水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用的探討

褚順云

（貴州省威寧縣水利局，貴州 威寧553100）

水泥攪拌樁是用于加固飽和軟黏性土地基的一種基礎(chǔ)處理方法,它是以水泥作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,將固化劑(漿液和粉體)和地基土強(qiáng)制攪拌,使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體的地基處理方法。由于該工法具有設(shè)備簡單,施工方便,施工周期短及造價(jià)低(比灌注樁節(jié)省30%～50%)等優(yōu)點(diǎn),近年來,在水利工程中得到較為廣泛的推廣與應(yīng)用。水泥攪拌樁復(fù)合地基在水利工程中的運(yùn)用主要表現(xiàn)在提高地基土的承載能力和抗剪強(qiáng)度,以下主要介紹水泥攪拌樁在工程中的應(yīng)用,可供類似工程參考。

1 工程概況

某工程防洪堤級(jí)別為4級(jí),堤防設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,設(shè)計(jì)水位為7.54m,流量為1130m3/s,河道建設(shè)規(guī)模為河底寬65m,底高程-1.8m,邊坡1:3。

該工程由于河道周邊房屋密集,為減少房屋拆遷和工程永久占地,沿線堤防半數(shù)以上斷面結(jié)構(gòu)形式采用復(fù)合式,即高程2.5m以下采用斜坡式,以上采用直立式擋墻,擋墻形式根據(jù)地基條件選用混凝土扶壁式擋墻,防洪堤標(biāo)準(zhǔn)斷面形式見圖1所示。

工程區(qū)位于平原與低山丘陵的交接地區(qū),位于復(fù)背斜東北端。地質(zhì)資料表明,地基土為飽和的軟弱黏性土,具有含水量高,壓縮性大,抗剪強(qiáng)度低,地基承載力低等特點(diǎn)。各土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

護(hù)壁式擋墻穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算擬定了施工期、20年一遇設(shè)計(jì)洪水位期及迎水面水位取非汛期多年平均水位1.45m共3種工況進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算基底最大應(yīng)力為135.8kPa,大于擋墻基礎(chǔ)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值,不能滿足規(guī)范要求,需進(jìn)行基礎(chǔ)處理,經(jīng)多方案綜合比較分析后,選取擋墻基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁的基礎(chǔ)處理方法。

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2 水泥攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.1 單樁容許承載力確定。

單樁(樁徑取60cm)豎向承載力計(jì)算如下:

式中,fcu為樁身強(qiáng)度,取1000kPa;Ap為樁身截面積,取0.283m2;η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù),取0.33;rp為樁的周長,取1.885m;qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值,淤泥取12kPa,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土取18kPa,粉質(zhì)粘土取50kPa;li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度/m;qp為樁端地基土(含碎石粉質(zhì)粘土)的承載力特征值,取500kPa;a為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),取0.4。

綜合以上結(jié)果,取單樁容許承載力Ra＝93kN。

2.2 復(fù)合地基置換率確定

水泥攪拌樁復(fù)合地基置換率計(jì)算按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中,fcu為復(fù)合地基承載力特征值,根據(jù)擋墻基底應(yīng)力計(jì)算成果,取136kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù),取0.75;fsk為樁間土承載力特征值,取70kPa。

經(jīng)計(jì)算得,m＝30.2%。

2.3 布距設(shè)計(jì)

水泥攪拌樁布置按等邊三角形布置,根據(jù)復(fù)合地基置換率計(jì)算成果,按下式計(jì)算樁的間距。設(shè)計(jì)取樁間距1.0m。

2.4 防洪堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算。堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算選取最不利斷面作為計(jì)算典型斷面。該工程的運(yùn)行情況,防洪堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算擬定了施工完建期、穩(wěn)定滲流期及水位降落期共4種計(jì)算工況。

抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí),水泥攪拌樁復(fù)合地基根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),水泥摻和比為15%,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等土層實(shí)驗(yàn)得出的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常不低于l.0MPa,相當(dāng)于C20砼軸心抗壓強(qiáng)度的1/10,按同倍比原則,水泥土抗剪強(qiáng)度為110kPa。用高壓三軸儀進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)表明:水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高,當(dāng)抗壓強(qiáng)度約l.0MPa,其凝聚力Cp完全可達(dá)到100kPa以上,內(nèi)摩擦角φp可達(dá)20°～30°。復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度Csp和φsp分別按下式計(jì)算:

式中,Cs、φCs分別為天然土體強(qiáng)度指標(biāo);Cp、φp為樁身強(qiáng)度指標(biāo),分別取110kPa和25°;m為土體置換率。

根據(jù)上述公式,水泥攪拌樁加固處理后,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(Ⅲ)復(fù)合土層的Csp和φsp分別為41.11kPa和10.74°,粉質(zhì)粘土復(fù)合土層的Csp和φsp分別為48.58kPa和16.80°,素填土復(fù)合土層的Csp和φsp分別為44.25kPa和18.63°。

由計(jì)算結(jié)果可知,其中最不利工況為設(shè)計(jì)洪水位(P=5%)驟降至年平均水位1.45m的迎水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算工況,計(jì)算成果見圖2,計(jì)算安全系數(shù)為1.083,能滿足規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù)1.05的要求,說明水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)的取值是合理的。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程具體實(shí)例論述了水泥攪拌樁復(fù)合地基在提高地基土的承載力和抗剪強(qiáng)度方面的實(shí)際應(yīng)用,并詳細(xì)介紹了水泥攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思路和復(fù)合地基特性參數(shù)取值的計(jì)算方法,可供類似工程參考。

[1]蘭曉玲.淺議水泥攪拌樁技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].山西建筑，2006-04-10.