水利工程軟土中水泥攪拌樁的應用及相關(guān)問題闡釋

□張延華（新疆水利水電科學研究院）

水利工程軟土中水泥攪拌樁的應用及相關(guān)問題闡釋

□張延華（新疆水利水電科學研究院）

水利工程建設(shè)過程中，會遇到一些軟土地基，此類地基的承載力相對較差，在其上方修建水工建筑物時，會對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。為了確保水利工程的安全、穩(wěn)定運行，必須采取有效的方法和措施，對軟土進行加固處理，借此來提升其承載力?；诖它c，文章以新疆葉爾羌河渠首工程為例，對水泥攪拌樁在軟土加固處理中的應用及施工細節(jié)問題進行論述，希望能夠?qū)ν惞こ烫峁┙梃b參考。

水利工程；軟土；水泥攪拌樁；施工質(zhì)量

1　水利工程中軟土的特性

1.1軟土構(gòu)成

軟土的主要構(gòu)成為細粒土，相對于地基土總體而言土質(zhì)較為軟弱。根據(jù)GB50021-2001中的規(guī)定，軟土為天然孔隙比≥1.00，且天然含水量大于液限的細粒土，其形態(tài)包括泥炭、淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土等。其中，淤泥是指在靜水或緩慢流水中沉積，經(jīng)過生物化學作用，且天然孔隙比≥1.50，含水量大于液限的粘性土。淤泥質(zhì)土是指天然孔隙比介于1～1.50之間，含水量大于液限的粘性土或粉土。

1.2軟土的物理特性

軟土形成于靜水沉積環(huán)境，屬于海水入侵期的產(chǎn)物，主要產(chǎn)自于淺海相、濱岸相、河口相、瀉湖相，其顏色多為灰色、青灰色和深灰色，形狀為鱗片狀，含有一定量的貝殼、粉細砂、泥炭。

1.3軟土的工程特性

天然軟土具備以下工程特性：①孔隙比高。在同一垂直壓力下，與重塑土的孔隙比相比，天然軟土的孔隙比高出0.20～0.40。在試驗室內(nèi)的軟土土樣孔隙比可達到1.90。天然軟土的高孔隙比與其形成過程有關(guān)：沉積物在緩慢沉積中，內(nèi)部顆粒接觸點形成膠結(jié)狀態(tài)，對沉積物的壓密起到了抑制作用。②壓縮性高。在壓縮天然軟土過程中，其初始階段的壓縮曲線較為平緩，但是當施加的壓力超過某一屈服應力時，其壓縮曲線便會呈現(xiàn)出陡降狀態(tài)。③強度低。在不排水狀態(tài)下，一般天然軟土的抗剪強度不超過20 kPa。④透水性弱。天然軟土的豎向滲透系數(shù)介于i×（10～10）cm/s，對地基排水固結(jié)產(chǎn)生較大影響。在對軟土加載的初期階段，地基中的孔隙比壓力隨之增大，可對地基沉降產(chǎn)生抑制作用，延長建筑物沉降時間。⑤靈敏度高。軟土具備良好的觸變性，在軟土受到振動的情況下，土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、強度下降、出現(xiàn)稀釋狀態(tài)，進而造成軟土沉降、側(cè)向滑動或由地基面向外擠出。

2　水利工程軟土中水泥攪拌樁的應用及施工細節(jié)

2.1工程概況

葉爾羌河位于新疆維吾爾自治區(qū)的南部，它是喀什地區(qū)的主要河流，也是塔里木河的源流之一。葉爾羌河渠首是該河道上的第四級引水渠首，該工程地處喀什莎車縣境內(nèi)的大寨渠口處，距離烏魯木齊市1730 km。渠首的主要任務(wù)是歸并臨時引水口，對灌區(qū)的引水量進行控制，為生態(tài)水環(huán)境目標的實現(xiàn)創(chuàng)造條件。該渠首工程的總引水規(guī)模為175 m3/s，工程屬于Ⅱ等大（Ⅱ）型工程，主要建筑物等級為2級，次要建筑物等級為3級，臨時建筑物等級為4級。渠首設(shè)計洪水標準為50 a一遇，整個渠首工程由以下幾個部分組成：泄洪沖沙閘、進水閘、溢流堰、輸水涵洞、上下游導流堤、分流墻等等。渠道的布置形式為一字型閘堰結(jié)合式。

2.2地質(zhì)條件

該渠首工程位于塔里木的西南緣，葉河的沖洪積平原區(qū)上，屬于新疆地震活動較為強烈的區(qū)域。通過查閱該地區(qū)歷年的地震資料可知，地震活動多集中在渠首工程北西100 km處的烏什至柯坪地震帶上，處于外圍地震活動影響波及區(qū)。渠首工程中的閘、堰上部為粉細砂層，土體的天然密度為1.86～1.93 g/cm3，其含水量約為27.40%～31.20%左右。通過對土層進行鉆孔標準貫入試驗后發(fā)現(xiàn)，粉細砂層位于地表以下0～4 m以內(nèi)，滲透系數(shù)為5.50～3.20 cm/s，屬于弱到中等透水層。葉爾羌河的中游河段是整條流域上地質(zhì)條件最差的區(qū)域，渠首工程閘、堰基礎(chǔ)粉細砂層的滲透破壞形式為流土型，其中閘基飽和砂層的地震液化深度約為9～11 m左右，閘址及溢流堰下游的水流速度較大，地基土為抗沖刷能力差的粉細砂，在其上修建水工建筑物會對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成一定影響，因此，應當采取相應的措施，對粉細砂層進行加固處理。通過對軟土地基加固處理的幾種技術(shù)措施（水泥攪拌樁、灌注樁剛性基礎(chǔ)、鋼混板樁、振沖擠密沙石樁）進行技術(shù)經(jīng)濟性比選后，決定采用水泥攪拌樁對該軟土進行加固處理，借此來提高土體的承載能力。下面重點對水泥攪拌樁施工中的相關(guān)細節(jié)問題進行論述。

2.3水泥攪拌樁施工

2.3.1施工流程及要點

水泥攪拌樁的施工工藝流程如圖1所示。

圖1　水泥攪拌樁施工工藝流程圖

施工技術(shù)要點如下：①施工前，應當先進行水泥漿液制備，按照設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿，待壓漿開始前，將制備好的水泥漿液倒入集料斗內(nèi)。②待攪拌機的冷卻水循環(huán)正常之后，啟動電機，并將起重機鋼絲繩放松，使攪拌機沿著導架攪拌切土下沉，下沉的速度應當控制在0.38～0.75 m/min左右。在下沉攪拌機的同時，啟動灰漿泵將水泥漿液壓入到地基當中，采取邊噴射邊旋轉(zhuǎn)的方式。需要特別注意的是，攪拌機在下沉的過程中不宜充水，若是遇到較硬的土層影響下沉速度時，可以適量充水，但必須充分考慮成樁強度。如果因為特殊情況導致噴漿中斷，為避免出現(xiàn)斷樁的情況，應當將攪拌機下沉至停漿點以下0.50 m，待恢復后再噴漿提升。③當攪拌機下沉到設(shè)計深度后，啟動灰漿泵，在地基中壓入水泥漿，采用邊噴邊旋轉(zhuǎn)的方式，控制好攪拌機的提升速度，通常為0.30～0.50 m/min。同時，在成樁過程中還要控制攪拌機的提升次數(shù)和水泥漿注入量，確保攪拌機均勻攪拌，且連續(xù)不間斷攪拌。④攪拌機要重復進行上、下攪拌，在其提升到設(shè)計加固深度時，集料斗中的水泥漿要正好排空。為了鞏固攪拌效果，確保軟土與水泥漿充分攪拌均勻，要再將攪拌機沉入軟土中，采取邊旋轉(zhuǎn)邊沉入的方式直至沉到設(shè)計加固深度后再緩慢提升，借此形成“8”字形柱狀加固體。⑤在集料斗中加入熱水進行清洗，將所有管線中的殘存水泥漿，以及攪拌頭上附著的雜物全部清理干凈。

2.3.2水泥攪拌樁的質(zhì)量控制

①嚴把水泥質(zhì)量關(guān)。根據(jù)水利工程軟土施工設(shè)計要求選擇水泥的品種，在水泥運至施工現(xiàn)場后，做好防雨、防潮措施，保證水泥性能不受影響。在領(lǐng)用水泥時，堅持先進先出的原則，避免水泥存儲時間過長而導致標號降低。②加強現(xiàn)場管理。施工單位要制定施工管理措施，組織施工人員技術(shù)培訓，使施工人員掌握施工技術(shù)方法，做好技術(shù)交底工作；在施工現(xiàn)場中，分派精通地基加固知識的技術(shù)人員進行技術(shù)指導，對施工規(guī)范性進行檢查，使施工質(zhì)量得到有效控制；配備可靠、完整的制樁設(shè)備，使機械化施工滿足設(shè)計要求；定時對電腦自動記錄儀進行檢校，保證其處于正常工作狀態(tài)。③控制加固樁體質(zhì)量。在制備水泥攪拌樁時，要派專人做好成樁記錄，記錄數(shù)據(jù)包括成樁的位置、編號、噴漿量、噴漿深度、復攪深度等，及時發(fā)現(xiàn)和糾正問題；成樁過程中，派專人監(jiān)控設(shè)備的運行情況，防止出現(xiàn)輸漿管道堵塞現(xiàn)象；按照施工技術(shù)要求嚴格控制噴漿量，充分拌合樁體內(nèi)的每一深度；定期對鉆頭進行復核檢查，以保證成樁攪拌均勻，成樁直徑符合施工要求。若鉆頭的直徑磨耗過大，則必須及時維修或更換。④檢查加固效果。成樁后，切取水泥攪拌樁不同部位的試塊帶到試驗室進行檢驗，將試塊分割成與室內(nèi)試塊尺寸相同的試件，用于分析相同齡期條件下，室內(nèi)外試塊的強度變化；對加固后的復合地基進行復合地基荷載試驗，檢驗加固效果是否達到設(shè)計標準。

2.3.3質(zhì)量檢測

水泥攪拌樁成樁之后，應當對其進行質(zhì)量檢測，相關(guān)的檢測項目及標準如表1所示。

表1　水泥攪拌樁質(zhì)量檢測表

3　結(jié)論

綜上所述，文章以新疆葉爾羌河的渠首工程為例，分析了該工程的地質(zhì)情況，并對水泥攪拌樁在軟土加固處理中的應用及施工細節(jié)進行論述。經(jīng)過水泥攪拌樁對該工程所在地的軟土進行加固處理后，進一步提升了地基的承載力，確保了渠首工程施工建設(shè)的安全、有序進行。

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（責任編輯：左英勇）

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