水泥攪拌樁結(jié)合砂樁在軟基處理中的應(yīng)用

張之峰 周 莉

(中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 廣東中山 528403)

1 引言

我國(guó)沿海地區(qū)廣泛存在著軟土地基,主要為淤泥、淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粉砂等。軟土地基具有物理力學(xué)性質(zhì)較差、地基承載力低、含水量高、孔隙比大、透水性差、強(qiáng)度低、高壓縮性、高靈敏度等不良特殊性能。當(dāng)其受到震動(dòng)時(shí),土層結(jié)構(gòu)易受破壞,抗剪強(qiáng)度和承載力隨之大幅下降,從而引起地面震陷,甚至成流塑狀態(tài)的特征。其承載能力不能滿(mǎn)足工程建設(shè)的要求,因而人們提出了各種軟土加固技術(shù)。

一般軟基承載力不足的處理方案有換填法、預(yù)壓法、深層攪拌樁法、混凝土預(yù)制管樁法、鉆孔灌注樁法等。建筑物基底防滲不足的處理措施有鋼板樁防滲、混凝土板樁防滲、攪拌樁防滲等。選擇地基處理方案的原則是:經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、符合環(huán)保要求。在沿海地區(qū)多選用水泥攪拌樁對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。

2 水泥攪拌樁應(yīng)用于軟基處理的不足之處

2.1 水泥攪拌樁的基本原理

早在兩千多年以前,我國(guó)就廣泛地將三合土(石灰、粘土和砂)技術(shù)應(yīng)用于建筑工程,二十世紀(jì)60年代,國(guó)外開(kāi)始用水泥石灰等材料攪拌加固深層軟土地基,我國(guó)于二十世紀(jì)70年代后期也致力于深層攪拌技術(shù)的研究和應(yīng)用。隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,目前,此法不僅應(yīng)用于地基加固和邊坡支護(hù),而且廣泛應(yīng)用于防滲工程項(xiàng)目中。

水泥攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑,通過(guò)特制的攪拌機(jī)械,在地基深處,就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌,由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列的物理和化學(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(qiáng)度的水泥攪拌樁。這種水泥攪拌樁與樁周土一起組成復(fù)合地基,從而提高地基承載力,減少地基沉降。

由于水泥攪拌樁施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等特點(diǎn),在我國(guó)沿海地區(qū)防滲工程中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 水泥攪拌樁在軟基處理中的不足之處

近些年,水泥攪拌樁廣泛應(yīng)用于水工建筑物地基處理和防滲處理,也漸漸反映出它的不足之處。

首先,水泥攪拌樁在軟土中所需的凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng),影響施工工期。由于沿海地區(qū)軟土地基多為淤泥或淤泥質(zhì)粉砂,含水量較大,水泥攪拌樁在軟土中凝固較緩慢,抽芯檢查常常呈流塑狀,復(fù)合地基承載力難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。特別是對(duì)于破堤工程,需在枯水期施工,施工工期較短,水泥攪拌樁凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)直接影響工期,難以完成上部建筑物工程,從而增大防汛壓力。

其次,水泥攪拌樁防滲墻未凝固成形之前在軟土中自然沉降較快,在防滲工程中易與建筑物底板脫離,易發(fā)生透水事故。

水工建筑物軟基處理屬于隱蔽工程,如處理不

好,一旦被構(gòu)筑物所覆蓋,便構(gòu)成隱患且不易檢查及補(bǔ)救。

水泥攪拌樁樁體的變形、軸力和側(cè)阻力主要集中在樁頂?shù)脚R界樁長(zhǎng)的范圍內(nèi),傳到樁端的荷載占樁頂荷載的比例較小,樁體的破壞主要發(fā)生在淺層。如何加快水泥攪拌樁樁頂?shù)脚R界樁長(zhǎng)的范圍內(nèi)的固結(jié)速率成為解決水泥攪拌樁不足之處的核心問(wèn)題。砂樁具有排水效果較好的作用,故提出了水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法。

3 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的工藝原理

3.1 砂樁的基本原理

砂樁在十九世紀(jì)30年代源于歐洲,直到二十世紀(jì)50年代,才在國(guó)內(nèi)外得以迅速發(fā)展,施工工藝才逐步走向完善和成熟。起初,砂樁法用于處理松散砂土地基,視施工方法不同,又可分為擠密砂樁和振密砂樁兩種,其加固原理是依靠成樁過(guò)程中對(duì)周?chē)皩拥臄D密和振密作用,提高松散砂土地基的承載力,防止砂土振 (震)動(dòng)液化。后來(lái),國(guó)內(nèi)外也逐漸將砂樁用來(lái)處理軟弱粘性土,其加固原理是利用砂樁的置換作用和排水作用提高軟弱地基的穩(wěn)定性。砂樁在軟弱地基中可形成砂樁復(fù)合地基,如對(duì)它再行加載預(yù)壓,可進(jìn)一步提高復(fù)合地基的承載力,減少地基沉降量,并改善地基的整體穩(wěn)定性。

在軟基處理中,通過(guò)砂樁置換,在軟土中形成大直徑密實(shí)砂樁體,形成排水通道,從而加速固結(jié)速率,達(dá)到排水固結(jié)的效果。利用砂樁在這方面的優(yōu)點(diǎn),與水泥攪拌樁結(jié)合,彌補(bǔ)水泥攪拌樁的不足之處,從而形成了水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法。

圖1 砂樁結(jié)合攪拌樁防滲墻詳圖

3.2 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的施工方法

應(yīng)用水泥攪拌樁結(jié)合砂樁對(duì)軟土地基進(jìn)行處理時(shí),先按砂樁的施工方法進(jìn)行地基處理,一般砂樁處理軟土地基深度為水泥攪拌樁樁頂?shù)脚R界樁長(zhǎng)的范圍內(nèi),即4～6m深度。通過(guò)砂樁置換,在軟土中形成大直徑密實(shí)砂樁體;然后在砂樁位置再施工樁徑稍小的水泥攪拌樁,為保證攪拌樁樁頂與建筑物底板連接牢固,可在樁頂插入4～6m長(zhǎng)螺紋鋼筋,與建筑物底板鋼筋連接錨入底板I混凝土結(jié)構(gòu)中,如圖1和圖2所示。

圖2 1-1剖面圖

3.3 質(zhì)量檢驗(yàn)

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的質(zhì)量檢驗(yàn)仍按照水泥攪拌樁的檢驗(yàn)方法。攪拌樁的檢驗(yàn)指標(biāo)主要有滲透系數(shù)、墻體厚度、允許比降和抗壓強(qiáng)度。對(duì)于防滲工程中的防滲墻來(lái)說(shuō),滲透系數(shù)和防滲墻厚度是重要的檢驗(yàn)指標(biāo),允許比降和抗壓強(qiáng)度主要是用于反映墻體材料性能均勻程度的間接指標(biāo)。

攪拌樁的質(zhì)量檢測(cè)形式主要有:

(1)外觀鑒定:要求樁體圓勻,無(wú)縮頸和回陷現(xiàn)象;攪拌均勻,凝體無(wú)松散;群樁樁頂齊,間距均勻。

(2)開(kāi)挖檢測(cè):作為建筑物防滲墻可由監(jiān)理工程師隨機(jī)指定一處,大堤防滲墻可沿堤線(xiàn)每500m開(kāi)挖一處,每處長(zhǎng)3～5m,深2.5～4m。要求墻體的外觀質(zhì)量好,整體性好,無(wú)蜂窩、孔洞,最小墻厚和垂直度實(shí)測(cè)值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(3)鉆孔取芯檢測(cè):水泥攪拌樁成樁7d可在攪拌樁身中心鉆孔,取出樁芯,觀察其顏色是否一致,是否存在水泥漿富集的 “結(jié)核”或未被攪勻的土團(tuán)。在施工28d后,采用鉆機(jī)抽芯取樣檢測(cè)水泥土的單軸抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)、抗?jié)B比降及芯樣的完整性和均勻性評(píng)價(jià)。

(4)防滲墻圍井注水檢測(cè):主要是檢測(cè)墻體的滲透系數(shù)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理效果

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法在廣東省中順大圍西河水閘重建工程、拱北水閘重建工程等項(xiàng)目中應(yīng)用,技術(shù)成熟、效果理想。通過(guò)在軟土上采用水泥攪拌樁與砂樁結(jié)合的工程實(shí)踐,主要體現(xiàn)出以下幾方面優(yōu)點(diǎn):

(1)水泥攪拌樁與砂樁結(jié)合,砂樁在軟土地基中能形成排水通道,水泥攪拌樁置于砂樁中心,從而加速水泥攪拌樁在砂樁中的固結(jié)速率,達(dá)到排水固結(jié)的效果,大大節(jié)省了工程施工工期,減少了地基的固結(jié)沉降量。

(2)從內(nèi)到外,使水泥攪拌樁、砂樁與軟土形成復(fù)合地基,共同承擔(dān)上部荷載,提高了地基承載力和整體穩(wěn)定性。

(3)將砂樁和水泥攪拌樁結(jié)合在一起形成防滲墻,提高了樁身強(qiáng)度,增大插筋在攪拌樁體中的粘著力,使防滲墻與建筑物底板有效連接,避免地基土下沉將防滲墻下拉脫離底板。比只用水泥攪拌樁處理的樁身強(qiáng)度90d齡期從1.0MPa提高到1.4MPa以上。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法既可適應(yīng)于地基承載力不足的軟土地基基礎(chǔ)處理工程中,也可應(yīng)用于深厚軟土上采用剛性樁基礎(chǔ)的泵站、水閘及船閘等穿堤建筑物的防滲工程中。

綜上所述,水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法施工簡(jiǎn)單、工期短、無(wú)公害、施工過(guò)程無(wú)振動(dòng)、無(wú)躁音、不排污、造價(jià)低廉、實(shí)用可靠,值得在我國(guó)沿海地區(qū)軟基處理工程中推廣應(yīng)用。

1 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002

2 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2002

3 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003

4 軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程 [M].北京:中國(guó)冶金工業(yè)出版社,1991