水泥土攪拌樁在雁洲水閘工程中的應(yīng)用

　　摘要：水泥土攪拌樁法的加固機(jī)理是利用水泥、石灰等材料做為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)器將固化劑（漿液或粉末）噴入軟土地基的深層，經(jīng)攪拌，使土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，改變?cè)瓲钔恋慕Y(jié)構(gòu)，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的地基土，以達(dá)到軟弱地基加固目的。本文舉了一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞：水泥土攪拌樁 深層攪拌法 雁洲水閘

　　1 工程概況

　　雁洲水閘位于廣州市番禺區(qū)，采用開敞式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要由閘室、內(nèi)外河側(cè)翼墻、海漫等組成。經(jīng)過計(jì)算閘室段平均基底應(yīng)力90.0 kPa大于天然地基承載力60.0 kPa，并且沉降量大，需要進(jìn)行地基處理（巖土層見圖1，巖土層物理力學(xué)指標(biāo)見表）。根據(jù)廣州市以往河涌整治的一般經(jīng)驗(yàn)：對(duì)基礎(chǔ)處理厚度小于3.0m的軟弱土層，采用換砂墊層方案；對(duì)基礎(chǔ)處理厚度不大（3～5m）的軟弱土層，采用松木樁方案處理；對(duì)基礎(chǔ)處理厚度大于5.0m的軟弱土層，宜采用鋼筋混凝土預(yù)制樁、水泥攪拌樁處理。本工程軟弱土層7.0～9.0m，宜采用鋼筋混凝土預(yù)制樁、水泥土攪拌樁處理。由于鋼筋混凝土預(yù)制樁造價(jià)較高，本工程采用水泥土攪拌樁進(jìn)行地基處理。

　　2 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)

　　2.1 水泥土攪拌樁的類型

　　水泥土攪拌樁分為深層攪拌法（簡(jiǎn)稱濕法）和粉體噴攪法（簡(jiǎn)稱干法）。水泥土攪拌樁適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土地基。利用水泥、石灰等材料做為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)器將固化劑（漿液或粉末）噴入軟土地基的深層，經(jīng)攪拌，使土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，改變土的結(jié)構(gòu)，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的地基土，以達(dá)到軟弱地基加固目的。水泥土攪拌法加固深度不宜大于20.0m，水泥土攪拌樁樁徑不宜小于0.5m。本工程土體天然含水量比較大，適合使用深層攪拌法。

　　2.2 樁的布置與加固范圍

　　根據(jù)該閘所在地的地質(zhì)條件、閘室上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)地基承載力和變形的要求，認(rèn)為需對(duì)閘室基底土進(jìn)行加固處理，設(shè)計(jì)決定采用平面上正三角形布置的水泥土攪拌樁方案（見圖2），其樁直徑0.5m，間距1.0m。樁頂敷設(shè)0.5m厚粗砂墊層，樁頂伸入墊層0.2m。

2.3 承載力計(jì)算

豎向承載的水泥土攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基荷載實(shí)驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算：

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　　當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時(shí)，可取0.1～0.4，差值大時(shí)取低值；當(dāng)樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時(shí)，可取0.5～0.9，差值大時(shí)或設(shè)置褥墊層時(shí)取高值，本次設(shè)計(jì)取0.75；

　　m—面積置換率；

　　Ra—單樁豎向承載力特征值(kN)；

　　Ap—樁的截面積（m2）；

　　fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值，本次設(shè)計(jì)取60.0 kPa；

　　單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算。

　　并應(yīng)同時(shí)滿足下式的要求，即使由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力大于（或等于）由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力：

上式中：

　　fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）；

　　η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.20～0.30，濕法可取0.25～0.33，本次設(shè)計(jì)取0.25；

　　up—樁的周長(zhǎng)（m）；

　　n—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

　　qsi—樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。對(duì)淤泥可取4.0～7.0kPa；對(duì)淤泥質(zhì)土可取6.0～12.0kPa；對(duì)軟塑狀態(tài)的粘性土可取10.0～15.0kPa；對(duì)可塑狀態(tài)的粘性土可取12.0～18.0kPa，各層土側(cè)阻力特征值分別為5.0 kPa、15.0 kPa、40.0 kPa、10.0 kPa、65.0 kPa、50.0 kPa；

　　li—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度（m），自上而下各層土厚為1.1 m、1.0 m、1.3 m、4.7 m、2.0 m、3.9 m；

　　qp—樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa）；按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007的有關(guān)規(guī)定確定本次設(shè)計(jì)取140.0kPa；

　　α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高取低值，本次設(shè)計(jì)取0.4。[Page]

　　2.4 確定計(jì)算參數(shù)

　　攪拌樁的面積置換率和樁的長(zhǎng)度。面積置換率根據(jù)攪拌樁的直徑、數(shù)量、地基處理面積確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)擬定樁直徑0.5m，間距1.0m，計(jì)算出面積置換率0.226。樁的長(zhǎng)度根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到承載力相對(duì)較高的土層，本工程水泥土攪拌樁長(zhǎng)度取14.0m。

　　2.5 計(jì)算成果

　　由選定樁徑、長(zhǎng)度、間距，根據(jù)公式計(jì)算出單樁豎向承載力特征值R 為98.2kN，復(fù)合地基承載力特征值fspk為148.0kPa。

　　3 施工要求

　?。?）固化劑水泥以及各種外加劑、摻合料的質(zhì)量直接決定著水泥樁的質(zhì)量，因此，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各種用料的質(zhì)量，嚴(yán)禁使用不合格料。

　?。?）工程施工前先做不少于三根樁進(jìn)行攪拌樁工藝試驗(yàn)，通過工藝試驗(yàn)檢驗(yàn)機(jī)具的性能及施工工藝中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進(jìn)和提升速度。

　?。?）嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定的水泥漿液的配合比制作水泥漿液，并保證拌制好的水泥漿在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)應(yīng)用，對(duì)于超過規(guī)定時(shí)間沒有使用的水泥漿應(yīng)作廢漿處理。

　　（4）實(shí)驗(yàn)樁施工完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)樁確定和調(diào)整好的技術(shù)參數(shù)編制質(zhì)量控制措施及施工方案，經(jīng)相關(guān)單位批準(zhǔn)后實(shí)施。

　　（5）施工中設(shè)專人負(fù)責(zé)施工記錄，并隨時(shí)將記錄的數(shù)據(jù)和標(biāo)定的工藝參數(shù)對(duì)照，監(jiān)控成樁質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)研究解決。

　　（6）水泥攪拌樁樁頂接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，攪拌機(jī)自地面以下1.0m噴漿攪拌提升出地面時(shí)應(yīng)采用慢速以保證樁頭質(zhì)量。

　　（7）水泥攪拌樁在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)至少?gòu)?fù)拌一次，以確保攪拌均勻。樁頂以下1.0～1.5m長(zhǎng)度范圍內(nèi)增加一次灌漿，以提高其強(qiáng)度。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　水泥土攪拌樁通過特制的深層攪拌機(jī)器將固化劑（漿液或粉末）噴入軟土地基的深層，使固化劑和軟土強(qiáng)制拌和，使軟土硬結(jié)而提高地基強(qiáng)度，有效的改善地基條件，能夠很大程度提高地基承載力。這種方法適用于加固飽和粘性土和粘土，處理效果顯著，且工期短，施工成本低。

　　參考文獻(xiàn)

　?。?］JGJ79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2002年；

　?。?］GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2002年4月