水泥攪拌樁在水利工程中的運用
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摘要：介紹軟土地基的特點及危害，水泥攪拌樁的優(yōu)點和設(shè)計方法，通過工程實例，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、黏性土以及無流動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及無工程經(jīng)驗的地區(qū)，必須通過現(xiàn)場試驗來確定其適用性。
3軟土地基的特點及危害
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)境中沉積下來并經(jīng)生物化學(xué)作用后形成的。軟土在我國沿海地區(qū)分布較廣，而歸屬于長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時為淤泥，天然孔隙比大于1，小于1.5時為淤泥質(zhì)土。正因為軟土具有高含水率、高壓縮性、高靈敏度、低強度等特性，容易導(dǎo)致加載后變形大或者產(chǎn)生滑動破壞等問題。
4水泥攪拌樁的優(yōu)點
水泥攪拌樁的優(yōu)點：（1）施工時無振動、噪聲及污染，且不會對周邊地基產(chǎn)生側(cè)擠效應(yīng)，所以對周圍現(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)的特點和對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攪拌混合，充分地利用了原土和地下水，且不需另加水分；（4）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。
5水泥攪拌樁的設(shè)計
水泥攪拌樁設(shè)計主要是確定樁長、置換率及水泥摻量。水泥一般采用強度等級為32.5級及以上的水泥，對于單、雙軸水泥攪拌樁的水泥摻量的取值范圍一般為13%~15%，而對于三軸水泥攪拌樁的水泥摻量的取值范圍一般為20%~22%。對于濕法中的單、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。通過上部結(jié)構(gòu)對承載能力及變形要求來確定豎向水泥攪拌樁的長度及置換率，并且最好穿透軟弱土層至承載力相對高的土層。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)該通過現(xiàn)場載荷試驗來確定，對于初設(shè)時可通過單樁極限承載力或復(fù)合地基承載力計算公式來估算，并且應(yīng)該滿足由樁身材料強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)用實例
6.1實例一
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。故需要對泵閘基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，經(jīng)計算，泵閘底板基礎(chǔ)采用樁徑為700mm，樁間距1.50m，樁長為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，樁長為6.0m的水泥攪拌樁。
6.2實例二
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)建筑物對基礎(chǔ)的沉降及位移要求較高，所以本工程對基坑采取圍護(hù)措施。根據(jù)DG/TJ08-61—2010《基坑工程設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，基坑工程安全等級為三級，環(huán)境保護(hù)等級為三級。設(shè)計采用SMW工法支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計原地面按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
施工注意事項包括以下幾方面：（1）施工準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場要先前做場地要整平，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。所有機(jī)械都要合理布置，保證機(jī)械的性能。（2）成樁試驗。施工前應(yīng)該根據(jù)設(shè)計要求做成樁試驗，數(shù)量不得小于2根，以確定各項施工參數(shù)。（3）施工注重點。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，攪拌時間等都要嚴(yán)格控制。
7.2施工質(zhì)量控制及質(zhì)量檢驗
7.2.1質(zhì)量控制。質(zhì)量控制從以下幾個方面進(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)無離析現(xiàn)象，且放置時間不宜超過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)場施工時應(yīng)對漿液拌制、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）噴漿施工過程中，攪拌機(jī)施工至地面以下2m左右時提升速度應(yīng)減慢；停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計標(biāo)高500mm；（5）施工時如果噴漿量不足使得該樁失去設(shè)計功效時，須在旁邊補一根新樁，補樁施工與其他樁的施工質(zhì)量相同；（6）施工結(jié)束并經(jīng)檢驗合格后，方可進(jìn)行下一道工序。7.2.2質(zhì)量檢驗。質(zhì)量檢驗包括以下幾個方面：（1）質(zhì)檢項目。其中主控項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、樁體強度、地基承載力；一般項目包括樁頂和樁底標(biāo)高、樁位偏差、樁徑、垂直度及搭接長度。（2）無側(cè)限抗壓強度試驗?？稍跇额^截取試塊或鉆取樁芯做無側(cè)限抗壓強度試驗，宜在樁頂以下1m處鉆取，每單元檢測數(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；無側(cè)限抗壓強度不應(yīng)低于設(shè)計值。（3）承載力檢驗。承載力檢驗可用單樁或復(fù)合地基載荷試驗方法檢驗。荷載試驗應(yīng)在成樁28d后進(jìn)行，檢驗點的數(shù)量不小于總樁數(shù)的1%，且每單元不得少于3點，承載力不應(yīng)低于設(shè)計值。
8結(jié)語
可靠、耐久性好等優(yōu)點，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
