形式连接，并在相切桩体一侧进行补桩

 

　　8施工现场的控制

 

　　该工程由于深搅工程量较大，共由6088万根桩组成，施工高峰时，现场布置了10余台深搅桩机，这就对现场施工安排、质量控制提出了较高的要求，稍有疏忽即可能发生漏桩、问题桩，且如果安排不当，将出现设备停工等窝工现象。项目部首先对每台桩机进行编号，按每台桩机排定进度计划，并建立项目经理、副经理值夜班制度，每天早晚由一位经理在现场召开由工长、机班长、施工员、质检员参加的班前会，对当班出现的突发情况重新进行安排部署，由于措施得当、安排合理，施工中基本未出现窝工现象。为保证不出现漏桩、问题桩，对每一根桩均设立了“身份证”台账，每完成一根桩均要记录在案、有据可查；绘制每一个单元部位的详图，做到完成一根桩涂黑一根，对质检员、监理认定的问题桩作出涂红记录，处理完成后在台账中记录。施工中杜绝了漏桩情况，问题桩均得到了妥善处理。针对机组搅拌桩施工人员质量意识淡薄的情况，一名值班丁程师安排了两台机组，责任到人，从搅拌桩深度、直径、搅拌次数、浆液密度等方面全方位监控；值班工程师不定时测量浆液密度及抽查桩深等；给予值班工程师一定奖惩权力，发现弄虚作假现象即进行处罚。

 

　　9桩体质量检测、检查结果

 

　　施工过程中必须随时检查施工记录，并对照预定的施工工艺对每根工程桩进行质量评定，对于不合格的工程桩根据其位置、数量等具体情况，分别采取补桩

 

　　或加强附近工程桩等措施。施工过程中，必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。搅拌桩体的施工作业过程质量检

 

　　验包括桩位、桩顶、桩底高程、桩身垂直度、浆液水灰比、桩身水泥掺入比、水泥用量、搅拌头上提喷浆的速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等每桩施工作业全过程的检验。

 

　　检测方法如下：

 

　　a.动力触探法。该工程共完成6088根桩，按照总桩数的1%检查，经检查，所有桩体均符合设计要求。

 

　　b.钻孔取芯检查。按照检验数量为总桩数的0.5%总计钻孔取芯31根。抽样强度：最大值2.8MPa，最小值1.7MPa；

 

　　c.开挖检查。经观测，桩体无蜂窝、孔洞现象；桩体均匀、整体性强；成桩性良好，质地较硬密实；量测成桩直径满足设计要求，

 

　　d.承载力试验。承载力检验采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验，检验数量为总桩数的0.5%，经遂级加载试验最终沉降值在15.92mm～36.08㎜之间，满足设计要求。

 

　　10结论

 

　　在粉细砂中施工水泥土搅拌桩在国内水利行业中为数不多，项目部在实施过程中，遇到了种种困难，但通过一系列措施得以解决，并从中得到了一定经验：

 

　　粉细砂中进行深搅施工需选择合适的设备方能有效实施；在施工中应对搅拌机组进行有效管理，以保证施工质量、进度；由于该工程深搅桩数量较多，对施工现场设备及人员的统筹安排、施工进度编排都增加了难度。

 

　　该工程水泥掺入量配比试验研究、工艺试验数据具一定代表性。特别是针对深层搅拌桩专项施工措施、工艺流程、质量控制环节及对类似工程具有一定参考和借鉴作用。

 

　　参考文献：

 

　　1、《深层搅拌法技术规范》（DL/T5425-2009）

 

　　2、《水利水电建设工程验收规程》（SL176-2008）

 

　　3、《南水北调中线一期引江济汉东荆河节制工程马口橡胶坝、黄家口橡胶坝土建及金结、机电设备采购与安装工程》标段施工图

 

　　4、刘延科.兴隆水利枢纽船闸工程基础深层搅拌桩施工.水利施工，2012[3]