水泥土攪拌樁在倒虹吸液化地基處理中的應(yīng)用

許慶濤 張彥民 劉海泉

(聊城市水利工程總公司，山東聊城 252000)

1 工程概況

南水北調(diào)東線一期魯北段小運(yùn)河段馬頰河倒虹吸工程位于聊城市東昌府區(qū)梁水鎮(zhèn)許屯村正南500 m處的馬頰河上，設(shè)計(jì)樁號(hào)為65+824～66+520。工程包括進(jìn)口連接段、進(jìn)口閘室段、倒虹洞身段、倒虹出口閘室段、出口連接段和泄水閘。

該倒虹吸工程為Ⅰ級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)輸水流量50 m3/s，洞身段共53節(jié)，長(zhǎng)度為609 m。

2 工程地質(zhì)條件

本區(qū)地層主要為黃河沖洪積物，地面高程一般在27.50 m～36.10 m，地形起伏較大;基底高程一般在 20.16 m ～26.4 m。根據(jù)勘察報(bào)告，勘探深度內(nèi)地層分布如下:

①表層填筑土，主要構(gòu)成河兩岸堤防，以褐黃色壤土為主，夾雜砂粒、植物根莖等。

②層裂隙粘土(Qal4):棕黃～棕褐色，硬塑，裂隙發(fā)育呈立體網(wǎng)狀，延伸長(zhǎng)短不一，密度一般10 cm長(zhǎng)度內(nèi)1條～2條，無充填或充填藍(lán)灰色粉土。局部有浸染現(xiàn)象，夾鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)和條紋，土質(zhì)不均勻，局部夾砂壤土薄層。厚度1.8 m～6.3 m，底板高程26.23 m ～28.87 m。

④層粘土(Qal4):褐色～灰褐色，灰黃色，可塑。厚度1.50 m～4.30 m，底板高程24.13 m ～26.97 m。

⑤層砂壤土(Qal4):灰綠色、灰黃色，局部夾淺灰色、藍(lán)灰色條紋，松散，飽和，粉粒含量較高，振動(dòng)析水。該層夾較多粘土透鏡體，厚度 0.4 m ～1.8 m。該層厚度 5.70 m ～9.90 m，層底高程15.72 m ～20.74 m。

⑥層粉細(xì)砂(Qal+f4):灰黃色，中密，飽和，主要成分為石英和長(zhǎng)石，含少量云母碎片，該層厚度較大，本次勘探未揭穿。

該倒虹吸洞身持力層主要位于第⑤層砂壤土的上部。根據(jù)GB 50487-2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范有關(guān)條款判定，在抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，第⑤層砂壤土存在液化現(xiàn)象。參照GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，擬建場(chǎng)地綜合判定為輕微液化，鑒于該建筑物抗震設(shè)防類別比較高，所以應(yīng)采取消除或者抗液化措施。

3 液化地基處理方案

DL 5073-2000水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提供的液化土層的抗震措施有:非液化土置換法、振沖加密、重夯擊實(shí)、填土壓重、樁基礎(chǔ)、混凝土連續(xù)墻或其他方法封堵可液化地基。

本擬建場(chǎng)地位于河道之內(nèi)，地下水位較高，平均高程在30.2 m，基坑開挖深度較大，平均為8 m，主要持力層第⑤層砂壤土即可液化層單層厚度較大，平均7.8 m，因此采用非液化土置換、重夯擊實(shí)均不可行。擬建建筑物對(duì)地基承載力要求不高，若采用樁基礎(chǔ)不僅沒有必要，且造價(jià)高不經(jīng)濟(jì);采用混凝土連續(xù)墻封堵可液化地基，造價(jià)也較高;最后可考慮振沖樁加密和其他方法封堵可液化地基。其他方法封堵可液化地基常用的為水泥土墻，與振沖樁加密法相比，具有施工速度快、價(jià)格較低、抗液化效果好等優(yōu)點(diǎn)。典型的水泥土墻抗液化實(shí)例為日本神戶的一座建筑物，在1995年日本大地震時(shí)，神戶港的絕大部分建筑均遭到了毀滅性的破壞，但一座采用水泥土墻處理液化土層的建筑物完好無損。水泥土墻封堵液化地基在水工建筑物中也有較多的應(yīng)用案例。

根據(jù)本區(qū)的巖土工程條件計(jì)算，并結(jié)合類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)水泥土墻的厚度不小于300 mm，抗壓強(qiáng)度R28≥1.5 MPa，墻體滲透系數(shù)K≤2×10－6cm/s。水泥土墻深度為進(jìn)入非液化層第⑥層粉細(xì)砂層不小于1.0 m，沿倒虹吸洞身地基外部輪廓線及墊梁處封閉布置。

4 水泥土墻施工工藝

本工程采用多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻工藝，該工藝具有成墻效果好，施工工效高，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。被加固土層主要為砂壤土，含水率在25%左右，因此采用漿噴法進(jìn)行施工。

4.1 工藝性試驗(yàn)

在正式施工前14 d進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，固化劑采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，土樣取自第⑤層砂壤土，送至具有資質(zhì)等級(jí)的試驗(yàn)檢測(cè)單位，按擬定的試驗(yàn)配方(水灰比選定為1.50，1.80，水泥摻入比選定為13%，15%)進(jìn)行摻入比試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)，最終選出最佳水泥摻入比。

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 室內(nèi)試驗(yàn)成果表

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析并結(jié)合本區(qū)的巖土工程條件以及類似工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按兩種水灰比1.50，1.80，水泥摻入比15%進(jìn)行試樁。本工程使用BJZC-JS-Ⅲ多頭小直徑攪拌樁機(jī)一次成墻工藝。成墻樁樁徑440 mm，樁距320 mm，搭接寬度120 mm，理論成墻厚度302 mm，下一單元移位960 mm，具體成樁布置圖如圖1所示。

根據(jù)攪拌返漿情況確定合理的施工水灰比，并計(jì)算出相應(yīng)的斷漿量;以沿鉆桿微微溢漿為最佳。按水灰比1.50，1.80，水泥摻入比15%計(jì)算的施工參數(shù)見表2。

按以上兩種水灰比進(jìn)行分別施工，并在施工完畢7 d后分別進(jìn)行了輕型動(dòng)力觸探和注水試驗(yàn)，結(jié)果表明:水灰比為1.5時(shí)，水泥土的強(qiáng)度和滲透性均優(yōu)于水灰比為1.8時(shí)，且施工進(jìn)度也明顯較快。故最終確定水灰比為1.5，水泥摻入比為15%的施工參數(shù)進(jìn)行施工。

表2 不同水灰比下施工參數(shù)匯總表

4.2 正式施工

根據(jù)以上工藝性試驗(yàn)結(jié)果，本工程BJZC-JS-Ⅲ型一次成墻樁機(jī)，通過主機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)主機(jī)上的三根并列鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并以一定的推進(jìn)力把鉆桿端部的鉆頭旋轉(zhuǎn)推進(jìn)至所需的深度，將水泥漿液由高壓輸漿管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)鉆頭噴口噴入土體中。在鉆進(jìn)松土和提升的同時(shí)水泥漿液和原土充分拌和，完成第一單元樁的施工過程;在第二序樁施工之前，主機(jī)縱向平移960 mm，使第二單元樁和第一單元樁相割搭接，重復(fù)上述施工過程，即可連續(xù)形成一道具有一定強(qiáng)度、抗?jié)B性、水穩(wěn)定性的水泥土防滲墻。

成墻示意圖見圖1，施工工序詳見圖2。

圖1 施工成墻示意圖（單位：mm）

圖2 水泥土攪拌樁施工工序圖

施工步驟是:

1)按照擬定水灰比配制水泥漿;

2)把配制好的水泥漿輸送到儲(chǔ)漿罐;

3)樁機(jī)就位并調(diào)平;

4)攪拌下沉同時(shí)輸漿至設(shè)計(jì)墻底標(biāo)高，然后攪拌提升至設(shè)計(jì)墻頂標(biāo)高;

5)關(guān)閉攪拌機(jī)械，完成第一個(gè)施工單元墻的施工;

6)沿軸線前移到下一單元墻，重復(fù)上述過程進(jìn)行下一單元墻的施工。

5 樁體質(zhì)量檢驗(yàn)

1)對(duì)每幅水泥土攪拌樁質(zhì)量檢查的重點(diǎn)是水泥漿用量、施工過程中有否斷漿現(xiàn)象，復(fù)核噴漿攪拌提升、下沉?xí)r間以及復(fù)攪次數(shù)。

2)在成樁后的7 d內(nèi)采用輕型動(dòng)力觸探(N10)進(jìn)行樁身質(zhì)量檢驗(yàn)。

3)在成樁后28 d時(shí)，對(duì)水泥土攪拌樁進(jìn)行取芯，并進(jìn)行室內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

4)對(duì)水泥土攪拌樁采用超高密度直流電法檢測(cè)其連續(xù)及質(zhì)量密度均勻狀況。

5)對(duì)存疑地段進(jìn)行開挖檢驗(yàn)，最大開挖深度為3.5 m，檢查其外觀和搭接狀態(tài)。

通過以上檢測(cè)表明，該多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻工藝效果較好，質(zhì)量均勻，強(qiáng)度和厚度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻封堵液化地基在聊城尚屬首次應(yīng)用，施工檢測(cè)結(jié)果表明達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，該施工方案可行，為今后類似工程提供了借鑒。

1)同樣的施工參數(shù)不同的土質(zhì)對(duì)水泥土攪拌物理力學(xué)性質(zhì)影響較大，因此正式施工前必須進(jìn)行工藝性試驗(yàn)。

2)水泥土攪拌樁在深部成樁效果差，水泥漿用量受人為因素較多，因此必須對(duì)水泥漿用量、噴漿攪拌提升、下沉?xí)r間以及復(fù)攪次數(shù)進(jìn)行全程控制和復(fù)核。

3)水泥土攪拌樁成墻封堵液化地基，主要是要求水泥土力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且連續(xù)完整、搭接厚度符合要求。這與以防滲截滲為目的的水泥土墻有所不同。

4)對(duì)水泥土墻的檢測(cè)應(yīng)采用多種檢測(cè)手段，防止質(zhì)量事故發(fā)生，消除質(zhì)量隱患。

［1］ 龔曉南.地基處理技術(shù)發(fā)展與展望［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2004.

［2］ 高大釗.土力學(xué)與巖土工程師［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.