水泥攪拌樁技術(shù)在三劉閘地基加固中的應(yīng)用

朱俊杰

（德州市水利局水利施工處，山東 德州253014）

三劉攔河閘位于山東省德州市陵縣境內(nèi)，于1971 年8 月建成使用，主體結(jié)構(gòu)為11 孔開敞式鋼筋混凝土框架，每孔凈寬5.8 m，高5 m，設(shè)平板鋼閘門，屬中型水閘。經(jīng)多年運(yùn)行，目前閘體多處存在病險(xiǎn)問題，且局部維修無法從根本解除，因此決定對(duì)原水閘拆除重建。經(jīng)地質(zhì)勘測，閘基、橋頭堡、翼墻等基礎(chǔ)均坐落于砂壤土、粉質(zhì)黏土等沉積堆積層，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)較差，設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行加固處理。

1 水泥攪拌樁強(qiáng)度影響因素分析

1.1 水泥摻量和齡期影響

本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)5%、8%、12%、15%四個(gè)等級(jí)的水泥摻合量來測定其對(duì)樁體強(qiáng)度的影響程度，測試結(jié)果曲線見圖1。由圖1 可知：水泥摻合量越大，樁體強(qiáng)度越大，5%、8%、10%摻合量曲線上升平緩，樁體強(qiáng)度相對(duì)于原地基提升不大，而15%摻合量其強(qiáng)度由原地基的1.8 MPa 提高到4 MPa，提升量達(dá)到122%。據(jù)此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水泥摻量為15%。

齡期測試分為15 d、30 d、60 d、90 d 四級(jí)，曲線見圖1。隨著齡期增長，樁體強(qiáng)度逐步增加。經(jīng)測試，30 d 后可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的70%左右，90 d 達(dá)到90%以上，由此在三劉攔河閘項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工進(jìn)度時(shí)，應(yīng)保證在攪拌樁完成至少60 d 后再進(jìn)行地表建筑施工。

圖1 水泥摻合量及齡期對(duì)樁體強(qiáng)度的影響曲線

1.2 地基含水量影響

三劉攔河閘項(xiàng)目以15%、12%、8%、5%、3%（對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為1、2、3、4、5）5 個(gè)等級(jí)地基含水量為研究對(duì)象，測定樁體強(qiáng)度與地基含水量關(guān)系曲線如圖2 所示（齡期為7 d）。其中4、5 號(hào)曲線隨含水量增大，強(qiáng)度逐步減小；1、2、3 號(hào)曲線強(qiáng)度經(jīng)歷先增加后減小過程，最適含水量均在55%～60%。針對(duì)1 號(hào)曲線，其提高量在50%。

圖2 地基水含量w 對(duì)樁體強(qiáng)度影響

1.3 水泥種類影響

不同水泥品種其組分、石膏摻量、水泥細(xì)度等均存在差別，進(jìn)而影響水泥水化過程。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)常用的P·O42.5 和P·O32.5 兩種型號(hào)水泥其攪拌樁強(qiáng)度曲線（摻量均為15%），檢測結(jié)果見圖3。由圖3 可知：水泥強(qiáng)度越大，形成樁體強(qiáng)度越大，齡期60 d 后強(qiáng)度相差48%以上，因此三劉攔河閘項(xiàng)目設(shè)計(jì)用P·O42.5 型水泥作為攪拌樁使用。

圖3 不同型號(hào)水泥對(duì)攪拌樁強(qiáng)度影響

2 水泥攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算

水泥攪拌樁完工后同原地基共同組成復(fù)合地基，要求復(fù)合地基承載力滿足地面建筑所給載荷，三劉攔河閘地基容許承載力為130～200 kPa。

2.1 單樁長度設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)攪拌樁時(shí)，在滿足要求前提下為達(dá)到最經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)使土體對(duì)樁體支承力接近于樁身強(qiáng)度，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為樁體長度L 和水泥摻入量（三劉攔河閘已確定為15%）。而長度L 可根據(jù)單樁承載力Pa、原地基抗壓強(qiáng)度qu確定，計(jì)算公式參照公式（1）（2）。本項(xiàng)目采用攪拌樁直徑為0.5 m，經(jīng)計(jì)算得出L 范圍在13～18 m。

式中：f 為樁體側(cè)土平均摩擦阻力，kPa；Sa為攪拌樁周長，m；A 為樁體截面面積，m2；k 為強(qiáng)度安全系數(shù)，1.5。

2.2 置換率和樁數(shù)設(shè)計(jì)

樁體密度對(duì)復(fù)合地基承載力及施工成本有著決定性作用，在滿足承載力要求情況下盡量降低密度。置換率m 和樁數(shù)n 主要由設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力Rsp和單樁承載力Pa決定，具體計(jì)算見公式（3）（4）。經(jīng)計(jì)算得，三劉攔河閘項(xiàng)目樁體布置間距150 cm，呈梅花形。

式中：Rs為攪拌樁間土容許承載力，kPa；η為樁間土承載力折減系數(shù)，0.7；F 為地基加固總面積，m2。

3 施工要點(diǎn)分析

3.1 調(diào)整設(shè)備

設(shè)備就位后調(diào)整平整度和垂直度，三劉攔河閘項(xiàng)目要求樁機(jī)對(duì)中偏差不得大于2 cm，樁徑偏差小于4%，鉆桿垂直度小于1%。設(shè)備基礎(chǔ)做必要夯實(shí)處理，現(xiàn)場做好排水設(shè)施，保證施工中設(shè)備不出現(xiàn)偏斜、移動(dòng)問題。

3.2 漿液配置

本項(xiàng)目水泥為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，摻入量15%；外加劑選用FDN-5，用量為水泥用量的0.6%；水灰比控制在0.4～0.45，要求水泥漿不得產(chǎn)生離析現(xiàn)象，且從制備到使用間隔不得超過2 h，否則直接舍棄。

3.3 攪拌灌漿

在正式施工前首先對(duì)注漿泵流量、速度、管道等進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后施工，本項(xiàng)目要求注漿泵出口壓力保持在0.4～0.6 MPa，輸漿速度控制在6 m/h。為防止噴漿口堵塞，在攪拌頭下沉?xí)r可少量噴漿。每根樁必須連續(xù)作業(yè)，若遇中斷，則在12 h 內(nèi)補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊段應(yīng)不小于100 cm。

3.4 樁頂處理

為保證水泥漿端部、頂部質(zhì)量，在第一次提鉆噴漿時(shí)在樁底停留50 s 以上，對(duì)樁端進(jìn)行打磨；在樁頂采用同樣方法打磨30 s 以上。

4 結(jié) 語

水泥攪拌樁技術(shù)在松軟地基加固中應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)性好，特別適合面積大、深度小的工程使用。三劉攔河閘項(xiàng)目應(yīng)用該技術(shù)后其閘基承載力完全滿足要求，且防滲性也大大提高。