水泥攪拌樁在水利工程中的運(yùn)用

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摘要：介紹軟土地基的特點(diǎn)及危害，水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，通過(guò)工程實(shí)例，介紹水泥攪拌樁的施工應(yīng)用，為相關(guān)工程提供參考。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；軟土地基；應(yīng)用

1定義

水泥攪拌樁是軟基處理的一種有效形式，它利用水泥或石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基，以達(dá)到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的[1]。

2適用范圍

該工藝主要用于軟土地基的處理。適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉性土、素填土、黏性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%、大于70%或地下水的pH小于4時(shí)不宜采用干法；當(dāng)用于處理有機(jī)質(zhì)土、塑性指數(shù)Ip大于25的黏土、地下水具有腐蝕性時(shí)及無(wú)工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定其適用性。

3軟土地基的特點(diǎn)及危害

軟土主要是指濱海相、三角洲相和湖沼相沉積的淤泥質(zhì)土或者是具有高靈敏度、高壓縮性、低強(qiáng)度的其他類型土，其多數(shù)屬于高液限的細(xì)粒土，一般在靜水或者緩流環(huán)境中沉積下來(lái)并經(jīng)生物化學(xué)作用后形成的。軟土在我國(guó)沿海地區(qū)分布較廣，而歸屬于長(zhǎng)江三角洲的上海就是軟土地區(qū)的典型代表。軟土的天然含水率一般大于液限且孔隙比大于1，當(dāng)天然孔隙比大于1.5時(shí)為淤泥，天然孔隙比大于1，小于1.5時(shí)為淤泥質(zhì)土。正因?yàn)檐浲辆哂懈吆?、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度等特性，容易導(dǎo)致加載后變形大或者產(chǎn)生滑動(dòng)破壞等問(wèn)題。

4水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)

水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)：（1）施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、噪聲及污染，且不會(huì)對(duì)周邊地基產(chǎn)生側(cè)擠效應(yīng)，所以對(duì)周圍現(xiàn)有建筑物影響很小，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進(jìn)行施工；（2）可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和對(duì)地基承載力及變形的要求，靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固方法；（3）水泥攪拌樁將固化劑和地基軟土就地?cái)嚢杌旌?，充分地利用了原土和地下水，且不需另加水分；?）水泥攪拌樁形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復(fù)合地基、圍護(hù)擋墻、被動(dòng)區(qū)加固、防滲帷幕、洞門加固等。（5）與鋼筋混凝土樁相比，能節(jié)省大量鋼材從而降低工程造價(jià)。

5水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)

水泥攪拌樁設(shè)計(jì)主要是確定樁長(zhǎng)、置換率及水泥摻量。水泥一般采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)及以上的水泥，對(duì)于單、雙軸水泥攪拌樁的水泥摻量的取值范圍一般為13%~15%，而對(duì)于三軸水泥攪拌樁的水泥摻量的取值范圍一般為20%~22%。對(duì)于濕法中的單、雙軸水泥攪拌樁加固深度一般不大于20m，三軸水泥攪拌樁加固深度一般不大于35m，而干法的加固深度一般不大于15m，其樁徑不小于500mm。通過(guò)上部結(jié)構(gòu)對(duì)承載能力及變形要求來(lái)確定豎向水泥攪拌樁的長(zhǎng)度及置換率，并且最好穿透軟弱土層至承載力相對(duì)高的土層。豎向水泥攪拌樁的單樁極限承載力或復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)來(lái)確定，對(duì)于初設(shè)時(shí)可通過(guò)單樁極限承載力或復(fù)合地基承載力計(jì)算公式來(lái)估算，并且應(yīng)該滿足由樁身材料強(qiáng)度確定的承載力不小于由樁周土所提供的承載力[1]。

6工程應(yīng)用實(shí)例

6.1實(shí)例一

閔行區(qū)沙溪圩區(qū)茜浦涇泵閘位于茜浦涇支河入六磊塘河口處，泵閘底板底高程為-1.50m，位于灰色砂質(zhì)粉土上，按該層作為持力層，經(jīng)計(jì)算，所有工況下泵閘抗滑、抗浮、地基不均勻系數(shù)以及地基承載力均滿足規(guī)范要求。但是泵閘持力層下存在軟弱下臥層灰色淤泥質(zhì)黏土，同時(shí)基礎(chǔ)下持力層厚度與基礎(chǔ)寬度之比小于0.5且大于0.25，故需考慮軟弱下臥層的影響。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的淤泥質(zhì)黏土層土的允許承載力[R]＝50kPa，經(jīng)復(fù)核，地基允許承載力[R']＝66.6kPa，小于地基壓應(yīng)力，不滿足地基承載力要求。故需要對(duì)泵閘基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，經(jīng)計(jì)算，泵閘底板基礎(chǔ)采用樁徑為700mm，樁間距1.50m，樁長(zhǎng)為6.0m的水泥攪拌樁后，地基承載力大于地基壓應(yīng)力，滿足規(guī)范要求，地基沉降量為45mm，小于允許值150mm，也滿足規(guī)范要求。同時(shí)泵閘基礎(chǔ)位于灰色砂質(zhì)粉土，在水力作用下，砂質(zhì)粉土極易產(chǎn)生流沙、管涌等不利地質(zhì)條件，故在底板上下游段采用密排樁徑700mm，樁長(zhǎng)為6.0m的水泥攪拌樁。

6.2實(shí)例二

靜安區(qū)徐家宅河泵閘位于徐家宅河入東茭涇河口處，泵閘北側(cè)為國(guó)藥集團(tuán)醫(yī)藥物流有限公司，南側(cè)為DS4S店，兩側(cè)建筑物離泵閘距離均約為9m。泵閘地面高程約4.2m，其主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底高程-0.80m，由此可知，基坑深度約5.0m，由于兩側(cè)建筑物對(duì)基礎(chǔ)的沉降及位移要求較高，所以本工程對(duì)基坑采取圍護(hù)措施。根據(jù)DG/TJ08-61—2010《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，基坑工程安全等級(jí)為三級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為三級(jí)。設(shè)計(jì)采用SMW工法支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)原地面按1∶2.0坡開挖至4.0m，設(shè)1排水溝，采用準(zhǔn)850mm，間距650mm，樁長(zhǎng)L=12m的三軸水泥攪拌樁支護(hù)，插二跳一設(shè)置H700mm×300mm型鋼，樁頂設(shè)C30鋼筋混凝土冠梁（1200mm×800mm），采用直徑609mm鋼管撐。

7水泥攪拌樁施工

7.1施工注意事項(xiàng)

施工注意事項(xiàng)包括以下幾方面：（1）施工準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場(chǎng)要先前做場(chǎng)地要整平，清除地上和地下的所有障礙物，在有明浜或者有坑洼的地方應(yīng)先清淤再回填黏性土并夯實(shí)。所有機(jī)械都要合理布置，保證機(jī)械的性能。（2）成樁試驗(yàn)。施工前應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求做成樁試驗(yàn)，數(shù)量不得小于2根，以確定各項(xiàng)施工參數(shù)。（3）施工注重點(diǎn)。主要是工藝流程控制，在水泥攪拌樁開鉆之前確保所有管道都干凈，不能有堵塞，所有施工都要符合規(guī)范要求，每根樁柱水泥用量，攪拌時(shí)間等都要嚴(yán)格控制。

7.2施工質(zhì)量控制及質(zhì)量檢驗(yàn)

7.2.1質(zhì)量控制。質(zhì)量控制從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）漿液拌制必須按預(yù)定配合比進(jìn)行，拌制好的漿液應(yīng)無(wú)離析現(xiàn)象，且放置時(shí)間不宜超過(guò)2h；（2）泵送前，應(yīng)保持管路處于潮濕狀態(tài)以便漿液順利輸入，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)對(duì)漿液拌制、泵送全程進(jìn)行記錄；（3）施工中供漿必須連續(xù)，如果因不可抗因素停漿，為避免斷樁，應(yīng)將噴漿攪拌機(jī)放置在停漿面以下1.0m處，等供漿回復(fù)正常后再噴漿提升；（4）噴漿施工過(guò)程中，攪拌機(jī)施工至地面以下2m左右時(shí)提升速度應(yīng)減慢；停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高500mm；（5）施工時(shí)如果噴漿量不足使得該樁失去設(shè)計(jì)功效時(shí)，須在旁邊補(bǔ)一根新樁，補(bǔ)樁施工與其他樁的施工質(zhì)量相同；（6）施工結(jié)束并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下一道工序。7.2.2質(zhì)量檢驗(yàn)。質(zhì)量檢驗(yàn)包括以下幾個(gè)方面：（1）質(zhì)檢項(xiàng)目。其中主控項(xiàng)目包括水泥及外摻劑等原料的質(zhì)量、水泥摻量和漿液配比、提升噴漿速度、樁體強(qiáng)度、地基承載力；一般項(xiàng)目包括樁頂和樁底標(biāo)高、樁位偏差、樁徑、垂直度及搭接長(zhǎng)度。（2）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。可在樁頭截取試塊或鉆取樁芯做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，宜在樁頂以下1m處鉆取，每單元檢測(cè)數(shù)量不小于3根樁。水泥土試塊的齡期：基礎(chǔ)樁90d，支護(hù)樁28d；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)值。（3）承載力檢驗(yàn)。承載力檢驗(yàn)可用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn)方法檢驗(yàn)。荷載試驗(yàn)應(yīng)在成樁28d后進(jìn)行，檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不小于總樁數(shù)的1%，且每單元不得少于3點(diǎn)，承載力不應(yīng)低于設(shè)計(jì)值。

8結(jié)語(yǔ)

可靠、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的軟土地基處理方法，值得廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]唐旭東,方萍.小議水利工程中軟基處理的水泥攪拌樁施工技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(2):63.

作者:葉睿 單位:上海宏波工程咨詢管理有限公司