水泥土攪拌樁在泵站基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

李林兵，穆秀麗

（江西省九江市水利電力規(guī)劃設(shè)計院，江西 九江 332000）

1 工程概述

某排澇泵站工程為一座中型泵站，總裝機(jī)為1040kW，共 4臺機(jī)組，主廠房長 21.6 m，寬為 13 m，建基面高程為8.0 m，主廠房地基承載力特征值設(shè)計要求不小于135 kPa。泵站站址在堤腳內(nèi)側(cè)河道末端。其地基情況：①河底為淤泥質(zhì)粘土（al+plQ），該層分布高程 9.2～-1.54 m，厚約 11 m，土層含水量 37.73%，天然容重 1.69 g/cm3，孔隙比 1.2，內(nèi)聚力 11 k P a，摩擦角 6.8°，壓縮系數(shù) 0.53 MPa-1，壓縮模量 3.3 MPa，該層軟粘土屬不良地基土，具有高含水量、高壓縮性和低承載力的特點。經(jīng)標(biāo)貫試驗其地基承載力特征值f0＝96.5 k P a。②淤泥質(zhì)粘土下臥為細(xì)砂（alQ）層，分布高程-1.12～-18.06 m，最大揭露厚度 15.8 m。 該層呈中等密實，相對容重 Dr＝0.66。經(jīng)修正后的標(biāo)貫擊數(shù) 20.3～25.9，平均數(shù)值 23.6。其地基承載力特征值f0＝210 kPa，可作為建筑物持力層。

2 加固方案提出

根據(jù)以上所述，泵站地基為淤泥質(zhì)粘土層，地基承載力小，泵站站址位于河道內(nèi)，基坑開挖深度淺，河底至建基面高差為1.5 m，主要為河底沉積淤泥。因此，在不考慮基礎(chǔ)承載力深寬修正值的情況下，可知現(xiàn)有淤泥質(zhì)土地基不能滿足該泵房基礎(chǔ)承載力設(shè)計要求。

綜合考慮地基淤泥質(zhì)粘土層厚、工程位置位于內(nèi)堤腳河道內(nèi)、淤泥質(zhì)粘土下臥為細(xì)砂、周邊環(huán)境和節(jié)約投資等多方面因素，設(shè)計推薦采用水泥土攪拌樁加固地基。水泥土攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和粘性土等地基處理，其振動小不影響堤基深層細(xì)砂層液化，其不同于砂石樁等型式置換處理法，直接摻入固化物，不破壞淤泥質(zhì)土的壓浸或鋪蓋作用，同時可避免在外江水壓力作用下堤基深層細(xì)砂沿置換土體的砂石料滲透帶出，加固后形成復(fù)合地基，提高基礎(chǔ)承載力。水泥攪拌樁的樁身強(qiáng)度可與樁的承載力相協(xié)調(diào)，樁身強(qiáng)度可充分發(fā)揮，投資比較經(jīng)濟(jì)。同時，水泥攪拌樁還具有施工工期短、適用范圍廣、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于軟基的處理。

水泥土攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土與水泥漿強(qiáng)制拌和，使噴入軟土中的固化劑與軟土充分拌合在一起，由固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)作用，形成抗壓強(qiáng)度比天然土強(qiáng)度高得多，并具有整體性、水穩(wěn)性的水泥加固土樁柱體，由若干根這類加固土樁柱體和樁間土構(gòu)成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。

3 水泥土攪拌樁設(shè)計及布置

水泥土攪拌樁樁徑初擬為0.5 m，考慮基礎(chǔ)持力層較深，設(shè)計樁型選擇摩擦樁，樁長根據(jù)試算9.3 m，材料采用32.5 MPa普通硅酸鹽水泥，設(shè)計水泥摻入比為16%，水灰比選用 0.45～0.5，室內(nèi)實驗水泥土 90 d 的抗壓強(qiáng)度fcu≥1500 k P a，現(xiàn)地基承載力特征值為96 kPa，經(jīng)加固處理后的復(fù)合地基承載力設(shè)計值fsp·k≥135 kPa。按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中的有關(guān)公式計算樁的置換率及樁距。

經(jīng)判斷，單樁承載力按以下兩個公式計算，取小值：

式中：fcu.k—室內(nèi)水泥土立方體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值，取 fcu.k＝1500 kPa；

η—強(qiáng)度折減系數(shù)，取 0.4；

AP—樁身截面積（0.196 m2）。

Qk—為樁周長平均摩阻力特征值，6 kP a；

Up—樁周長，1.57m；

qp—樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，210 kP a；

a—樁端天然地基承載力折減系數(shù)，0.5；

經(jīng)公式（1）計算結(jié)果為 117.6 kN，公式（2）計算結(jié)果為108.2 kN。可知以摩擦樁指標(biāo)為控制單樁允許承載力，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為108.2 kN。

按下式計算復(fù)合地基承載力特征值或深攪樁的置換率：

式中：fsp.k—復(fù)合地基承載力特征值，取 135 k Pa；

m—水泥土攪拌樁置換率；

β—樁間土的承載力拆減系數(shù)，取0.4；

fs.k—樁間地基土未經(jīng)修正地基承載力特征值，96 k P a；

Rdk—單樁承載力，108.2 kN。

解得m＝19%。

根據(jù)置換率和樁的面積，設(shè)計取每1.0 m2為一根直徑0.5 m水泥攪拌樁，置換率為19.6%，大于19%，滿足要求。水泥攪拌樁采用梅花形布置型式，樁間縱向間距為 1.0 m，橫向間距為 1.0 m，深攪樁徑為 0.5 m。 具體詳見圖1。

4 質(zhì)量控制指標(biāo)和注意事項

（1）水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制指標(biāo)：復(fù)合地基承載力不小于120 kPa，水泥攪拌樁28 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1 MPa。機(jī)頭提升速度≤0.5 m/min，樁位偏差〈50 mm，樁徑偏差〈20 mm，垂直度≤1.5%，搭接〉200 mm。

圖1 樁位平面布置

（2）在水泥土攪拌樁施工中，質(zhì)量檢驗應(yīng)跟蹤全過程，并應(yīng)堅持全過程施工監(jiān)理，施工中檢查重點是水泥用量、樁長，攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度、復(fù)攪次數(shù)和復(fù)攪深度、停漿處處理方法是否得當(dāng)。確保整個樁身均勻一致，避免局部攪拌質(zhì)量差影響整根樁的質(zhì)量。

5 現(xiàn)場檢測

本次試驗采用復(fù)合地基靜載試驗的方法，利用壓重平臺反力裝置，堆砼預(yù)制塊作荷載壓重，另配50 t油壓千斤頂加荷裝置，采用2個分表作沉降觀測讀數(shù)，取平均值，確定樁的沉降與穩(wěn)定。分八級加載，每級35 kPa，當(dāng)1 h內(nèi)沉降量小于0.1 mm，即加下一級荷載。加載重量為設(shè)計荷載的2倍以上，最大加載為280 kPa。

加載最大重量為設(shè)計荷載的2倍。本次檢測5個點，根據(jù)檢測結(jié)果在荷載達(dá)到280 kPa時，沉降量為18.12～22.94 mm；回 彈量為 5.75～6.66 mm，回彈率 在29%～31%，其中最大沉降量試驗點P-S曲線見圖2。

圖2 P-S曲線

由圖2可見，P-S曲線是一條平緩的曲線，呈比例關(guān)系，無明顯的拐點突變現(xiàn)象，相鄰兩級壓力所對應(yīng)的沉降量之比亦無一定的規(guī)律，由此可知荷載滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

水泥土攪拌樁較適應(yīng)處理軟基，形成復(fù)合地基，發(fā)揮軟基的作用，且攪拌樁樁身材料利用率高，基礎(chǔ)處理造價低，如采用鋼筋混凝土樁基處理，對于本工程樁身材料無法充分利用，投資大。且水泥土攪拌樁與原狀土能形成復(fù)合體，整體性好，適合于堤后新建建筑物地基處理措施，其不破壞堤后表層土壓浸或鋪蓋作用，保護(hù)下臥細(xì)砂層滲漏穩(wěn)定。水泥土攪拌樁振動相對很小，避免了細(xì)砂層的流土和液化破壞。

[1］《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊（第四版）[M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.2.

[2］JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S］.

[3］孫 敏，劉 堅.水泥攪拌樁在羅格圍河堤軟基處理中的應(yīng)用[J］.江西水利科技，2008（3）.