水泥土地下截水帷幕静压成型原理和工艺
发布日期：2013-06-14 20:42:23 浏览量：1834
（1. 青岛理工大学，山东青岛 266033，2，3 青岛静力工程有限公司，山东青岛 266071）
[摘要] 通过对发明专利《水泥土地下截水帷幕静压式成型装置及方法》（专利号200910230169.5）的成型原理以及工艺的进一步研究，比较了其与水泥土桩的优缺点，得出了水泥土地下截水帷幕理论计算公式，为其应用于工程实践提供理论依据。
[关键词]水泥土；地下截水帷幕；静压；工作原理；工艺；
[中图分类号]TU473.1 [文献标识码] A [文章编号]
The jacked molding principle and technology of cement-soil underground restrainting water tent
Kou hailei1, Ouyangganlin2
(1.Qingdao Technological University,Qingdao 266033,2.Qingdaojingli Engineering Co.Lit,Qingdao 266071)
Abstract:Through the further research of the molding principle and technology of the invent patent《The jacked molding device and method of cement-soil underground restraing water tent》(Patent number200910230169.5),we compare the advantages and disadvantages with the cement-soil pile and propose the computational formula of cement-soil underground restrainting water tent in theory.It supplies the theory sustain to the practise applition .
Keywords:cement-soil;underground restraintng water tent;jacked;operation principle; technology；
1 引言
水泥土地下截水帷幕是在发明专利《水泥土地下截水帷幕静压式成型装置及方法》（专利号200910230169.5）基础上，借助于静压式成型装置而形成的用于基坑防渗截水的在固定容器内就地取材搅拌成型的截水帷幕。水泥土地下截水帷幕静压成型原理，关键为一种地下截水帷幕静压成型装置。如图1所示。
本装置利用静力桩机将其压入土层过程，相应的岩土量被挤入成型装置内腔，安装在成型装置内的搅拌器，随同成型装置的压入而转动。搅拌轴下部一小段距离设有螺旋叶片，该螺旋叶片带有钻进和输送功能，主要是辅助成型装置的压入及将进入成型装置内土迅速往上部输送；搅拌轴上部为强度很高的一字形叶片，这部分的
主要功能是将进入成型装置内的土块打碎并强制性搅拌使不同性质岩土拌合均匀。根据岩土的性质，预先设计搅拌时间、喷射量，待成型装置内腔岩土被搅拌（打碎）成大小均匀的颗粒后，搅拌轴开始反转并喷射浆液或干粉，桩机夹持成型装置同时缓慢提升成型装置底端露出地面直至脱离另一成型装置导向体，—单元段幕体形成。由于成型装置的容积率是定量的，进入内腔的土量和设计水泥掺入量也是相对定量的，则定量的固化剂与定量的土颗粒在定量的容积内有效拌和（简称为三定），好像一定配比的石子、砂、水泥、水在混凝土搅拌筒内进行搅拌一样，基本不受周围环境的影响，固化剂与土颗粒凝结后所形成的固结体必然是符合预设水泥土配比、体形均匀和轮郭尺寸一致、强度理想的一种幕体状固结体（简称为一体）。
图1地下截水帷幕静压成型装置
在基坑防渗截水方面，目前用得最普遍的方法是水泥土搅拌桩（简称水泥土桩）。与水泥土搅拌桩相比，静压式水泥土地下截水帷幕具有如下优点：
1．环保效应好。主机为静力桩机，搅拌器为液压马达，无振动、无排放、无污染，所有搅拌、喷射、混合包含混凝土的振动成形等一系列工作均在土层深处的成型装置内完成，不影响周围环境，也不被外围因素所影响。
2．止水帷幕质量可靠。岩土性质变化万千，地层埋藏、水文地质条件的复杂性和不均匀性，往往造成勘察数据的离散性大，或桩体设计变强度时，以及尚未被探明的空洞、暗沟、通道等，这对其他形式的止水帷幕桩成桩质量会有很大影响，但相对于本成型技术，进入成型装置内的土如同将定量的砂石水泥放进混凝土搅拌机的搅拌桶内一样，搅拌固化过程基本不受环境干扰而搅拌非常均匀，整体性好，解决了水泥土桩质量的离散性问题。单元段帷幕之间结合面靠机械导向体自行控制，影响成型质量的人为因素被排除，遇含水量大、有空洞的土层可采取添加速凝剂，喷射干粉，稍微停留后再拔起等方法，对止水帷幕成型质量仍有保障。特别是压入成型装置的最终压力、深度一目了然。
3.使用范围广泛。只要能压预制桩（包括预应力管桩）的岩土地基，均可以采用本技术和工艺。
4.施工工艺方便简捷。现有水泥土桩，都是单桩分别成型，桩与桩的结合面是靠桩体重叠一部分来达到密封性，这工法有以下几个不利因素：(1)施工机械因移动频繁而定位烦琐，遇岩土指标差异较大时成桩能力下降明显，不易处理；(2)岩土性质、水文地质的变化影响喷射固化柱体直径的均匀性而减低咬合密闭性，要求工程技术人员跟班随时处理；(3)设计变掺量的喷射或冒浆处理，要求操作人员凭经验准确判断比较困难。水泥土地下截水帷幕静压成型装置，要求施工时两个装置组合工作，幕体轴线长度为1.2m,单元段幕体与单元段幕体之间结合面的密闭性由机械自行控制形成紧密咬合，不需要操作人员太多经验，操作简单快捷。
5.缩短施工周期。
(1)静力桩机压入速度比深层搅拌机械及旋喷机械进尺快得多，并不需复搅复喷，“三定一体”一次成型；同等工程地质条件其成型速度为：搅拌桩的1.3倍；旋喷桩的16倍。
(2)止水帷幕的有效宽度沿轴线方向为0.6m，搅拌桩一般成型直径0.5m左右，但有效宽度一般为0.35m,其余为重叠部分，旋喷桩成桩直径较大，但有效宽度一般为直径的80%，且需先钻孔后置喷射管，喷射搅拌时间比其它桩型相对长；
(3)静力桩机驾驶室内设有全方位水平仪，调平对中快捷方便准确，操作人员劳动强度低，而搅拌机毎移动一次都要定位校中，比较耗时，操作人员劳动强度高。
2 静压水泥土地下截水帷幕无隙对接成型“三定一体”工法
2.1“三定一体”工法 原理
本工法是利用全液压静力压桩机巨大的夹持力形成的既可压又可拔的功能，采用了全新概念的组合式幕段成型装置，让水泥土在一个预先设定形状体积的容器中搅拌混合成形。而后每次只拔出前进方向后面的一只成型装置，将留在土中另一只成型装置作为基准导向，依次循环压拔而形成结合面紧密连接的地下水泥土止水帷幕。
2.2“三定一体”工法具体实施工艺 （1）由两个以上同型号的成型装置组合实施，是靠成型装置与成型装置外缘凸凹形导向体进行导向和咬合，机械性控制单元段幕体之间结合面的紧密咬合；
（2）使用全液压静力桩机夹持压入预定土层，在压入过程中相应的岩土量被挤入成型装置内腔，安装在成型装置内的搅拌器，随同成型装置的压入而转动，将进入成型装置内的土块打碎并强制性搅拌使不同性质岩土拌合均匀。
（３）根据岩土的性质，预先设计搅拌时间、喷射量，在固定容积的成型装置内，将土体搅拌成均匀的颗粒后，在不受周围环境的影响条件下，固化剂与土颗粒凝结后形成符合预设水泥土配比、体形均匀和轮郭尺寸一致、强度理想的矩形状。
（4）实现无污染，无噪音，无泥浆排放，保护环境。
（5）经济适用，比水泥土桩组合强度提高较大,止水帷幕整体性好、质量无离散性，节省工期，节约大量水泥（或其他固化剂），同等有效防水止渗面积固化体积比率：为搅拌桩的1/2.8；旋喷桩的1/5；同等有效防水止渗面积水泥耗量比：为搅拌桩的1/2.7；旋喷桩的1/11，同等地质条件下桩体进尺比：为搅拌桩的1.3倍，旋喷桩的16倍。
2.3“三定一体”工法 成型工艺
作为防水止渗功能的水泥土地下截水帷幕静压装置端部无活瓣，主要原料为原土及少量水泥浆（或干粉），属于就地取材的非挤密型水泥土墙。成型装置随不同工程对防水止渗及挡土要求的不同可以有多种矩形截面。图2截面为600mmx200mm。
图2水泥土地下截水帷幕固结状图
（1）单壁式幕体施工工艺是应用最多的形式，因幕体较薄，主要用于截水止渗，对于挡土应配合刚性支护使用。
（2）丁字形、门形止水帷幕施工工艺可以大大增强截面的抗弯能力，适应于基坑开挖较深的情况，即可防水止渗又有挡土功效，并可减少所需支撑。
（3）轿形止水帷幕施工工艺 将单壁式和门型幕体组合而形成截面为轿形的地下止水帷幕，大大增加截面抗弯性能，并可使帷幕结构的自立稳定性显著提高，经济性好，如将成型装置端进入坑底适当深度，挡土、截水、抗渗功能特别强，可用于大型建筑的深基坑。
（4）重力式止水帷幕施工工艺是以原土为主要材料的非挤密性水泥土单壁式并列两排以上组合形成厚度≮1.0m的重力式地下止水帷幕。这种止水帷幕本身由于成型装置端进入持力层，具有很大自立稳定性，如果压入骨料，用于开挖深度不大于7m的基坑的挡土和抗渗经济实惠。另外用于条形地基的加固，也非常经济快捷，安全。
（5）作为矩形复合桩。使用单个成型装置可直接作为矩形复合桩使用在建筑物桩基中，与上部有特定形状要求的结构有效链接。按桩基施工工艺、桩基技术规范施工。
3 水泥土地下截水帷幕的设计和总体质量控制
3.1水泥土地下截水帷幕设计原则
水泥土止水帷幕的外荷载应包括止水帷幕顶荷载、止水帷幕自重、止水帷幕后土面超载、坑外止水帷幕高度的主动土压力、水压力、坑底以下被动土压力，不考虑地震荷载，荷载确定后厚度达1m以上可参照重力式挡土墙进行计算，小于1m可按板面计算，并应验算抗渗性能：即先根据止水帷幕所处条件拟定截面尺寸（指止水帷幕高度、宽度、插入坑底深度等），然后对止水帷幕进行抗颠覆、抗滑移、稳定性验算，对于基坑，还要作地基承载力验算，基坑抗底部隆起、整体稳定性、抗渗性（抗管涌）的计算。止水帷幕厚度小于800mm,应配合支护桩或在水泥土桩幕体中压入骨架，也可采用抗弯性好、自立稳定性高的丁字形、门形、轿形等幕体形式作为一般挡土墙使用，由于水泥土幕体止渗作用好，止水帷幕前后土的抗剪强度指标C,φ值宜采用不固结不排水（UU）剪切实验求得，对于软土求得的φ值可能很小，可根据地区经验适当提高。在较深软土中，应注意墙跐地基产生过大的塑性变形导致幕体变形过大或失稳。
3.2地下截水帷幕作为抗渗截水功能时其设计参数的选择
水泥土地下截水帷幕主要用于基坑防渗截水方面时，截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求，截水帷幕的渗透系数宜小于1.0*10-6cm/s。
落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按下式计算：
式中，为帷幕插入不透水层的深度；为作用水头；为帷幕厚度。
在抗渗方面，要求幕体单位面积最大渗水量小于单位面积容许渗水量，即
式中，为幕体单位面积最大渗水量，cm3/s，可按下式确定：
式中，为水泥土渗透系数，可通过试验确定；为水力坡降，，
其中为基坑内外水位差，为幕体厚度; 为单位换算面积(按lmхlm的单位面积换算)；为确定依据工程设计的排水能力所确定的单位面积容许渗水量，cm3/s；由此可得水泥土墙的厚度计算公式为：
当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。
当上部为不透水层，坑底下某深度处有承压水层时，基坑底抗渗流稳定性可按下式计算：
式中，为透水层以上土饱和重度（g/cm3），为透水层顶面距基坑底面的深度（m），为含水层水压力（kPa）。
当基坑内外存在水头差时，粉土和砂土应进行抗渗稳定性验算，渗透的水力梯度不应超过临界水力梯度。
当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土层稳定。
3.3水泥浆或干粉量掺入量的设定
水泥浆或干粉量的掺入量多少直接影响地下截水帷幕总体质量。干粉量按成型装置内土体积比计算，一般水泥干粉为50kg/m3被加固土体，水泥浆为0.4~0.5水灰比浆液110kg/m3被加固土体，具体还应根据现场岩土性质、地下工程水文地质并经掺入量试验确定。
4静压地下幕段的压力控制及静力桩机选型
（1）成型装置的压入施工可参照静压预制混凝土桩施工进行设计计算，压入成型装置时总阻力为土层极限侧阻力+土层极限端阻力+导向体摩擦力―桩机沉台自重，总阻力Qu可按下式计算：Qu= Qs+Qp =u∑qsiLi +qpAp + μap -pg
式中： Qu——单个成型装置竖向极限总阻力特征值，KN；
Ap——成型装置端面积，m2；
Qp——极限端阻力标准值，KPa；
qs——极限侧阻力特征值，KPa
qsi——成型装置周第i 层土的极限侧阻力特征值，KPa；
u——成型装置身周长，m；
Li——成型装置周第i 层土厚度，m；
μ——导向体摩阻力值，KPa
ap——导向体面积，m2
pg——桩机沉台自重，Kpa
值得说明的是，成型装置压入时，由于快速剪切土体，主要阻力体现在端土，将侧阻力按土层极限值计算偏保守。施工前必须根据工程地质资料和工程具体要求，选择静力压桩机机型，其静力桩机总重应为计算得出Qu值的1.1倍，比较稳妥。
（2）提升成型装置。成型装置压入预定土层后，由于土体的固结时效作用，产生静吸附力，瞬间抗拔力比压入时显著增高，一般可达到压力值的3倍以上，硬黏土中更为突出。但拔动后即转入动吸附力状态，而动吸附力约为静吸附力的10%左右，提升阻力显著降低，由于这个原因，成型装置的入土深度受到挑战，也就是地下幕段的高度受到制约。为解决这个难题，我们在导向体中安置了多组高频振动器，振动器引起的振幅也就是人为的将静吸附状态转为动吸附状态，可有效减少提升阻力，同时对混凝土或水泥土也起到了非常好的振动密实作用，使幕体更密实，强度明显提高。成型装置在黏土中入土深度已达到≦50m。值得说明的是，振动虽对提拔成型装置极为有利，但振动过大时间过长也会引起水泥土的离析现象，在时间和振频、振幅方面应采用可调控设置。
为了使成型装置在巨大夹持力及压拔力等复杂受力状况下不易变形，除了增加静力桩机夹持钳口与成型装置触压面积外，长边＞0.5m的成型装置内设钢支撑板，上下板间距与静力桩机压桩缸一个行程正好吻合，保证每次夹持钳口正好位于支撑板处，以增强成型装置钢板的抗变形能力，从而提高桩机的压拔功效。成型装置带振动器支座凸形导向体，带振动器支座振凹形导向体中，设有多组高频振动器，高频振动器目前国内有效振动深度可达50m，采用激振力达13kN，振频197Hz,振幅为1.2mm的高频振动器，这对压入特别是提升以及水泥土或混凝土的密实度是十分有利的，但要控制过振造成混凝土离析。由于成型装置导向体是通长设置，则振动器也可根据需要增减。所以，本成型装置和工法提高了在用静力桩机压拔功能，使入土深度已达到50m。
5 结论
（1）通过对水泥土地下截水帷幕静压成型原理和工艺的介绍，分析了与水泥土搅拌桩的不同之处，显示了其优越性。
（2）通过对静压水泥土地下截水帷幕无隙对接成型“三定一体”工法原理的介绍进一步说明“三定一体”工法的优越性，并得出了用于各种工程实际的新型工艺。
（3）给出了静压水泥土地下截水帷幕设计参数以及总体质量控制标准，为其工程应用提供理论依据。
（4）静压地下幕段的压力控制及静力桩机选型关系到地下水泥土截水帷幕成型质量。建议安装高频振动器解决提升成型装置困难的问题。
参考文献
[1] 徐芝纶.弹性力学(上册)[M].北京:人民教育出版社, 1982.(XU Zhi-lun. Elasticity (volume one) [M]. Beijing: People Education Press, 1982.)
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://www.lubanwang.com/a_20130614204241.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
[摘要] 通过对发明专利《水泥土地下截水帷幕静压式成型装置及方法》（专利号200910230169.5）的成型原理以及工艺的进一步研究，比较了其与水泥土桩的优缺点，得出了水泥土地下截水帷幕理论计算公式，为其应用于工程实践提供理论依据。
[关键词]水泥土；地下截水帷幕；静压；工作原理；工艺；
[中图分类号]TU473.1 [文献标识码] A [文章编号]
The jacked molding principle and technology of cement-soil underground restrainting water tent
Kou hailei1, Ouyangganlin2
(1.Qingdao Technological University,Qingdao 266033,2.Qingdaojingli Engineering Co.Lit,Qingdao 266071)
Abstract:Through the further research of the molding principle and technology of the invent patent《The jacked molding device and method of cement-soil underground restraing water tent》(Patent number200910230169.5),we compare the advantages and disadvantages with the cement-soil pile and propose the computational formula of cement-soil underground restrainting water tent in theory.It supplies the theory sustain to the practise applition .
Keywords:cement-soil;underground restraintng water tent;jacked;operation principle; technology；
1 引言
水泥土地下截水帷幕是在发明专利《水泥土地下截水帷幕静压式成型装置及方法》（专利号200910230169.5）基础上，借助于静压式成型装置而形成的用于基坑防渗截水的在固定容器内就地取材搅拌成型的截水帷幕。水泥土地下截水帷幕静压成型原理，关键为一种地下截水帷幕静压成型装置。如图1所示。
本装置利用静力桩机将其压入土层过程，相应的岩土量被挤入成型装置内腔，安装在成型装置内的搅拌器，随同成型装置的压入而转动。搅拌轴下部一小段距离设有螺旋叶片，该螺旋叶片带有钻进和输送功能，主要是辅助成型装置的压入及将进入成型装置内土迅速往上部输送；搅拌轴上部为强度很高的一字形叶片，这部分的
主要功能是将进入成型装置内的土块打碎并强制性搅拌使不同性质岩土拌合均匀。根据岩土的性质，预先设计搅拌时间、喷射量，待成型装置内腔岩土被搅拌（打碎）成大小均匀的颗粒后，搅拌轴开始反转并喷射浆液或干粉，桩机夹持成型装置同时缓慢提升成型装置底端露出地面直至脱离另一成型装置导向体，—单元段幕体形成。由于成型装置的容积率是定量的，进入内腔的土量和设计水泥掺入量也是相对定量的，则定量的固化剂与定量的土颗粒在定量的容积内有效拌和（简称为三定），好像一定配比的石子、砂、水泥、水在混凝土搅拌筒内进行搅拌一样，基本不受周围环境的影响，固化剂与土颗粒凝结后所形成的固结体必然是符合预设水泥土配比、体形均匀和轮郭尺寸一致、强度理想的一种幕体状固结体（简称为一体）。
图1地下截水帷幕静压成型装置
在基坑防渗截水方面，目前用得最普遍的方法是水泥土搅拌桩（简称水泥土桩）。与水泥土搅拌桩相比，静压式水泥土地下截水帷幕具有如下优点：
1．环保效应好。主机为静力桩机，搅拌器为液压马达，无振动、无排放、无污染，所有搅拌、喷射、混合包含混凝土的振动成形等一系列工作均在土层深处的成型装置内完成，不影响周围环境，也不被外围因素所影响。
2．止水帷幕质量可靠。岩土性质变化万千，地层埋藏、水文地质条件的复杂性和不均匀性，往往造成勘察数据的离散性大，或桩体设计变强度时，以及尚未被探明的空洞、暗沟、通道等，这对其他形式的止水帷幕桩成桩质量会有很大影响，但相对于本成型技术，进入成型装置内的土如同将定量的砂石水泥放进混凝土搅拌机的搅拌桶内一样，搅拌固化过程基本不受环境干扰而搅拌非常均匀，整体性好，解决了水泥土桩质量的离散性问题。单元段帷幕之间结合面靠机械导向体自行控制，影响成型质量的人为因素被排除，遇含水量大、有空洞的土层可采取添加速凝剂，喷射干粉，稍微停留后再拔起等方法，对止水帷幕成型质量仍有保障。特别是压入成型装置的最终压力、深度一目了然。
3.使用范围广泛。只要能压预制桩（包括预应力管桩）的岩土地基，均可以采用本技术和工艺。
4.施工工艺方便简捷。现有水泥土桩，都是单桩分别成型，桩与桩的结合面是靠桩体重叠一部分来达到密封性，这工法有以下几个不利因素：(1)施工机械因移动频繁而定位烦琐，遇岩土指标差异较大时成桩能力下降明显，不易处理；(2)岩土性质、水文地质的变化影响喷射固化柱体直径的均匀性而减低咬合密闭性，要求工程技术人员跟班随时处理；(3)设计变掺量的喷射或冒浆处理，要求操作人员凭经验准确判断比较困难。水泥土地下截水帷幕静压成型装置，要求施工时两个装置组合工作，幕体轴线长度为1.2m,单元段幕体与单元段幕体之间结合面的密闭性由机械自行控制形成紧密咬合，不需要操作人员太多经验，操作简单快捷。
5.缩短施工周期。
(1)静力桩机压入速度比深层搅拌机械及旋喷机械进尺快得多，并不需复搅复喷，“三定一体”一次成型；同等工程地质条件其成型速度为：搅拌桩的1.3倍；旋喷桩的16倍。
(2)止水帷幕的有效宽度沿轴线方向为0.6m，搅拌桩一般成型直径0.5m左右，但有效宽度一般为0.35m,其余为重叠部分，旋喷桩成桩直径较大，但有效宽度一般为直径的80%，且需先钻孔后置喷射管，喷射搅拌时间比其它桩型相对长；
(3)静力桩机驾驶室内设有全方位水平仪，调平对中快捷方便准确，操作人员劳动强度低，而搅拌机毎移动一次都要定位校中，比较耗时，操作人员劳动强度高。
2 静压水泥土地下截水帷幕无隙对接成型“三定一体”工法
2.1“三定一体”工法 原理
本工法是利用全液压静力压桩机巨大的夹持力形成的既可压又可拔的功能，采用了全新概念的组合式幕段成型装置，让水泥土在一个预先设定形状体积的容器中搅拌混合成形。而后每次只拔出前进方向后面的一只成型装置，将留在土中另一只成型装置作为基准导向，依次循环压拔而形成结合面紧密连接的地下水泥土止水帷幕。
2.2“三定一体”工法具体实施工艺 （1）由两个以上同型号的成型装置组合实施，是靠成型装置与成型装置外缘凸凹形导向体进行导向和咬合，机械性控制单元段幕体之间结合面的紧密咬合；
（2）使用全液压静力桩机夹持压入预定土层，在压入过程中相应的岩土量被挤入成型装置内腔，安装在成型装置内的搅拌器，随同成型装置的压入而转动，将进入成型装置内的土块打碎并强制性搅拌使不同性质岩土拌合均匀。
（３）根据岩土的性质，预先设计搅拌时间、喷射量，在固定容积的成型装置内，将土体搅拌成均匀的颗粒后，在不受周围环境的影响条件下，固化剂与土颗粒凝结后形成符合预设水泥土配比、体形均匀和轮郭尺寸一致、强度理想的矩形状。
（4）实现无污染，无噪音，无泥浆排放，保护环境。
（5）经济适用，比水泥土桩组合强度提高较大,止水帷幕整体性好、质量无离散性，节省工期，节约大量水泥（或其他固化剂），同等有效防水止渗面积固化体积比率：为搅拌桩的1/2.8；旋喷桩的1/5；同等有效防水止渗面积水泥耗量比：为搅拌桩的1/2.7；旋喷桩的1/11，同等地质条件下桩体进尺比：为搅拌桩的1.3倍，旋喷桩的16倍。
2.3“三定一体”工法 成型工艺
作为防水止渗功能的水泥土地下截水帷幕静压装置端部无活瓣，主要原料为原土及少量水泥浆（或干粉），属于就地取材的非挤密型水泥土墙。成型装置随不同工程对防水止渗及挡土要求的不同可以有多种矩形截面。图2截面为600mmx200mm。
图2水泥土地下截水帷幕固结状图
（1）单壁式幕体施工工艺是应用最多的形式，因幕体较薄，主要用于截水止渗，对于挡土应配合刚性支护使用。
（2）丁字形、门形止水帷幕施工工艺可以大大增强截面的抗弯能力，适应于基坑开挖较深的情况，即可防水止渗又有挡土功效，并可减少所需支撑。
（3）轿形止水帷幕施工工艺 将单壁式和门型幕体组合而形成截面为轿形的地下止水帷幕，大大增加截面抗弯性能，并可使帷幕结构的自立稳定性显著提高，经济性好，如将成型装置端进入坑底适当深度，挡土、截水、抗渗功能特别强，可用于大型建筑的深基坑。
（4）重力式止水帷幕施工工艺是以原土为主要材料的非挤密性水泥土单壁式并列两排以上组合形成厚度≮1.0m的重力式地下止水帷幕。这种止水帷幕本身由于成型装置端进入持力层，具有很大自立稳定性，如果压入骨料，用于开挖深度不大于7m的基坑的挡土和抗渗经济实惠。另外用于条形地基的加固，也非常经济快捷，安全。
（5）作为矩形复合桩。使用单个成型装置可直接作为矩形复合桩使用在建筑物桩基中，与上部有特定形状要求的结构有效链接。按桩基施工工艺、桩基技术规范施工。
3 水泥土地下截水帷幕的设计和总体质量控制
3.1水泥土地下截水帷幕设计原则
水泥土止水帷幕的外荷载应包括止水帷幕顶荷载、止水帷幕自重、止水帷幕后土面超载、坑外止水帷幕高度的主动土压力、水压力、坑底以下被动土压力，不考虑地震荷载，荷载确定后厚度达1m以上可参照重力式挡土墙进行计算，小于1m可按板面计算，并应验算抗渗性能：即先根据止水帷幕所处条件拟定截面尺寸（指止水帷幕高度、宽度、插入坑底深度等），然后对止水帷幕进行抗颠覆、抗滑移、稳定性验算，对于基坑，还要作地基承载力验算，基坑抗底部隆起、整体稳定性、抗渗性（抗管涌）的计算。止水帷幕厚度小于800mm,应配合支护桩或在水泥土桩幕体中压入骨架，也可采用抗弯性好、自立稳定性高的丁字形、门形、轿形等幕体形式作为一般挡土墙使用，由于水泥土幕体止渗作用好，止水帷幕前后土的抗剪强度指标C,φ值宜采用不固结不排水（UU）剪切实验求得，对于软土求得的φ值可能很小，可根据地区经验适当提高。在较深软土中，应注意墙跐地基产生过大的塑性变形导致幕体变形过大或失稳。
3.2地下截水帷幕作为抗渗截水功能时其设计参数的选择
水泥土地下截水帷幕主要用于基坑防渗截水方面时，截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求，截水帷幕的渗透系数宜小于1.0*10-6cm/s。
落底式竖向截水帷幕应插入下卧不透水层，其插入深度可按下式计算：
式中，为帷幕插入不透水层的深度；为作用水头；为帷幕厚度。
在抗渗方面，要求幕体单位面积最大渗水量小于单位面积容许渗水量，即
式中，为幕体单位面积最大渗水量，cm3/s，可按下式确定：
式中，为水泥土渗透系数，可通过试验确定；为水力坡降，，
其中为基坑内外水位差，为幕体厚度; 为单位换算面积(按lmхlm的单位面积换算)；为确定依据工程设计的排水能力所确定的单位面积容许渗水量，cm3/s；由此可得水泥土墙的厚度计算公式为：
当地下含水层渗透性较强，厚度较大时，可采用悬挂式竖向截水与坑内井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。
当上部为不透水层，坑底下某深度处有承压水层时，基坑底抗渗流稳定性可按下式计算：
式中，为透水层以上土饱和重度（g/cm3），为透水层顶面距基坑底面的深度（m），为含水层水压力（kPa）。
当基坑内外存在水头差时，粉土和砂土应进行抗渗稳定性验算，渗透的水力梯度不应超过临界水力梯度。
当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土层稳定。
3.3水泥浆或干粉量掺入量的设定
水泥浆或干粉量的掺入量多少直接影响地下截水帷幕总体质量。干粉量按成型装置内土体积比计算，一般水泥干粉为50kg/m3被加固土体，水泥浆为0.4~0.5水灰比浆液110kg/m3被加固土体，具体还应根据现场岩土性质、地下工程水文地质并经掺入量试验确定。
4静压地下幕段的压力控制及静力桩机选型
（1）成型装置的压入施工可参照静压预制混凝土桩施工进行设计计算，压入成型装置时总阻力为土层极限侧阻力+土层极限端阻力+导向体摩擦力―桩机沉台自重，总阻力Qu可按下式计算：Qu= Qs+Qp =u∑qsiLi +qpAp + μap -pg
式中： Qu——单个成型装置竖向极限总阻力特征值，KN；
Ap——成型装置端面积，m2；
Qp——极限端阻力标准值，KPa；
qs——极限侧阻力特征值，KPa
qsi——成型装置周第i 层土的极限侧阻力特征值，KPa；
u——成型装置身周长，m；
Li——成型装置周第i 层土厚度，m；
μ——导向体摩阻力值，KPa
ap——导向体面积，m2
pg——桩机沉台自重，Kpa
值得说明的是，成型装置压入时，由于快速剪切土体，主要阻力体现在端土，将侧阻力按土层极限值计算偏保守。施工前必须根据工程地质资料和工程具体要求，选择静力压桩机机型，其静力桩机总重应为计算得出Qu值的1.1倍，比较稳妥。
（2）提升成型装置。成型装置压入预定土层后，由于土体的固结时效作用，产生静吸附力，瞬间抗拔力比压入时显著增高，一般可达到压力值的3倍以上，硬黏土中更为突出。但拔动后即转入动吸附力状态，而动吸附力约为静吸附力的10%左右，提升阻力显著降低，由于这个原因，成型装置的入土深度受到挑战，也就是地下幕段的高度受到制约。为解决这个难题，我们在导向体中安置了多组高频振动器，振动器引起的振幅也就是人为的将静吸附状态转为动吸附状态，可有效减少提升阻力，同时对混凝土或水泥土也起到了非常好的振动密实作用，使幕体更密实，强度明显提高。成型装置在黏土中入土深度已达到≦50m。值得说明的是，振动虽对提拔成型装置极为有利，但振动过大时间过长也会引起水泥土的离析现象，在时间和振频、振幅方面应采用可调控设置。
为了使成型装置在巨大夹持力及压拔力等复杂受力状况下不易变形，除了增加静力桩机夹持钳口与成型装置触压面积外，长边＞0.5m的成型装置内设钢支撑板，上下板间距与静力桩机压桩缸一个行程正好吻合，保证每次夹持钳口正好位于支撑板处，以增强成型装置钢板的抗变形能力，从而提高桩机的压拔功效。成型装置带振动器支座凸形导向体，带振动器支座振凹形导向体中，设有多组高频振动器，高频振动器目前国内有效振动深度可达50m，采用激振力达13kN，振频197Hz,振幅为1.2mm的高频振动器，这对压入特别是提升以及水泥土或混凝土的密实度是十分有利的，但要控制过振造成混凝土离析。由于成型装置导向体是通长设置，则振动器也可根据需要增减。所以，本成型装置和工法提高了在用静力桩机压拔功能，使入土深度已达到50m。
5 结论
（1）通过对水泥土地下截水帷幕静压成型原理和工艺的介绍，分析了与水泥土搅拌桩的不同之处，显示了其优越性。
（2）通过对静压水泥土地下截水帷幕无隙对接成型“三定一体”工法原理的介绍进一步说明“三定一体”工法的优越性，并得出了用于各种工程实际的新型工艺。
（3）给出了静压水泥土地下截水帷幕设计参数以及总体质量控制标准，为其工程应用提供理论依据。
（4）静压地下幕段的压力控制及静力桩机选型关系到地下水泥土截水帷幕成型质量。建议安装高频振动器解决提升成型装置困难的问题。
参考文献
[1] 徐芝纶.弹性力学(上册)[M].北京:人民教育出版社, 1982.(XU Zhi-lun. Elasticity (volume one) [M]. Beijing: People Education Press, 1982.)
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://www.lubanwang.com/a_20130614204241.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
