深層攪拌法施工特點和質量控制

王亞莉，孔祥亮，李保紅

(湖北大禹水利水電建設有限責任公司,武漢　430061)

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深層攪拌法施工特點和質量控制

王亞莉，孔祥亮，李保紅

(湖北大禹水利水電建設有限責任公司,武漢430061)

摘要：從施工工藝的各個環節介紹深層攪拌法的適用條件、工藝流程、施工準備、施工工藝及質量檢驗控制環節，闡明深層攪拌法具有工效高、造價低、性能可靠等優點，在工程建設方面發揮顯著的效益，在水利水電工程建設領域具有廣泛應用的前景。

關鍵詞：深層攪拌法；施工方法；質量控制；推廣運用

0前言

深層攪拌法相對于地表淺層攪拌，采取鉆孔進行孔內深層攪拌而得名。深層攪拌法是利用深層攪拌機械將粉體或漿液等材料與土體強制攪拌，從而在土體內產生物理-化學反應，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的增強體，和原土體構成復合地基、防滲墻或擋墻的施工方法。

中國于20世紀70年代開始引進、研究深層攪拌施工技術[2]。水利工程中的應用始于1995年，最初主要是閘基、泵站地基采用深層攪拌樁構成復合地基。大量用作堤防特別是堤基防滲加固則是1999年以來開展的。據不完全統計，目前深層攪拌法已廣泛應用于中國大江大河、湖泊的堤壩防滲工程，其深層攪拌防滲墻面積已超過650萬m2。

1深層攪拌施工要求

1.1適用條件

深層攪拌法適用于黏性土、粉土、砂土，以及黃土、淤泥質土、淤泥、素填土等土層，施工時要求場地內地下無大石塊、樹根、地下管線等。空中障礙物如高壓電線，其凈空距地面應滿足安全要求[2]。如筆者單位在漢江遙堤樁號310+000 m～314+000 m堤段進行深層攪拌防滲墻施工時，發現堤段原合攏龍口約157 m堤段地下有鐵絲編織的塊石籠，因深層攪拌機械無法鉆攪，后經設計同意，該堤段防滲墻改為高壓擺噴防滲墻，保證了防滲墻的連續性。

1.2深層攪拌法分類

(1) 粉噴和漿噴。按使用材料的物理狀態，分粉體(俗稱粉噴、干噴)和漿體(俗稱漿噴、濕噴)深層攪拌2類[3]。其中粉體材料多用水泥、石灰。水利水電工程常用的為以水泥作固化劑的水泥粉體或水泥漿深層攪拌法。

(2) 單頭和多頭。按施工機械鉆頭(攪拌頭)的多少，可分為單頭、雙頭和多頭深層攪拌[4-5]。其中，單頭和雙頭主要用于樁柱體及復合地基，多頭鉆主要作用于深層攪拌防滲墻。就工效和墻段連接而言，多頭優于單頭。

1.3工藝流程

(1) 粉噴或漿噴深層攪拌樁的施工工藝流程大致相同，主要工藝流程為：測量放線定樁位或孔位→鉆機就位→鉆孔至設計深度(有時要求同時噴水泥或水泥漿)→提升鉆桿和鉆頭，同時攪拌(有時要求同時噴水泥或水泥漿)至樁頂或墻頂→全程或局部復攪(或復噴)→將鉆桿和鉆頭提出地面→將鉆機移至下一樁位，繼續施工[6]。

(2) 粉噴深層攪拌噴水泥時，是以壓縮空氣作為動力將粉體(水泥)輸送到鉆孔內，并以粉霧狀噴入加固地基的土層中，借鉆頭的葉片旋轉、攪拌。漿噴深層攪拌時，則是以灰漿泵供漿，使其與土體混合。為了提高混合效果，多采取多次復噴復攪，常見的有“兩噴兩攪”、 “兩噴四攪”、 “四噴四攪”等[7]，以形成具有一定強度的水泥土樁體或水泥土防滲墻。

1.4準備工作

(1) 技術準備。根據設計要求，編制組織設計和施工技術要求，把設計參數換算成施工參數，如高程與深度的關系、水灰比、水泥摻入比與每米的摻入水泥量關系等[8]。

(2) 室內試驗。取現場土料和施工材料按摻入比進行室內試驗，求出其最優摻入量。

(3) 測量放樣。

(4) 場地平整。清除地面以上和以下的障礙物。低洼地段回填素填土，周邊布置排水溝和集水井。施工場地表面土質稀軟時，可采取鋪墊石渣等[9]辦法，以防陷機。防滲墻施工時，亦應挖導向溝。

(5) 機械和材料準備。其規格型號和數量滿足施工要求。

1.5施工設備

(1) 目前中國常用的深層攪拌機分動力頭式和轉盤式2大類。動力頭式深層攪拌機主電機懸吊在塔架上，重心高，必須配有足夠重量的底盤。

轉盤式深層攪拌機多采用大口徑轉盤，配置步履式底盤(即整機可自行移位)，主機安裝在底盤上，安有鏈輪及鏈條加壓裝置。其主要優點是，重心低、比較穩定，鉆進及提升速度易于控制。水利水電工程常用的深層攪拌機械多為轉盤式深層攪拌機。

(2) 粉噴深層攪拌機械裝備。主要包括深層攪拌機(單頭以PH-5型、GPP-5型居多)，水泥罐、粉噴系統和空氣壓縮機等[9]。

(3) 漿噴深層攪拌機械設備。主要包括深層攪拌機(單頭以PH-5型或GPP-5型均可用，3頭有DZJ-25、SJZ-3、PH-5F等)、灰漿泵、電子計量及其打印設備等。

2深層攪拌法特點

(1) 深層攪拌機械化程度高，機械功率大，鉆進和提升時間短，鉆進和提升速度一般為0.5～1.0 m/min，如“兩噴兩攪”或“四噴四攪”每個樁或每段單墻只需1或2 h。機械配有液壓步履式裝置，自行移位方便，因此工效高，施工成本低。如深層攪拌水泥防滲墻，與混凝土防滲墻或塑性混凝土防滲墻相比，工效提高3～5倍，造價僅為其1/3[10]。

(2) 深層攪拌法是將水泥或水泥漿輸入孔內土體中，就地進行強制攪拌，充分利用了土體自身資源，且無廢水、廢漿等污染。

(3) 深層攪拌法在自身的鉆進、提升和攪拌中，均在孔內就地進行，對地基和堤壩本身不產生不利作用力，因而不會使堤壩劈裂或開裂[11]。

3施工工藝和方法

以筆者單位承接的工程為例，介紹深層攪拌法施工工藝和方法。

(1) 單頭深層攪拌機主要用于復合地基中的水泥土樁，多頭深層攪拌機主要用于施工水泥土防滲墻。如筆者單位在長江重要隱蔽工程武漢市爛泥糊堤長豐閘閘基處理中，采用單頭深層攪拌機完成608根粉噴樁，滿足了設計要求。在漢江遙堤加固中，采用3頭鉆深層攪拌機漿噴法完成4 km長堤的水泥土防滲墻48 500 m2，經開挖和鉆孔取芯及注水試驗，施工質量符合設計要求。

(2) 成墻方式。根據深層攪拌施工機械的不同，水泥土防滲墻的成墻方式，有一次成墻法、二次成墻法、三次成墻法等方式。漢江遙堤水泥土防滲墻，要求墻厚度不小于250 mm，采用3頭鉆施工，其中一次成墻法時，鉆頭直徑420 mm，鉆桿間距325 mm，一次單墻長0.95 m；二次成墻法時，鉆頭直徑337 mm，鉆桿間距450 mm，單墻鉆頭移動距離225 mm，最終形成單墻長1.35 m。

(3) 水泥摻入比。水泥摻入比通常是指水泥摻入重量與被加固土體天然濕重之比。水泥摻入比應根據被加固土中最軟弱土層或透水土層的性質而選擇，并通過試驗確定。規范規定，水泥土摻入比可為7%～20%。實際施工中，水泥摻入比多為14%～16%。水泥漿與土體混合后，形成的是水泥土樁或水泥土防滲墻，其強度隨水泥摻入量增加而增大。

(4) 樁徑和厚度。深層攪拌樁的樁徑主要取決于機械鉆頭的直徑，一般為200～800 mm，實際運用中多為500～600 mm。形成防滲墻的厚度一般為120～330 mm，規范規定水泥土防滲墻最小厚度不宜小于150 mm，長江堤防防滲墻工程深層攪拌水泥土防滲墻厚度多為200～300 mm。

(5) 施工極限深度。深層攪拌的施工極限深度與機械設備性能、注入材料類型有關。如采用粉噴深層攪拌樁時，一般認為最深可達15.0 m，由于深度較大時，水泥噴出不均勻，致使水泥樁體含量不勻，甚至無水泥，質量不能滿足要求。在承擔的嘉魚縣余碼頭新閘堤基加固工程，原要求粉噴水泥土樁深度為17.0 m，通過試驗證明，粉噴水泥土樁的有效深度只能達到13.0 m。后改為漿噴水泥土樁，滿足了設計要求，共完成深層攪拌樁8 986根，總樁長144 794.0 m漢江遙堤的深層攪拌主要是建造水泥土防滲墻，采用漿噴法，最大深度以20.0 m居多，少數為21.0 m。有的規范認為可以達到25.0 m，這主要取決于深層攪拌機械的性能。

4深層攪拌質量控制

4.1過程控制

深層攪拌屬隱蔽工程施工，加強過程控制尤為重要，從施工材料、機械定位到對各個施工參數(如水灰比、注漿壓力、鉆進及提升速度、轉速、噴攪次數等)的控制，是保證工程質量的關鍵因素[12]。

4.2材料和漿液控制

(1) 水泥：根據所加固土含水量、有機質含量等指標可選用不同類型的通用硅酸鹽水泥，水泥的強度等級不低于32.5級。所用水泥應具備出場檢驗合格證，水泥進場后應按規定進行批量檢測，其質量符合相應的國家標準。

(2) 水灰比：為了保證深層攪拌均勻，使水泥土具有良好的攪拌性，一般要求漿液水灰比不宜過小。試驗證明在水泥土達到流態時攪拌效果較好。水灰比的選擇與被加固土體的類型和含水量有密切關系。如嘉魚縣余碼頭新閘堤基主要為淤泥質土，水灰比采用0.5∶1，并摻加NFJ早強高效減水劑0.7%；漢江遙堤堤基主要為砂壤土，進行水泥土防滲墻施工時，依地層不同分別采用2∶1、1.5∶1、0.8∶1三種水灰比。施工中水灰比應用比重計或比重稱檢測。

(3) 漿液控制：水泥漿進入輸漿管前應嚴密過濾，以免堵塞出漿口和漿液產生離析。注入土內的水泥漿應充分填充土體中的空隙，一般以孔口是否有輕微返漿作為供漿量的控制標準。

4.3樁位及垂直度

(1) 定位。樁位偏差不超過50 mm，每個樁位均應插上竹簽，將孔位作出明顯標志，施工時對準孔位鉆孔，保證孔位準確。水泥土防滲墻施工時，要求沿防滲墻軸線開挖導向溝，并在溝底作出每個單墻的標志，鉆機移動時對準孔位標志鉆孔，保證樁位準確和防滲墻連續。

(2) 垂直度。深層攪拌樁或防滲墻施工時，要求鉆孔垂直，成樁垂直度偏差不超過1.5%。保證樁體垂直的主要措施為保證鉆桿和塔架垂直，可用垂球檢查塔架兩個垂直面的垂直度，或通過機臺的連通管檢查和調整機臺水平。

4.4工藝參數控制

(1) 鉆進和提升速度。深層攪拌機械的轉速和鉆進及提升速度有一定的配比關系，轉速的檔位基本上為固定值。實際施工中，為了使水泥土攪拌充分，一般控制鉆進(下沉)和提升速度，并根據土層的不同制定不同的鉆進、提升速度。一般情況鉆進速度為0.5～1.0 m/min，提升速度為0.6～1.5 m/min。

(2) 樁頂和樁底噴攪。當深層攪拌鉆頭下沉到設計深度后，在樁(墻)底就地噴漿30 s，使漿液完全達到樁端或墻底；當噴漿口提升達到設計樁頂時，應停止提升，原地攪拌5 s，以保證樁頂或墻頂攪拌均勻密實。施工停漿面應高出樁頂設計標高0.5 m。

(3) 噴攪次數。深層攪拌法的核心是“噴攪”，即將水泥或水泥漿噴入或輸入土體內，進行強制攪拌，從而改善土體的性能。從某種意義上來說噴入水泥和水泥漿之后，攪拌的作用尤為重要。根據土體的特性，一般采取多次攪拌。長江堤防防滲工程曾采用“兩噴兩攪”和“兩噴四攪”。嘉魚縣余碼頭新閘堤基深層攪拌施工中，采取“四噴四攪”，具體操作時將每根樁的總摻漿量，分攤為4次，要求每次的供漿量基本準確。漢江遙堤深層攪拌防滲墻施工中，采取“兩噴兩攪”，要求下沉(攪拌)時供漿量占70%，上提(攪拌)時供漿量占30%。

(4) 樁徑。控制樁徑的關鍵是控制鉆頭直徑，DL/T5425-2009規范規定，鉆頭直徑每個單元工程檢測1次，偏差應控制在3%以內。漢江遙堤水泥土防滲墻施工時，要求每天檢測1次鉆頭直徑，其磨損偏差不小于10 mm。

4.5墻段連接和中斷處理

(1) 接頭連接。水泥土防滲墻分區段施工時，先期施工的墻段應攪拌預留榫頭以利于下一單墻的搭接[13]。下一區段施工時，可將上一區段的末端開挖暴露墻段后，對照接頭位置開鉆，以保證防滲墻連接準確可靠。

(2) 中斷處理。因故停工，應按以下方法進行處理：

1) 停工時間不超過8～24 h，恢復施工時宜將鉆頭下沉至停漿攪拌點以下0.5 m，再攪拌提升。

2) 若停工時間較長，無法下鉆至停漿攪拌點以下0.5 m時，應使下一序樁(墻)與前序樁(墻)在一側或兩側搭接，搭接長度不小于2根樁徑。對于重要的防滲墻，還應在搭接樁間鉆孔灌注水泥砂漿連接。

4.6記錄及打印

粉體深層攪拌施工時，電子計量系統可隨時顯示水泥罐內水泥的重量，應由專人定時記錄，然后記錄噴水泥量，保證噴水泥量滿足摻入量的要求[14]。漿體深層攪拌施工時，電子計量系統可自動記錄深度和輸漿量參數，一個樁或墻段完成后可將記錄打印出來，以此檢查和控制攪拌深度和輸入漿量。

4.7質量檢驗

(1) 深層攪拌樁施工完成后，對于豎向承載樁，應對樁位、樁徑、樁長、樁體抗壓強度、樁體均勻性、復合地基承載力進行檢驗；對于堤壩防滲墻，應重點檢驗墻體深度、有效厚度、抗壓強度、滲透系數、允許比降、以及墻體均勻性、完整性、連續性等指標[15]。

(2) 豎向承載樁質量檢驗。長豐閘粉噴深層攪拌樁施工中，進行了5根試樁。單樁受荷承載力136 kN，換算成復合地基承載力為240 kPa(設計要求值為220 kPa)，滿足設計要求。20 d齡期靜載試驗數據平均為0.98 MPa，28 d后，樁頭試樣抗壓強度數值均大于1 MPa，滿足設計要求。

(3) 開挖檢查。沿防滲墻軸線每500 m開挖一處，對開挖出來的墻體，要求墻體外觀質量好，無蜂窩、孔洞；樁間搭接、墻厚滿足設計要求，且墻體整體性好。

(4) 鉆孔取芯檢查。在施工28 d后，采用鉆機在墻體內鉆取墻體芯樣，并描述芯樣的完整性和均勻性情況。選擇有代表性的芯樣進行單軸抗壓強度、滲透系數、滲透比降等參數檢測。檢測結果應滿足以下指標要求：單軸抗壓強度大于1.0 MPa；滲透系數K≤i×10-6cm/s(1≤i≤3)；允許滲透比降大于50。

(5) 無損檢測。必要時可采用無損檢測方法，對墻體的連續性、完整性進行檢查。

(6) 原型檢測。利用布設的安全監測設施檢測的成果資料，對墻體整體防滲效果及位移變形進行綜合分析。嘉魚縣余碼頭閘堤基經過濕法深層攪拌后，汛期涵閘上下游水頭差達到了5.0 m多，通過觀測，涵閘沒有發現位移和沉降情況，工程加固效果良好。

5結語

中國引進和運用深層攪拌法施工技術時間不長，冶金、鐵道、工民建等系統運用較早，水利水電系統雖運用較晚，但在堤防防滲工程運用較廣，并進行了系統的研究，取得了顯著的成效。現在，深層攪拌法已發展成為成熟的技術，運用的領域逐漸廣闊，在基礎工程方面發揮了巨大的作用。

深層攪拌法與其他施工方法相比具有工效高、造價低、機械化程度高、工藝簡單、污染小、性能可靠以及在堤壩建造水泥土防滲墻時能有效地避免堤身開裂等優點，廣泛運用于軟弱地基的加固和防滲工程。

總之，深層攪拌法技術已經在水利水電行業多項工程和堤壩防滲工程方面取得了顯著的效益，同樣可以有針對性地運用到中小型土壩的加固和防滲工程方面。因此深層攪拌法具有推廣運用的前景。

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Construction Characteristics and Quality Control of Deep Mixing Method

WANG Yali, KONG Xiangliang, LI Baohong

(Hubei Dayu Water Resources and Hydropower Construction Co., Ltd., Wuhan430061,China)

Abstract:From steps of construction technology, the applicable conditions, technique flow, construction preparation, construction technology and quality control of the deep mixing method are introduced. Features of the method such as high efficiency, low cost and reliable performance, etc are described. In the engineering construction, the method is with outstanding benefit and prospect of wide application in the construction fields of water resources and hydropower engineering.

Key words:deep mixing method; construction method; quality control; development and application

中圖分類號：TU472.36

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.013

作者簡介：王亞莉 (1975- )，男，陜西省米脂縣人，高級工程師,注冊一級建造師，注冊監理工程師,從事水利水電水電工程基礎處理工作施工工作.

收稿日期：2016-01-20

文章編號：1006—2610(2016)02—0045—04