水泥土攪拌樁在寶射河治理工程軟土地基處理中的應(yīng)用

張?jiān)迫A 郝中文 喬生華

一、工程概述

寶應(yīng)縣中小河流寶射河位于寶應(yīng)運(yùn)東地區(qū)，是寶應(yīng)縣五橫四縱的河道之一，也是里下河地區(qū)的骨干排澇河道之一。該河道東西走向，西起寶應(yīng)船閘與里運(yùn)河相通，向東經(jīng)望直港、卞家大樹(shù)、牌樓莊、王家大橋、高夏至大黃土溝與黃沙港銜接，全長(zhǎng)37.52km，是里下河腹部地區(qū)主要航道之一。流域面積近284km2，保護(hù)人口25萬(wàn)，保護(hù)耕地面積27萬(wàn)畝。河道運(yùn)行數(shù)十年，沿線穿城區(qū)、集鎮(zhèn)、村莊，淤積堵塞嚴(yán)重，過(guò)水?dāng)嗝嫖s，南堤局部堤防標(biāo)準(zhǔn)偏低、河坡?lián)p毀、塌坍，排澇標(biāo)準(zhǔn)不足五年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足10年一遇，加之沿線工程老化失修，大部分涵閘因病險(xiǎn)等原因無(wú)法正常運(yùn)行，致使寶射河效益衰減，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，綜合整治寶射河，提高該區(qū)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。要解決該片地區(qū)的水利矛盾，針對(duì)該片地區(qū)的地形特點(diǎn)，對(duì)中小河流進(jìn)行整治、擴(kuò)大外排出路、加強(qiáng)河網(wǎng)溝通等措施均為有效途徑。因此寶射河上段整治已列入《揚(yáng)州市重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理近期建設(shè)規(guī)劃》中治理項(xiàng)目。

根據(jù)《揚(yáng)州市重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理近期建設(shè)規(guī)劃》以及江蘇省水利廳《關(guān)于做好重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理建設(shè)規(guī)劃編制有關(guān)工作的通知》，本著輕重緩急、兼顧全局的原則，對(duì)寶射河上段先行整治，起點(diǎn)寶應(yīng)大河，終點(diǎn)營(yíng)沙河，工長(zhǎng)11.3km，主要工程內(nèi)容包括老河道疏浚、圩堤加固、塊石護(hù)砌及沿線配套建筑物等。

二、工程地質(zhì)

在場(chǎng)地勘深范圍內(nèi)，根據(jù)土層的成因類型，物理力學(xué)性指標(biāo)，描述如下。

第1層：人工堆土，灰黃色粘土，表層含植物根系，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均。多位于地下水位以上，多處于不飽和狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N＝4擊，比貫入阻力Ps＝1.18MPa，層厚0.5～4.2m，平均層厚2.4m，場(chǎng)地普遍分布。

第2層：灰黃色粘土，多數(shù)軟塑～流塑狀態(tài)，少數(shù)可塑狀態(tài)，N＝2擊，允許承載力建議值[R]＝70kPa，壓縮模量Es＝4.46MPa。層厚 0.7～3.2m,平均層厚1.9m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第2-1層：灰色淤泥，流塑～軟塑狀態(tài)。N＝1 擊，[R]＝50kPa，Es＝0.51MPa。層厚1.5～4.3m,平均層厚3.1m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第3層：灰黃色粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，可塑狀態(tài)。N＝8.8擊，Ps＝2.29MPa，[R]＝180kPa，Es＝6.00MPa，層厚1.5～3.5m，平均層厚2.2m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第4層：灰黃色粘土夾壤土，多數(shù)可塑狀態(tài)，少數(shù)硬塑狀態(tài)。N＝9.2擊，Ps ＝2.96MPa，[R] ＝140kPa，Es ＝10.13MPa，層厚 1.0～4.7m，平均層厚2.5m，場(chǎng)地普遍分布。

第5層：灰黃、黃色壤土夾砂壤土，其中壤土多數(shù)可塑狀態(tài)，少數(shù)硬塑狀態(tài)；砂壤土密實(shí)狀態(tài)。N＝14.6擊，Ps ＝5.29MPa，[R] ＝160kPa，Es ＝14.81MPa。部分鉆孔揭穿，層厚1.4～6.8m，平均層厚2.4m，場(chǎng)地普遍分布。第6層：灰黃色壤土夾粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核、砂礓，其中粘土硬塑狀態(tài)；壤土多數(shù)硬塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)。N＝20.5擊，[R]＝320kPa，本次勘察未穿透該層，最大揭示厚度6.1m。

三、工程設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合寶射河航道“五改四”升級(jí)，確定河底高程位于-2.5m，將護(hù)砌翻砌為塊石駁岸墻，頂高程為 2.8m，底板頂高程 0.0m。

結(jié)合土層土質(zhì)情況，基礎(chǔ)大部分在第3層土、第4層土，局部在第2-1層土上，第3層、第4層土可作為河道疏?；A(chǔ)的天然地基持力層。但由于第2-1層土強(qiáng)度低，壓縮性高，不宜作基礎(chǔ)持力層，需對(duì)第2-1層土進(jìn)行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算，或進(jìn)行局部處理。第4～6層土力學(xué)強(qiáng)度一般或較高，作為下臥層可以滿足設(shè)計(jì)要求。

（一）地基處理

由于局部駁岸墻底高程位于第2-1層為灰色淤泥，流塑～軟塑狀態(tài)。N＝1擊，[R]＝50kPa，土強(qiáng)度低且沿線土質(zhì)變化較大，土質(zhì)力學(xué)指標(biāo)離散性大，需進(jìn)行地基處理。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，推薦采用深層攪拌樁加固地基。在本工程中，樁號(hào) 10+000～11+175采用深層攪拌樁。具體布置：深層攪拌樁在平面縱橫方向上呈等間距排列，間距為 1.1m，樁長(zhǎng)為7.0m，直徑為0.50m（詳見(jiàn)圖1）。

（二）地基加固機(jī)理

水泥加固土體的原理是利用水泥作為主固化劑，通過(guò)特別的攪拌機(jī)械將被加固土和水泥漿（粉）強(qiáng)制拌和，通過(guò)水泥水解，水化反應(yīng)所生成的水泥水化物與土顆粒發(fā)生離子交換，團(tuán)?；饔?、碳酸化反應(yīng)以及硬凝反應(yīng)等一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的水泥加固土（攪拌樁體）。水泥加固土的強(qiáng)度取決于被加固土的性質(zhì)（含水量、有機(jī)質(zhì)含量及燒失量等）和加固所使用的水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)，摻入量以及添加劑等。加固土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻入量的增加而增大。工程常用的水泥摻入比為10%～20%，本工程采用16%。

四、施工方法與施工步驟

水泥土攪拌樁施工方法有濕法施工工藝和干法施工工藝，在本工程中采用濕法施工工藝。

（一）水泥土配比試驗(yàn)確定施工工藝及施工參數(shù)

正式施工攪拌樁前，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集土樣的室內(nèi)水泥土配比試驗(yàn)，當(dāng)場(chǎng)地存在成層土?xí)r應(yīng)取得各層土土樣，至少應(yīng)取得最軟弱層土樣。通過(guò)室內(nèi)水泥土配比試驗(yàn)，測(cè)定各水泥土試塊不同齡期、不同水泥摻入量、不同外加劑的抗壓強(qiáng)度，為深層攪拌施工尋求滿足設(shè)計(jì)要求的最佳的水灰比、水泥摻入量及外加劑品種、摻量。利用室內(nèi)水泥土配比試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁試驗(yàn)，以確定滿足設(shè)計(jì)要求的施工工藝和施工參數(shù)。

（二）濕法施工工藝及參數(shù)

1.施工工藝

①定位。將深層攪拌機(jī)移到指定樁位，對(duì)中。當(dāng)?shù)孛嫫鸱黄綍r(shí)，應(yīng)調(diào)整塔架絲桿或平臺(tái)基座，使攪拌軸保持垂直。一般對(duì)中誤差不宜超過(guò)2.0cm，攪拌軸垂直度偏差不超過(guò)10%。

②漿液配制。嚴(yán)格控制水灰比，一般為0.45～0.55，在本工程中采用的水灰比為0.6。水泥應(yīng)抽檢，加水應(yīng)經(jīng)過(guò)核準(zhǔn)的定量容器。

水泥漿必須充分拌和均勻。使用砂漿攪拌機(jī)制漿時(shí)，每次投料后拌和時(shí)間不得少于3min。

為改善水泥和易性，可加入適量的外加劑，尤其在夏季施工時(shí)應(yīng)加適量的減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣，一般摻入量為水泥用量的0.2%。

③送漿。將制備好的水泥漿經(jīng)篩過(guò)濾后，倒入貯漿桶，開(kāi)動(dòng)灰漿泵，將漿液送至攪拌頭。

④鉆進(jìn)噴漿攪拌。證實(shí)漿液從噴嘴噴出并具有規(guī)定壓力后，啟動(dòng)樁機(jī)攪拌頭向下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)攪拌，并連續(xù)噴入水泥漿液。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和成樁試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整灰漿泵壓力檔次，使噴漿量滿足要求。

鉆進(jìn)噴漿攪拌至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)或地層后，應(yīng)原地噴漿攪拌30s。

⑤提升攪拌噴漿。將攪拌頭自樁端反轉(zhuǎn)勻速提升攪拌，并繼續(xù)噴入水泥漿液，直至地面。

⑥重復(fù)鉆進(jìn)噴漿攪拌。

⑦重復(fù)提升攪拌。如噴漿量已達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)，可只復(fù)攪不再送漿，但需注意此時(shí)噴漿口易于堵塞。

⑧當(dāng)攪拌軸鉆進(jìn)、提升速度為0.65～1.0m/min時(shí)，應(yīng)重復(fù)攪拌一次。

⑨成樁完畢，清理攪拌葉片上包裹的土塊及噴漿口，樁機(jī)移至另一樁位施工。

2.施工參數(shù)

為使水泥攪拌樁能滿足設(shè)計(jì)要求，其施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)成樁試驗(yàn)確定。該工程中具體施工參數(shù)有：

攪拌鉆桿的鉆進(jìn)、提升速度一般為0.5～1.0m/min，該工程中為0.8m/min；攪拌鉆桿（軸）的轉(zhuǎn)速（60r/min）；施工樁徑0.5m；施工樁長(zhǎng)為7m；水泥漿液配合比，水灰比為0.6；采用海螺P.C32.5水泥，每米樁長(zhǎng)水泥用量為56.5kg，按原狀濕土重的16%，每根水泥樁的水泥用量為424kg；垂直度偏差限值，參照同徑鉆孔灌注樁，垂直度不超過(guò)1%，樁位偏差限值，參照同徑鉆孔灌注樁，不大于D/6且不大于100mm，為 83mm。

五、結(jié)語(yǔ)

水泥土攪拌樁在水利工程中用以加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、粉質(zhì)黏土，具有以下特點(diǎn)：

一是加固效果顯著。采用此法對(duì)軟土地基加固后效果非常顯著。采用水泥土攪拌樁加固淤泥土地基后，樁和樁間土形成復(fù)合地基后，強(qiáng)度得到明顯增強(qiáng)。按照水泥土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)報(bào)告，水泥土標(biāo)養(yǎng)28d強(qiáng)度達(dá)到0.9Mpa，靜載試驗(yàn)復(fù)合地基極限承載力為140 KN，復(fù)合地基承載力特征值為70 KN，樁間土承載力明顯提高。

二是形式靈活多樣?？筛鶕?jù)上部結(jié)構(gòu)需要靈活采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等多種加固形式。

三是充分利用原土。利用專用機(jī)械在地基中就地將土體和少量固化劑強(qiáng)制進(jìn)行攪拌，使地基土的復(fù)合強(qiáng)度得到提高。

四是對(duì)周圍環(huán)境無(wú)污染。在加固過(guò)程中對(duì)周圍土體無(wú)擾動(dòng)，不會(huì)造成軟土側(cè)向擠出；施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲，對(duì)周圍環(huán)境無(wú)污染。

五是施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工方法簡(jiǎn)易。所用的施工機(jī)具比較簡(jiǎn)單，便于制作和推廣應(yīng)用，適合于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件。

六是節(jié)約資金。加固費(fèi)用低廉，適宜于大規(guī)模地基加固工程