淺談水泥粉噴樁在水利工程中的運(yùn)用

（珠海市水務(wù)建設(shè)管理中心，廣東 珠海 519000）

淺談水泥粉噴樁在水利工程中的運(yùn)用

韋家慶

（珠海市水務(wù)建設(shè)管理中心，廣東 珠海 519000）

水泥粉噴樁在軟土地區(qū)水利工程中的應(yīng)用越來(lái)越多。采用水泥粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優(yōu)點(diǎn)，在軟土地基水利工程中，尤其在珠江三角洲地帶的軟土地基的處理中得到廣泛應(yīng)用。珠海市十字瀝水閘地基處理采用了水泥粉噴樁技術(shù)，取得非常理想的效果。本文以珠海市十字瀝水閘工程為研究案例，從方案設(shè)計(jì)，施工控制以及檢測(cè)等方面，介紹了水泥粉噴樁技術(shù)在水閘工程地基處理中的實(shí)際應(yīng)用，為同類工程提供借鑒和參考。

水泥粉噴樁；水利工程；設(shè)計(jì)方案；施工控制。

一、水泥粉噴樁簡(jiǎn)介

水泥粉噴樁是利用水泥作固化劑，通過(guò)專用的粉體噴射施工機(jī)械，采用粉噴法形成水泥土樁。水泥粉噴樁本質(zhì)上屬摩擦樁類，介于剛性樁與柔性樁之間，具有一定壓縮性。施工時(shí)先將攪拌鉆頭由上而下攪拌，用壓縮空氣將水泥粉體以霧狀由下而上均勻噴入加固部分的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌，經(jīng)過(guò)多次復(fù)攪，使水泥粉末均布于樁體內(nèi)，水泥與原位的軟土混合，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和足夠強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度。這些加固體與天然地基形成復(fù)合地基，共同分擔(dān)上部荷載并協(xié)調(diào)變形。

二、案例分析

（一）工程簡(jiǎn)介

十字瀝水閘位于珠海市高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)十字瀝水道出口處，面臨黃茅海。工程建設(shè)內(nèi)容為新建中型水閘1座（6孔水閘，1孔船閘）及加固334m引堤，水閘每孔凈寬10m，總凈寬60m，設(shè)計(jì)排澇流量472m3/s；船閘凈寬16m，設(shè)計(jì)船舶噸級(jí)為500t；堤防及水（船）閘的工程級(jí)別為2級(jí)，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。防洪潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。工程具備防洪、擋潮、通航、灌溉等綜合功能。工程主要由水閘、船閘和管理設(shè)施等建筑物組成，基礎(chǔ)為淤泥軟基，因此需對(duì)其進(jìn)行加固處理。設(shè)計(jì)采用水泥噴粉攪拌樁地基加固。

（二）工程地質(zhì)狀況

通過(guò)對(duì)十字瀝水閘的地質(zhì)勘察工作，揭示閘址區(qū)的主要工程地質(zhì)條件如下：

（1）工程區(qū)位于珠江口入海處，屬三角洲平原地貌，廣泛分布較為深厚的海相沉積淤泥和淤泥質(zhì)軟土。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1/400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001），工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。堤防及建筑物地基大多為軟土，場(chǎng)地土類型屬軟弱土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地為對(duì)建筑抗震不利地段。應(yīng)按有關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防。

（2）閘址地基淤泥土分布較穩(wěn)定，厚度大。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5073-2000中地基軟弱粘土層的液化或震陷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，淤泥在地震作用下會(huì)發(fā)生震陷。

（3）十字瀝水閘基礎(chǔ)座落在淤泥土層上，淤泥土層厚度一般為10.30～18.80m，局部稍厚，其地基承載力不能滿足要求，需采用復(fù)合地基或樁基處理。

（4）工程區(qū)河流以及地下孔隙水對(duì)混凝土具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

（三）基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)方案

十字瀝水閘地基采用水泥粉噴樁處理。樁徑φ50cm，間、排距1m，正方形排列。軟土層底高程為-12.63～-19.20m，粉噴樁穿透軟土層并深入下部粘土持力層0.5～1m，樁底高程-14.0～-20.0m，樁長(zhǎng)為13m～16.5m。為滿足防滲需要，閘室底板上游截水齒墻后緣設(shè)一排加密長(zhǎng)短相間的連續(xù)墻，長(zhǎng)樁樁長(zhǎng)13.5m，樁距70cm，內(nèi)插短樁，樁長(zhǎng)6.0m，套樁間距35cm。加密樁樁頂與閘底板結(jié)合處換填粘土防滲。

（四）水泥粉噴樁施工

1 施工前準(zhǔn)備工作

①施工單位根據(jù)施工圖紙規(guī)定的樁位、樁徑、樁長(zhǎng)、復(fù)勘的場(chǎng)地地質(zhì)條件和持力層埋藏深度，選擇深層攪拌施工機(jī)具。相關(guān)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，開(kāi)始施工前的準(zhǔn)備工作，進(jìn)行機(jī)械組裝和試運(yùn)轉(zhuǎn)。工程技術(shù)人員進(jìn)行施工前技術(shù)交底，熟悉各種施工資料、設(shè)計(jì)圖紙、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）（J220-2002）要求和詳細(xì)了解地質(zhì)勘察資料及《粉噴樁施工監(jiān)理實(shí)施細(xì)則》。②進(jìn)行場(chǎng)地平整，清除地上、地下一切障礙。地表過(guò)軟時(shí)，采取防止施工機(jī)械失穩(wěn)的措施；在邊坡附近施工，應(yīng)考慮施工對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并采取確保邊坡穩(wěn)定的措施。③進(jìn)行成樁試驗(yàn)。由建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位會(huì)同施工單位和監(jiān)理單位選擇具有代表性的場(chǎng)地作為粉噴樁施工的試驗(yàn)場(chǎng)地。從而確定鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時(shí)間水泥噴入量、每延米水泥用量等技術(shù)參數(shù)，施工工藝和施工參數(shù)通過(guò)監(jiān)理人的審批后才能開(kāi)始正式施工。④按施工圖紙測(cè)放施工軸線和孔位，并對(duì)其進(jìn)行妥善保護(hù)，樁位布置與施工圖紙誤差不得大于5cm。

圖1

2 水泥粉噴樁施工

十字瀝水閘工程材料選取42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量20%，每米噴射水泥65kg，施工工藝為兩噴四攪。施工流程如圖1。

根據(jù)十字瀝水閘具體情況，做了如下相關(guān)施工工藝要求：

（1）水泥粉噴樁的材料和操作要求

采用42.5R普通硅酸鹽水泥，并且按規(guī)定檢測(cè)其強(qiáng)度和安定性，合格后才使用。在粉噴樁成型過(guò)程中，水泥用量按規(guī)定分兩次噴。按照設(shè)計(jì)要求使用PJ4-1型噴粉記錄儀嚴(yán)格控制每米噴粉量。粉噴樁的垂直偏差≤1%，施工時(shí)注意起吊設(shè)備的水平度和導(dǎo)向架離地面的垂直度。為了保持粉噴樁的完整性，采用連續(xù)施工，搭接樁施工間隔時(shí)間控制在24小時(shí)以內(nèi)。

（2）噴粉攪拌施工方案

結(jié)合以前的施工經(jīng)驗(yàn)和本工程淤泥層厚，抗剪強(qiáng)度低的實(shí)際情況，決定采用“控制水泥總用量，少量多次噴粉”的工藝，重點(diǎn)處理淤泥部分。在施工過(guò)程中，當(dāng)樁機(jī)鉆桿到達(dá)下臥粘土層或樁底標(biāo)高時(shí)，關(guān)閉送氣閥門，開(kāi)啟灰罐閥門，在原地?cái)嚢杓s數(shù)秒后，待加固料到達(dá)噴粉口，再按規(guī)定檔速邊噴粉（約占總噴粉量60～70%）邊提升至離地面0.5m處停止噴粉。樁機(jī)噴粉攪到孔口0.5m后，關(guān)閉灰罐閥門，將樁機(jī)攪拌下沉至開(kāi)噴標(biāo)高，然后邊噴粉（約占總噴粉量40～30%）邊復(fù)攪提升孔口。

（五）水泥粉噴樁檢測(cè)

水泥粉噴樁施工過(guò)程受施工設(shè)備、施工方法、施工人員素質(zhì)影響很大，十字瀝水閘工程堅(jiān)持全方位的施工監(jiān)理，十字瀝水閘監(jiān)理人員認(rèn)真對(duì)施工記錄及材料貨單進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)已完成的粉噴樁必須按規(guī)定及時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)。施工過(guò)程中必須隨時(shí)檢查噴灰量、樁長(zhǎng)、復(fù)攪長(zhǎng)度以及是否進(jìn)入持力層等，十字瀝水閘工程施工中有異常情況，相關(guān)人員記錄其處理方法及措施。成樁 28 天后，采用鉆孔取芯法和靜載試驗(yàn)對(duì)粉噴樁成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。粉噴樁施工質(zhì)量允許偏差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定。

四、注意事項(xiàng)

1 實(shí)踐證明，地下承壓水、土體高含水量及土體內(nèi)水的酸堿度對(duì)水泥粉噴樁成樁質(zhì)量有較大影響。運(yùn)用水泥粉噴樁處理軟土地基時(shí)，應(yīng)對(duì)土體的含水率、土體中水分的酸堿性進(jìn)行分析，確保設(shè)計(jì)、施工的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。

2 采用水泥粉噴樁對(duì)水閘進(jìn)行復(fù)合地基處理，其加固范圍應(yīng)大于水閘基礎(chǔ)輪廓線范圍。水閘與引堤連接段的基礎(chǔ)適當(dāng)范圍內(nèi)也需加固處理，以避免引堤連接段與水閘之間的不均勻沉降過(guò)大，造成開(kāi)裂后仰變形。

3 水泥粉噴樁為隱蔽工程，施工控制難度較大，容易造成噴粉量不足，進(jìn)尺不夠，攪拌不均勻等質(zhì)量事故。為確保成樁質(zhì)量，要求施工隊(duì)伍要具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，施工操作人員要有高度責(zé)任感和嫻熟的技術(shù)；監(jiān)理單位應(yīng)全程旁站，逐一記錄，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和工藝試樁參數(shù)施工。

結(jié)語(yǔ)

十字瀝水閘工程竣工10個(gè)月后，經(jīng)沉降觀測(cè)，結(jié)果表明水閘主體結(jié)構(gòu)物最大沉降量不到20mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)沉降量，說(shuō)明采用水泥粉噴樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固取得了非常理想的效果。同時(shí)，實(shí)踐表明，通過(guò)采用水泥粉噴樁加固水閘地基，施工設(shè)備簡(jiǎn)便，工期短、速度快，施工過(guò)程較安靜不會(huì)造成噪音污染，水泥粉噴樁加固基礎(chǔ)較適宜在沿海軟土地區(qū)使用。

[1]許曉東.水泥粉噴攪拌樁在水利工程中的應(yīng)用與研究[J].廣西水利水電，2004，01：40-42.

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[3]張俊生.柔性基礎(chǔ)下水泥粉噴樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究及有限元分析[D].武漢理工大學(xué)，2003.

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