水泥攪拌樁在水閘軟基處理中的應(yīng)用

東莞市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 廣東東莞 523000

摘要：水泥攪拌樁是水閘工程軟基處理最為常用的方法之一，具有施工速度快、施工方便、工后沉降小等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對(duì)水泥攪拌樁在水閘處理中的應(yīng)用展開了探討，結(jié)合了具體的工程實(shí)例，對(duì)閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地基處理方案作了詳細(xì)的闡述，并系統(tǒng)分析了觀測(cè)成果，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；水閘；軟基處理

所謂水泥攪拌樁，是屬于復(fù)合地基處理方法中較常用的一種，是通過專用攪拌設(shè)備，將固化劑與地基土就地強(qiáng)制攪拌后，并在一定的時(shí)間通過水泥水化物與地基土間一系列的化學(xué)物理作用，從而形成有一定強(qiáng)度的水泥土固結(jié)體。而水泥攪拌樁在軟土地基的處理中有著極大的幫助，特別是在水閘軟基處理中。基于此，本文就水泥攪拌樁在水閘處理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，相信對(duì)水閘軟基的處理有一定的幫助。

1工程簡(jiǎn)介

某水閘主要功能是防洪、擋潮、排澇，解決本地區(qū)威脅最大的洪、潮和內(nèi)澇等災(zāi)害，并擔(dān)負(fù)灌溉及連接兩岸交通等作用。該水閘是在原來的水閘上重建，新閘軸線距外江約28m。閘址基巖埋深在33m左右，基巖為白堊系（K）砂礫巖?；鶐r上第四系屬海相沖積成因，為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中砂等。閘長(zhǎng)為16.5m。水閘底板高程-2.50m。工作門選用直升平面鋼閘門。交通橋?qū)挒?m，橋面高程為4.90m。閘外江側(cè)消力池長(zhǎng)為8.0m，池深0.5m；內(nèi)、外側(cè)海漫段長(zhǎng)度分別為10.0m、18.0m；內(nèi)、外側(cè)防沖槽寬均為6.0m。閘址場(chǎng)地的表層淤泥層很厚，抗滑、沖、震的穩(wěn)定性差，地基的承載力差，作為本工程堤岸的持力層需先進(jìn)行地基加固處理。

2閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)布置

閘室采用鋼筋混凝土整體塢型結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)16.5m，寬20.0m，中墩、邊墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，閘墩頂高程4.90m。兩邊孔設(shè)置胸墻以降低閘門的高度，胸墻底高程1.5m。閘頂交通橋布置在閘室的內(nèi)河側(cè)，橋面寬8.0m。

2.2相關(guān)計(jì)算

2.2.1穩(wěn)定計(jì)算

閘室基礎(chǔ)底面高程為-3.50m，根據(jù)地質(zhì)勘察，閘底板座落于淤泥層上，層厚8.20～13.25m，承載力建議值僅為40kPa?；A(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)取0.1。閘室的穩(wěn)定分析按根據(jù)SL256-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。閘室各工況穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表1。

表1閘室穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，閘室地基承載力、抗滑穩(wěn)定均不滿足要求，檢修1、檢修2工況地基應(yīng)力不均勻系數(shù)也不滿足要求，因此需進(jìn)行地基加固處理。

2.2.2沉降計(jì)算

閘室沉降只驗(yàn)算閘室地基的最終沉降量。按SL256-2001《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行，地基沉降量修正系數(shù)，可采用1.6。地基壓縮層計(jì)算深度按計(jì)算層面處土的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比為0.1控制。經(jīng)計(jì)算，加固前閘室地基最終沉降量為67.9cm，超過規(guī)范要求的15cm，需進(jìn)行地基處理。

2.2.3防滲計(jì)算

閘底板座落于淤泥層上，該土層含較多粉砂薄層，滲透系數(shù)為4.99×10-6cm/s。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，需計(jì)算最大水頭差下的水平段和出口段的滲流坡降。最大水頭差為3.08m，閘室長(zhǎng)16.5m，底板厚1.0m，下設(shè)1.2m深、1.0m厚齒坎。采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算，閘基水平段滲流坡降為0.11，出口段滲流坡降為0.33。地基為淤泥按軟黏土考慮，水平段、出口段規(guī)范允許值分別為0.35和0.65，故防滲設(shè)計(jì)滿足要求。

3地基處理方案

3.1處理方案比選

根據(jù)閘室相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，閘室基底基礎(chǔ)下的淤泥土的地基承載力不能滿足規(guī)范要求，因此，必須對(duì)其地基進(jìn)行基礎(chǔ)處理?；A(chǔ)處理方案有：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+水泥攪拌樁方案（方案一）、全套管灌注樁（方案二）及水泥攪拌樁方案（方案三）。各方案優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2閘室地基處理方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

經(jīng)比較，水泥攪拌樁施工過程比較簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量易于控制，因此，推薦水泥攪拌樁方案為本工程選定方案。

3.2攪拌樁布置

根據(jù)地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)匾呀?jīng)實(shí)施的同類工程經(jīng)驗(yàn)，初步選用等級(jí)為42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥為固化劑，水泥摻量暫定為15%～20%。初定與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值為1.2MPa。

攪拌樁在施工前應(yīng)進(jìn)行水泥土試驗(yàn)，以確定合適的相關(guān)參數(shù)。水泥攪拌樁采用準(zhǔn)600mm@1200mm×1000mm，面積置換率為23.6%，長(zhǎng)12m，樁尖高程-15.80m，位于淤泥質(zhì)黏土中。為增強(qiáng)閘基的抗?jié)B穩(wěn)定，閘室底板四周布置了準(zhǔn)600mm、長(zhǎng)12m的密排水泥攪拌樁，形成防滲圍封體系。

經(jīng)計(jì)算，水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值138.3kPa，復(fù)合地基承載力特征值127.5kPa，復(fù)合地基沉降值為13.2cm。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，處理后的閘室基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)可達(dá)0.30以上，取0.30，則基礎(chǔ)處理后閘室穩(wěn)定分析成果見表3。

根據(jù)計(jì)算成果，經(jīng)過水泥攪拌樁處理，閘室相關(guān)計(jì)算結(jié)果能滿足規(guī)范要求。

4觀測(cè)成果及分析

4.1測(cè)點(diǎn)布置

閘室底板上四角各布置沉降測(cè)點(diǎn)一只，編號(hào)為L(zhǎng)D7′、LD8′、LD21′、LD22′，待閘室邊墩澆筑到頂部后將底板各沉降測(cè)點(diǎn)引測(cè)至對(duì)應(yīng)的邊墩頂部，對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為L(zhǎng)D7、LD8、LD21、LD22。

表3閘室穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

閘室底板上的沉降測(cè)點(diǎn)自底板澆筑完成后開始施測(cè)，待上部結(jié)構(gòu)施工完畢后引測(cè)至對(duì)應(yīng)閘墩頂部。監(jiān)測(cè)工作持續(xù)時(shí)間約為1年。

4.2觀測(cè)成果

閘室段測(cè)點(diǎn)沉降量過程線見圖1（2007-07-02，將底板的沉降引測(cè)至對(duì)應(yīng)邊墩頂部；2007-10-10，水閘實(shí)現(xiàn)通水），不同階段測(cè)點(diǎn)發(fā)生的累計(jì)沉降量見表4。

4.3分析

（1）總體來說，水閘實(shí)現(xiàn)通水前后，閘底板各沉降測(cè)點(diǎn)沉降較為均勻，不均勻沉降量較小，通水前底板最大不均勻沉降量約23mm，通水后最大不均勻沉降量約25mm；通水后至監(jiān)測(cè)末期，閘底板各測(cè)點(diǎn)均有下沉，最大沉降量約30mm；監(jiān)測(cè)末期，閘底板各沉降測(cè)點(diǎn)的最大不均勻沉降量約27mm，底板累計(jì)最大沉降量約111mm，發(fā)生在LD21。閘室底板累計(jì)沉降量及不均勻沉降量滿足要求。

（2）監(jiān)測(cè)末期，閘室底板（閘墩）各測(cè)點(diǎn)的沉降測(cè)值趨于穩(wěn)定，過程線趨于收斂。

（3）從2007-04-27～2007-05-13之間的監(jiān)測(cè)成果來看，閘室底板（閘墩）的差異沉降主要由施工順序造成，南側(cè)閘室邊墩（對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)LD21、LD22）較北側(cè)閘室邊墩（對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)LD7、LD8）先行澆筑完成，在此期間底板發(fā)生的最大差異沉降約28mm，底板測(cè)點(diǎn)發(fā)生的差異沉降主要由此產(chǎn)生。

（4）閘室底板（閘墩）在施工期間的沉降主要由水閘上部結(jié)構(gòu)荷載的施加及墻后填土所致，在整個(gè)水閘施工期間，水閘底板（閘墩）一直因?yàn)檫@些因素在緩慢下沉直至監(jiān)測(cè)末期趨于穩(wěn)定。

5結(jié)語

綜上所述，水泥攪拌樁是加固處理軟基的方法之一，其具有施工機(jī)械輕便，工程造價(jià)相對(duì)低廉，施工間歇期短等優(yōu)點(diǎn)，在水閘軟基的處理中有著廣泛應(yīng)用。因此，我們必須要在施工過程中緊把質(zhì)量關(guān)，并隨時(shí)檢查施工記錄，還要驗(yàn)收水泥土攪拌樁的質(zhì)量，以此保證施工質(zhì)量，穩(wěn)固水閘軟基處理的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]鶴立霞、沈霞、黃明雨.水泥攪拌樁在聯(lián)勝新碶（軟基水閘）中應(yīng)用初探[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè).2010（34）.

[2]呂漢標(biāo).淺析水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì).2007（04）