水泥土攪拌樁在堤坡穩(wěn)定中的應用

張寧寧

（河北省水利規(guī)劃設計研究院有限公司，石家莊 050021）

水泥攪拌樁作為復合地基的一種形式，具有造價低、環(huán)境污染少、施工工期短、加固費用低、無排土隆起、設計靈活等特點［1］，適用于處理正常固結的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、軟塑與可塑狀的黏性土、稍密與中密的粉土、松散與中密的粉細砂、松散與稍密的中粗砂、飽和黃土等土層［2］。本文以黃驊市新石碑河治理工程為實例，對臨水側(cè)堤坡在無水工況與設計瀝水驟降期工況下，分別進行堤坡穩(wěn)定處理計算，并對水泥土攪拌樁的樁身位置進行了探討分析，對實際工程具有一定參考意義。

1 工程概況與地質(zhì)條件

1.1 工程概況

新石碑河是運東地區(qū)直接入海的排水干流之一，起始于黃驊市大浪白村，傍南排河南側(cè)向東至趙家堡入渤海。 新石碑河河道全長46.4km，在黃驊市境內(nèi)長約24.857km， 共2段， 分為河道中上游段長22.523km，樁號范圍為0+000～22+523；河道下游段長2.334km，樁號范圍為44+084.35～46+418.09。 現(xiàn)狀河道淤積嚴重，排澇能力低。本次工程對新石碑河黃驊市境內(nèi)全線進行治理， 主要工程內(nèi)容為河道清淤疏浚。 河道基本情況如表1。

表1 新石碑河黃驊市段基本情況

續(xù)表1

河道汛期多年平均高潮位為1.50m， 多年平均汛期潮位為0.30m，多年平均低潮位為-1.37m。 河道兩岸以農(nóng)林用地為主， 城區(qū)段周邊用地多居住、商業(yè)用地， 入海口處河道兩岸現(xiàn)有部分漁船碼頭、養(yǎng)殖及鹽業(yè)生產(chǎn)的引水口。 該河道為滄州東部區(qū)域重要的季節(jié)性排水河道。 該河道樁號44+200～45+200范圍內(nèi)存在較厚淤泥質(zhì)黏土，且分部較廣，承載力極低。 綜合征地及施工對周圍的影響，確定采用水泥土攪拌樁對堤坡進行穩(wěn)定處理，從而保證堤坡的抗滑穩(wěn)定性。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察結果表明， 在樁號44+200～45+200范圍內(nèi)堤身與地基存在Ⅳ單元淤泥質(zhì)黏土，力學強度較低，其余地層自上而下主要物理力學指標如表2。

表2 土層物理力學指標

2 堤坡處理方案

本文選取樁號44+200的地質(zhì)剖面作為計算斷面；河底設計高程為-2.49m，多年平均低潮位為-1.37m，設計河底寬為35m，設計邊坡為1∶3，設計基本參數(shù)如圖1。

圖1 邊坡設計基本參數(shù) 單位：m

本工程堤防級別為5級，根據(jù)規(guī)范［3］堤防抗滑穩(wěn)定計算采用簡化畢肖普法，采用河海大學水工結構有限元分析系統(tǒng)AutoBank 7.7計算；計算采用兩種工況：

工況①：無水工況。

在無水工況下抗滑穩(wěn)定系數(shù)K=1.12。

工況②：設計瀝水驟降期。

設計瀝水驟降期為設計水位從1.681m經(jīng)120h驟降至多年平均低潮位-1.37m。

在設計瀝水驟降期下抗滑穩(wěn)定系數(shù)K=0.94。

工況①、②的抗滑穩(wěn)定系數(shù)K均不滿足規(guī)范規(guī)定（K≥1.2）要求，故對堤坡進行處理。 本文將采用水泥土攪拌樁對不穩(wěn)定堤坡進行處理。

處理方案采用4種：①水泥土攪拌樁設在堤坡腳位置；②水泥土攪拌樁設在堤坡肩位置；③水泥土攪拌樁同時設在堤坡腳與堤坡肩位置； ④水泥土攪拌樁設在堤坡中間位置。 設計擬采用水泥土攪拌樁樁徑為0.6m，樁間距為0.8m，處理范圍為樁號44+200～45+200。

3 計算結果分析

取水泥土攪拌樁參數(shù)經(jīng)驗值：c=180kPa，φ=25°； 此次計 算 采 用 樁 土 分 離 法［4］，即 運用有限元法在劃分好網(wǎng)格的計算單元中對樁體及各層土體分別進行參數(shù)賦予，然后再進行計算。4種方案的計算結果如表3。

表3 不同方案下抗滑穩(wěn)定系數(shù)

水泥土攪拌樁在不同位置時的各工況下的滑弧面如圖2，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)如表3。

圖2 計算成果圖

由表3可看出，在相同的樁間距、樁徑、樁長及排數(shù)下， 只有樁位置在堤坡中間時抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足要求，其滑裂面穿過水泥土攪拌樁，另外樁對河道內(nèi)土體起到了一定的抗隆起作用。 當攪拌樁設在堤坡腳時，其滑裂面滑出端在攪拌樁處截止，在此處設置攪拌樁，可以有效地抑制渠道間土體隆起，但對邊坡穩(wěn)定作用很小；當攪拌樁設在堤坡腳、肩時，其滑裂面起滑部位從攪拌樁開始， 滑裂面滑出端為自由滑出，這種位置攪拌樁的作用不大；當攪拌樁同時設在堤坡腳與堤坡肩時， 其滑裂面在坡肩與坡腳之間出現(xiàn)，這種位置攪拌樁不僅起不到抗滑作用，還浪費材料，得不償失。

綜上， 當水泥土攪拌樁在堤坡中間情況為最優(yōu)位置；在工況①時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.85，在工況②時抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.66， 其抗滑穩(wěn)定系數(shù)均大于1.20，滿足設計要求。攪拌樁采用了雙排樁，樁長為14m，樁徑為0.6m，樁間距為0.8m。

4 結語

采用水泥土攪拌樁設計方案是在本設計中是有效可靠的；水泥土攪拌樁在相同的樁間距、樁徑、樁長以及排數(shù)下， 水泥土攪拌樁在堤坡不同位置設置時，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)不盡相同。

（1）將水泥土攪拌樁設置在坡腳時能有效防止內(nèi)坡土體隆起，但對于堤坡的抗滑作用不明顯。

（2）將水土攪拌樁同時設置在堤坡肩與坡腳時，其作用微乎其微， 不僅起不到抗滑作用， 還浪費材料。

（3）將水泥土攪拌樁設置在堤坡中間時，不但能提高抗滑穩(wěn)定系數(shù)， 且對抑制內(nèi)坡土體的抗隆起有一定作用，此外這種布置也很經(jīng)濟。

只有水泥土攪拌樁位置在堤坡中間時的抗滑穩(wěn)定系數(shù)滿足要求， 還對內(nèi)坡土體起到一定的抗隆起作用。這種布樁方式不僅能有效解決堤坡抗滑穩(wěn)定，且便于投資控制。項目最終在堤坡中間設置雙排樁，樁長為14m，樁徑為0.6m，樁間距為0.8m。