水泥攪拌樁基礎(chǔ)加固技術(shù)在水閘工程中的應(yīng)用

吳少棠

佛山市南海區(qū)桂城街道水利排灌養(yǎng)護(hù)站 廣東佛山 528000

摘要：水泥攪拌樁是一種在水利工程中應(yīng)用廣泛的地基加固處理技術(shù)，具有施工速度快，可得到較高的地基復(fù)合強度，施工噪音小、污染少，并對毗鄰建筑物的損壞少，影響小等特點。本文結(jié)合案例，重點分析了水泥土攪拌法在水閘工程基礎(chǔ)加固中的方案設(shè)計及施工技術(shù)。檢測結(jié)果顯示，該法很好解決了水閘基礎(chǔ)加固問題，可為類似工程的施工應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：水閘基礎(chǔ)；復(fù)合地基計算；水泥攪拌樁；施工；檢測結(jié)果

水閘一般都是建在河道、渠道及水庫、巖石成因和巖性風(fēng)化等地區(qū)，這些地區(qū)大多數(shù)都是軟地基，而水閘建筑物所需的基礎(chǔ)通常需要承受相當(dāng)大的上部荷載，其基礎(chǔ)底部壓力往往比淤泥軟基持力層所能承載的壓力要大很多，若沒有進(jìn)行有效的處理加固，則會對水閘的質(zhì)量安全造成嚴(yán)重的威脅。水泥攪拌樁作為深層攪拌樁的一種，是用于加固飽和軟粘土地基的新方法，它是利用水泥作為固化劑的主劑，利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?，使水泥與土體發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土，是一種有效的軟土地基加固方法，效果顯著，處理后可很快投入使用。下面，就介紹水泥攪拌樁在水閘軟基加固處理中的應(yīng)用。

1 工程簡介

某水閘建成于1994年，為堰流式閘室結(jié)構(gòu)，采用4孔10×5m弧形閘門控制的平底水閘，采用集中驅(qū)動雙吊點卷揚機啟閉；右側(cè)為檢修門室，檢修門為10×5.305m平板鋼閘門，采用單向門機啟吊；水閘底板高程為35.5m，底板厚2.0m，采用管樁基礎(chǔ)。原設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。河道干流經(jīng)過多年的整治后，其設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，原有水閘過洪能力不足，需進(jìn)行擴建。

2 地質(zhì)資料

2.1 地形地貌

場地原始地貌為沖積平原，現(xiàn)河床兩邊已修筑鋼筋混凝土防洪堤，堤岸牢固，堤頂標(biāo)高介于40～42m，河床標(biāo)高介于32～35m，河床坡降較緩，水流較慢，由南往北漸低，根據(jù)地形絕對標(biāo)高分類，場地地貌屬于臺地地貌類型。

2.2地層巖性

根據(jù)鉆探揭露，鉆探深度內(nèi)場地分布的覆蓋層自上而下有：人工填土（，巖性為素填土）、第四系沖積層（，巖性為粘土）、第四系沖洪積層（，巖性為粉質(zhì)粘土、礫砂）、第四系更新統(tǒng)殘積層（，巖性為礫質(zhì)粘性土）；下伏基巖為燕山四期（）花崗巖。

3 基礎(chǔ)加固方案

3.1 設(shè)計思路

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，淤泥層埋深淺，厚度大，變形大，承載力低，其承載能力和沉降變形均不滿足設(shè)計要求，必須對地基進(jìn)行加固處理。按擬建場地地震基本烈度為7度設(shè)防，水閘工程級別為1級，并結(jié)合上部結(jié)構(gòu)特點，對基礎(chǔ)進(jìn)行了換填砂墊層、水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁的方案比較。如采用換填砂處理，換填厚度大，開挖量大，且施工后沉降量較大，易造成水閘與兩側(cè)引堤、翼墻產(chǎn)生沉降差，影響今后的運行。受開挖場地限制，大開挖還需采用支護(hù)措施。如采用鉆孔灌注樁，巖層埋深達(dá)65～82m，即使采用摩擦樁，樁長也達(dá)50m，造價高，工期長。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟、工期等多方面的分析比較后，選定水泥土攪拌樁（濕法）作為地基處理方案。該方法技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、施工簡便，符合工程實際要求。

3.2 水泥土攪拌樁復(fù)合地基計算

該水閘工程選取最不利鉆孔資料進(jìn)行閘室處的承載力及沉降量計算，攪拌樁樁徑為0.55m，樁長16～20m，四周按格柵布置，內(nèi)部按正方形布置，樁距1.3m。

（1）水泥土攪拌樁單樁承載力Ra計算。攪拌樁單樁承載力Ra施工時應(yīng)由現(xiàn)場載荷試驗確定，設(shè)計時按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的公式計算。

按樁周土計算：

（1）

按樁材計算：

Ra=ηfcuAp（2）

式中，up為樁的周長，為1.73m；Ap為樁端面積，為0.24m2；n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.4；η為樁身強度折減系數(shù)，濕法取0.3；fcu為試塊90d齡期的立方體抗壓強度平均值，kPa，取1.5fcu28。

由上述主要參數(shù)計算得到Ra（水泥采用PO42.5級），選取低值作為單樁承載力Ra。經(jīng)計算，由于樁身較長，單樁承載力主要由樁材控制。

（2）水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力計算。攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計值按規(guī)范的公式計算。

（3）

式中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率，為0.36；β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.2；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

由于水閘底板及翼墻處最大基底應(yīng)力均小于復(fù)合地基承載力特征值，因此攪拌樁處理后的復(fù)合地基承載力滿足要求。

（3）水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降變形計算。對水閘底板中點進(jìn)行沉降計算，豎向承載力攪拌樁復(fù)合地基的變形包括攪拌樁復(fù)合地基土層的平均壓縮變形s1與樁端下未加固土層的壓縮變形s2，s1的計算按規(guī)范的公式進(jìn)行。

（4）

Esp=mEp+（1-m）Es（5）

式中，pz為攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值；pzl為攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值，kPa；Esp為攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量，kPa；Ep為攪拌樁的壓縮模量，kPa，取240000kPa；Es為樁間土的壓縮模量，kPa。

樁端下未加固土層的壓縮變形s2按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的公式進(jìn)行計算。

（6）

除14涌西閘樁端以下未加固土層為粉質(zhì)黏土外，另2座水閘的未加固土層均有淤泥或淤泥質(zhì)土（砂），分層計算樁端下未加固的土層壓縮變形s2，采用水泥土攪拌樁處理后的地基沉降量較大，上部結(jié)構(gòu)物應(yīng)考慮沉降的影響。

3.3 設(shè)計方案

通過計算，攪拌樁樁徑0.55m，樁長16～20m，滿足承載力及沉降變形要求。故對閘室及兩端引堤部分、翼墻、管理樓處的基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理，選取水泥土攪拌樁處理方案。由于樁端以下仍有較大厚度的淤泥質(zhì)土層，沉降變形量較大，考慮施工期間可以完成部分沉降，故預(yù)留工后沉降量10～20cm。結(jié)合上部荷載分布，將翼墻處攪拌樁兼作支護(hù)樁，并考慮垂直防滲、抗震等要求，對閘室基礎(chǔ)四周及閘墩、水閘中部采用雙排格柵布置，樁距0.45m。翼墻四周及沿翼墻長度方向每5～7m采用單排格柵布置，樁距0.45m。格柵內(nèi)部、閘室兩端引堤部分、管理樓，均采用正方形柱樁布置，樁距1.3m。閘室及翼墻處攪拌樁布置詳見圖1。

圖1 閘室及翼墻段基礎(chǔ)布置（單位：m）