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摘要：在水利工程中，水泥搅拌桩是处理软土地基深层搅拌加固的一种常见的方法。本文是在近几年的工作中，结合工程实例，对水泥搅拌桩在水利工程中的应用与研究进行了简要的阐述和分析。
关键词：水泥搅拌桩；连续墙；堤防加固
1.水泥搅拌桩连续墙技术的特点和评价
软土地基深层搅拌加固法利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，产生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。在水利工程运用中软土地基深层搅拌加固法更强调单桩搭接形成的连续墙对地下构筑物（尤其是中浅深度防渗墙）的替代作用。水泥搅拌桩一般有喷粉和喷浆两种，采用水泥搅拌桩技术建造水利工程防渗墙，适应于淤泥、淤泥质土、粘土、粉土等软土地基，在粉砂、细砂及一定含砾量的河床地层中更易达到较高的强度且更好的搅拌均匀性，同样适用于一般河床工程的地基加固。
地基水泥搅拌桩技术具有如下特点：①与灌注桩防渗墙技术相比，避免了成孔固壁问题，不需要填筑形成固壁压力所需的施工平台，特别适宜于不易解决塌孔问题的粉、细砂地层；②深层搅拌机械设有油压移位装置，机具可迅速准确灵活地移位，从而达到施工速度快和易保证搭接质量的目的，特别适宜浅层地下连续墙施工；③建造的防渗墙易达到设计强度和防渗效果；④搅拌机械采用螺旋状搅拌头搅动土层的办法，施工中无振动，对相邻土层或建筑物无影响。特别适应于已建堤防工程增加防渗心墙的加固处理，与常规施工办法相比较，水泥粉喷技术不需建造施工平台，不需考虑造孔塌落问题，也不搅动相邻地层结构，投资少、施工快，并在一般河床地层中可以达到较高的桩身强度和防渗指标，是中、浅深度截水墙的良好施工办法。水泥搅拌桩连续墙技术在堤防工程防渗心墙建设及加固处理堤防工程中，具有较为广阔的应用前景。
2.在水利工程中的应用实例
2.1雁企下泵闸工程
工程拟新建一座小型水闸和泵站，由于场地制约，采用水闸与泵站结合的一体设计。工程基础为厚度10.0～14.7 m 的淤泥质粉细砂，存在液化和承载力不足的问题，采用一般的桩基础，容易产生水闸底板基础土体沉陷和震陷脱空的现象。为防止基础液化失稳、防渗、承载力和沉降等，经综合研究，在水闸底板四边缘设置基础连续墙，底板中间部分基础根据基础应力和沉降要求采用水泥粉喷搅拌桩进行复合地基处理，与水闸齿墙刚性连接。喷搅拌桩和连续墙体穿透淤泥质粉细砂层，座落在其下的粗砂层及粘土层上。
工程采用水泥粉喷搅拌桩连续墙技术成功地解决了施工搅拌机械在含砾地层中的钻进以及两期桩墙之间的衔接、断桩等一系列问题。由于施工处地下水位高，改喷水泥浆为喷水泥粉，简化了施工工序。该工程有效工期不足20 天。完成总进尺4 076.5 m，形成总面积为773 m2 的防渗墙。工程投资对比原桩基和板桩防渗方案有较大的下降，而各项工程质量指标均达到或超过了设计要求，并提高了施工效率。
2.2水库加固工程
该段水库工程基础及堤坝均为砂性土，透水性强，高水位运行期的渗透不稳定是该堤防工程的一个重大隐患。经分析，拟采用水泥粉喷桩连续墙技术对西围堤防进行防渗加固处理。设计防渗墙深度由水库正常蓄水位到基础相对不透水的淤泥质土层的高度决定，并考虑现有水泥粉喷机械的钻进深度。桩墙顶部浇筑混凝土桩帽。并与围堤迎水面设置的土工布防护层及混凝土预制块护坡相接。该工程仅4 个月就完成。仅采用1 台施工机械，完成总进尺17 102 m，直接投资120 万元；形成有效厚度33 cm、垂直高度10～12 m、面积约10 000 m2 的堤坝防渗心墙。桩体防渗墙渗透系数为2.3 ×10 - 5～5.54 ×10 - 5 cm/ s，处理后，堤坝工程的渗漏及渗透稳定问题得到了解决。
3水泥建筑物的设计
3.1地基搅拌构筑物工程方案确定
确定搅拌构筑物工程方案前，应收集详细的工程地质勘察资料。明确地基加固或地下防渗墙要求达到的各项技术指标。
采取室内试验方法。针对工程所在土层的性质选择合适的水泥类型和外掺剂。为设计者提供各种配比的强度参数或渗透系数，外掺剂可选择早强、缓凝、减水以及适合土质的材料。地基加固工程，需根据建筑物基础形状、荷载分布及其它技术指标，确定合理掺灰比情况下的桩体平面布局和深度设计。对防渗墙工程，还需根据墙体工作条件，确定与要求的墙体有效厚度相应的搭接长度指标、分段施工桩体连接方案以及桩头与建筑物基础的接触处理等。
3.2单桩及群桩复合地基承载力
单桩及群桩复合地基承载力按《软土地基深层搅拌加固法技术规程》中的有关规定计算。根据受力分析，桩端未抵达硬土层的搅拌桩，其桩身轴向力自上而下逐渐减小，最大轴向力位于桩顶2～3 倍桩直径范围内。因此在以加固地基为目的的粉喷桩设计中，为节省固化剂材料和提高施工效率，桩身强度应为变数，靠桩顶上部4.5 m 的桩身强度满足设计值即可，其下部可适当逐渐减少水泥掺入量。搅拌单桩竖向承载力设计值按下式确定：
N d = K·gu·Ap（1）
式中：N d ———搅拌单桩竖向承载力设计值；
gu ———与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固试块的无侧限抗压强度；
K ———强度折减系数，一般取0.3～0.4；
Ap ———搅拌桩的截面积。
许多工程实践证明，对于地基加固桩这种变掺量、变强度设计方法的技术经济效果良好。
3.3.防渗墙稳定和抗弯强度
采用水泥搅拌桩技术建造工程挡土建筑物，当墙体两侧荷载、地面高程及水位不同时将使墙体承受侧向推力。设计中可按重力式挡土墙或板桩挡土墙进行稳定计算，墙体两侧土压力可分别按主动土压力和被动土压力考虑，但被动土压力应根据墙体移位允许值进行折减。根据一般水利工程防渗墙设计特点和运用条件，整个墙体处于稳定的建筑物地基中，因此墙体主要承受轴向力，虽然墙体抗弯强度较低，但基本能够抵御由于上部荷载与水压力造成的桩体弯应力。因此一般不进行桩体防渗墙稳定及抗弯强度计算。
4.水泥粉喷搅拌桩施工
4.1施工机具
（1）搅拌机。国产的有SJB - Ⅰ型和Ⅱ型，前者功率为2 ×30 kW。搅拌深度10～12 m；后者功率2 ×40 kW，搅拌深度15～20 m。
（2）空压机（一般为116 m3/ min）。
（3）水泥粉贮存发送器（容积大于400 L）
（4）压力胶管及电缆。用电缆连接电源和搅拌机电气控制装置，安装水泥发送器并搭置便于为灰罐加料的工作平台，用压力胶管分别连接空压机、水泥粉发送器及搅拌机进灰口。
4.2施工工艺
（1）就位对中。驱动搅拌机油压装置到达指定位置，调平搅拌机平台（钻杆导向架与平台垂直），对中孔位。
（2）预搅下沉。启动搅拌机电机，使搅拌钻头沿导向架下沉，下沉速度由操作系统控制。下沉过程中保持连续送风，避免钻头喷粉口堵塞。
（3）喷水泥搅拌提升。搅拌钻头下沉到设计深度后，开启空压机，待灰粉达喷粉口，再按设计的速度边喷粉、边提升。
（4）重复搅拌。在有必要进一步掺入水泥或进一步搅拌均匀时，可再次将搅拌钻头下沉，到设计深度后再次将钻头提升（供水泥粉）到地面。
水泥搅拌桩在砂质基础中成桩质量较高，桩身强度大，但在腐植质重或淤泥中成桩质量受施工影响很大，桩身强度提高慢，对工程进度影响较大。在中山市西河水闸重建工程的水泥搅拌桩设计中，采用先打直径600mm的砂桩，再在砂桩内进行直径500mm的水泥搅拌桩施工的方案，方案确保了水泥搅拌桩的施工质量，搅拌桩强度提高快，从而加快了下一阶段的工程施工进度。而且砂桩对淤泥有挤压排水作用，提高了整体复合基础的承载力，减小了后期沉降量。
结束语
随着现今防渗墙技术的飞快发展，施工机具的不断创新和完善，经济效益的不断提高，其用途将日益广泛。混凝土防渗墙技术应用在大坝除险加固工程上，可有效地解决坝体，和坝基渗漏的问题，并具有工程造价低，施工速度快，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库大坝防渗加固较好的措施。
关键词：水泥搅拌桩；连续墙；堤防加固
1.水泥搅拌桩连续墙技术的特点和评价
软土地基深层搅拌加固法利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，产生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。在水利工程运用中软土地基深层搅拌加固法更强调单桩搭接形成的连续墙对地下构筑物（尤其是中浅深度防渗墙）的替代作用。水泥搅拌桩一般有喷粉和喷浆两种，采用水泥搅拌桩技术建造水利工程防渗墙，适应于淤泥、淤泥质土、粘土、粉土等软土地基，在粉砂、细砂及一定含砾量的河床地层中更易达到较高的强度且更好的搅拌均匀性，同样适用于一般河床工程的地基加固。
地基水泥搅拌桩技术具有如下特点：①与灌注桩防渗墙技术相比，避免了成孔固壁问题，不需要填筑形成固壁压力所需的施工平台，特别适宜于不易解决塌孔问题的粉、细砂地层；②深层搅拌机械设有油压移位装置，机具可迅速准确灵活地移位，从而达到施工速度快和易保证搭接质量的目的，特别适宜浅层地下连续墙施工；③建造的防渗墙易达到设计强度和防渗效果；④搅拌机械采用螺旋状搅拌头搅动土层的办法，施工中无振动，对相邻土层或建筑物无影响。特别适应于已建堤防工程增加防渗心墙的加固处理，与常规施工办法相比较，水泥粉喷技术不需建造施工平台，不需考虑造孔塌落问题，也不搅动相邻地层结构，投资少、施工快，并在一般河床地层中可以达到较高的桩身强度和防渗指标，是中、浅深度截水墙的良好施工办法。水泥搅拌桩连续墙技术在堤防工程防渗心墙建设及加固处理堤防工程中，具有较为广阔的应用前景。
2.在水利工程中的应用实例
2.1雁企下泵闸工程
工程拟新建一座小型水闸和泵站，由于场地制约，采用水闸与泵站结合的一体设计。工程基础为厚度10.0～14.7 m 的淤泥质粉细砂，存在液化和承载力不足的问题，采用一般的桩基础，容易产生水闸底板基础土体沉陷和震陷脱空的现象。为防止基础液化失稳、防渗、承载力和沉降等，经综合研究，在水闸底板四边缘设置基础连续墙，底板中间部分基础根据基础应力和沉降要求采用水泥粉喷搅拌桩进行复合地基处理，与水闸齿墙刚性连接。喷搅拌桩和连续墙体穿透淤泥质粉细砂层，座落在其下的粗砂层及粘土层上。
工程采用水泥粉喷搅拌桩连续墙技术成功地解决了施工搅拌机械在含砾地层中的钻进以及两期桩墙之间的衔接、断桩等一系列问题。由于施工处地下水位高，改喷水泥浆为喷水泥粉，简化了施工工序。该工程有效工期不足20 天。完成总进尺4 076.5 m，形成总面积为773 m2 的防渗墙。工程投资对比原桩基和板桩防渗方案有较大的下降，而各项工程质量指标均达到或超过了设计要求，并提高了施工效率。
2.2水库加固工程
该段水库工程基础及堤坝均为砂性土，透水性强，高水位运行期的渗透不稳定是该堤防工程的一个重大隐患。经分析，拟采用水泥粉喷桩连续墙技术对西围堤防进行防渗加固处理。设计防渗墙深度由水库正常蓄水位到基础相对不透水的淤泥质土层的高度决定，并考虑现有水泥粉喷机械的钻进深度。桩墙顶部浇筑混凝土桩帽。并与围堤迎水面设置的土工布防护层及混凝土预制块护坡相接。该工程仅4 个月就完成。仅采用1 台施工机械，完成总进尺17 102 m，直接投资120 万元；形成有效厚度33 cm、垂直高度10～12 m、面积约10 000 m2 的堤坝防渗心墙。桩体防渗墙渗透系数为2.3 ×10 - 5～5.54 ×10 - 5 cm/ s，处理后，堤坝工程的渗漏及渗透稳定问题得到了解决。
3水泥建筑物的设计
3.1地基搅拌构筑物工程方案确定
确定搅拌构筑物工程方案前，应收集详细的工程地质勘察资料。明确地基加固或地下防渗墙要求达到的各项技术指标。
采取室内试验方法。针对工程所在土层的性质选择合适的水泥类型和外掺剂。为设计者提供各种配比的强度参数或渗透系数，外掺剂可选择早强、缓凝、减水以及适合土质的材料。地基加固工程，需根据建筑物基础形状、荷载分布及其它技术指标，确定合理掺灰比情况下的桩体平面布局和深度设计。对防渗墙工程，还需根据墙体工作条件，确定与要求的墙体有效厚度相应的搭接长度指标、分段施工桩体连接方案以及桩头与建筑物基础的接触处理等。
3.2单桩及群桩复合地基承载力
单桩及群桩复合地基承载力按《软土地基深层搅拌加固法技术规程》中的有关规定计算。根据受力分析，桩端未抵达硬土层的搅拌桩，其桩身轴向力自上而下逐渐减小，最大轴向力位于桩顶2～3 倍桩直径范围内。因此在以加固地基为目的的粉喷桩设计中，为节省固化剂材料和提高施工效率，桩身强度应为变数，靠桩顶上部4.5 m 的桩身强度满足设计值即可，其下部可适当逐渐减少水泥掺入量。搅拌单桩竖向承载力设计值按下式确定：
N d = K·gu·Ap（1）
式中：N d ———搅拌单桩竖向承载力设计值；
gu ———与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固试块的无侧限抗压强度；
K ———强度折减系数，一般取0.3～0.4；
Ap ———搅拌桩的截面积。
许多工程实践证明，对于地基加固桩这种变掺量、变强度设计方法的技术经济效果良好。
3.3.防渗墙稳定和抗弯强度
采用水泥搅拌桩技术建造工程挡土建筑物，当墙体两侧荷载、地面高程及水位不同时将使墙体承受侧向推力。设计中可按重力式挡土墙或板桩挡土墙进行稳定计算，墙体两侧土压力可分别按主动土压力和被动土压力考虑，但被动土压力应根据墙体移位允许值进行折减。根据一般水利工程防渗墙设计特点和运用条件，整个墙体处于稳定的建筑物地基中，因此墙体主要承受轴向力，虽然墙体抗弯强度较低，但基本能够抵御由于上部荷载与水压力造成的桩体弯应力。因此一般不进行桩体防渗墙稳定及抗弯强度计算。
4.水泥粉喷搅拌桩施工
4.1施工机具
（1）搅拌机。国产的有SJB - Ⅰ型和Ⅱ型，前者功率为2 ×30 kW。搅拌深度10～12 m；后者功率2 ×40 kW，搅拌深度15～20 m。
（2）空压机（一般为116 m3/ min）。
（3）水泥粉贮存发送器（容积大于400 L）
（4）压力胶管及电缆。用电缆连接电源和搅拌机电气控制装置，安装水泥发送器并搭置便于为灰罐加料的工作平台，用压力胶管分别连接空压机、水泥粉发送器及搅拌机进灰口。
4.2施工工艺
（1）就位对中。驱动搅拌机油压装置到达指定位置，调平搅拌机平台（钻杆导向架与平台垂直），对中孔位。
（2）预搅下沉。启动搅拌机电机，使搅拌钻头沿导向架下沉，下沉速度由操作系统控制。下沉过程中保持连续送风，避免钻头喷粉口堵塞。
（3）喷水泥搅拌提升。搅拌钻头下沉到设计深度后，开启空压机，待灰粉达喷粉口，再按设计的速度边喷粉、边提升。
（4）重复搅拌。在有必要进一步掺入水泥或进一步搅拌均匀时，可再次将搅拌钻头下沉，到设计深度后再次将钻头提升（供水泥粉）到地面。
水泥搅拌桩在砂质基础中成桩质量较高，桩身强度大，但在腐植质重或淤泥中成桩质量受施工影响很大，桩身强度提高慢，对工程进度影响较大。在中山市西河水闸重建工程的水泥搅拌桩设计中，采用先打直径600mm的砂桩，再在砂桩内进行直径500mm的水泥搅拌桩施工的方案，方案确保了水泥搅拌桩的施工质量，搅拌桩强度提高快，从而加快了下一阶段的工程施工进度。而且砂桩对淤泥有挤压排水作用，提高了整体复合基础的承载力，减小了后期沉降量。
结束语
随着现今防渗墙技术的飞快发展，施工机具的不断创新和完善，经济效益的不断提高，其用途将日益广泛。混凝土防渗墙技术应用在大坝除险加固工程上，可有效地解决坝体，和坝基渗漏的问题，并具有工程造价低，施工速度快，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库大坝防渗加固较好的措施。