水泥粉噴樁在河床地基處理中的應(yīng)用

(撫順市水利勘測設(shè)計研究院，遼寧 撫順 113008)

水泥粉噴樁是一種施工方便、操作簡單、價格便宜的軟土地基處理方法，具有地基處理效果好、操作方便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁、泵站和水閘等涉水工程。相關(guān)學(xué)者對此進(jìn)行了研究，張永剛[1]研究了水泥粉噴樁在高填方軟土路基施工中的應(yīng)用及對公路質(zhì)量的影響。楊益[2]通過分析水泥粉噴樁在輸水工程中的應(yīng)用，得到水泥土樁體對雙南干渠灌排的影響。羅曉光[3]根據(jù)設(shè)計方案，研究了水泥粉噴樁在水閘工程中的施工控制措施。河床地基的處理不僅影響建筑的穩(wěn)定性、強(qiáng)度與工程造價，而且直接影響水土建筑的穩(wěn)定性能與質(zhì)量安全及人民財產(chǎn)安全[4]。本文根據(jù)水泥粉噴樁復(fù)合地基主固結(jié)沉降的計算公式得到燈塔灌區(qū)與大伙房水庫的單樁沉降計算Q-s圖與單樁復(fù)合地基沉降計算p-s圖，進(jìn)行了燈塔灌區(qū)與大伙房水庫的單樁豎向抗壓靜載試驗與單樁復(fù)合地基靜載試驗，確定了不同地質(zhì)條件對樁基的影響，為相關(guān)研究提供了理論指導(dǎo)。

1 水泥粉噴樁的沉降計算

1.1 復(fù)合地基主固結(jié)沉降計算

復(fù)合地基主固結(jié)沉降主要包括加固區(qū)土層壓縮量s1與下臥區(qū)土層的壓縮沉降量s2兩部分，即

s=s1+s2

(1)

式中s——總沉降量，mm；

s1——加固區(qū)土層沉降量，mm；

s2——下臥區(qū)土層沉降量，mm。

加固區(qū)土層壓縮量s1與下臥區(qū)土層的壓縮沉降量s2通過分層總和法進(jìn)行計算：

(2)

式中s′——沉降量，mm；

Hi——土體厚度，mm；

ΔPi——第i層附加應(yīng)力增加值，kN；

E——土層的復(fù)合模量。

現(xiàn)場施工一般通過應(yīng)力擴(kuò)散法計算傳送至下臥區(qū)土層的荷載：

(3)

式中P——復(fù)合地基荷載,kN；

P0——基底附加應(yīng)力,kN；

h——復(fù)合地基加固厚度,mm；

B——復(fù)合地基荷載作用寬度,mm；

β——擴(kuò)散角,(°)。

1.2 燈塔灌區(qū)的沉降計算

根據(jù)相關(guān)計算公式，得到燈塔灌區(qū)單樁沉降計算Q-s圖與單樁復(fù)合地基沉降計算p-s圖(見圖1和圖2)。

圖1 燈塔灌區(qū)單樁沉降計算Q-s

圖2 燈塔灌區(qū)單樁復(fù)合地基沉降計算p-s-

由圖1和圖2可以得出兩點(diǎn)相同的結(jié)論：?地基固結(jié)時間直接影響沉降量，沉降量隨著固結(jié)時間變長而增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時間以后，沉降量達(dá)到穩(wěn)定；?上部荷載決定沉降量，沉降量隨著上部荷載增長而變大。經(jīng)過計算，大伙房水庫單樁沉降、復(fù)合地基沉降與燈塔灌區(qū)的沉降具有相同的規(guī)律。

2 水泥粉噴樁的檢測

2.1 檢測方法

2.1.1 單樁豎向抗壓靜載檢測

單樁豎向抗壓靜載試驗通過壓重平臺反力裝置(包括位移表與剛性承壓板),采用“慢速維持荷載法”進(jìn)行試驗，沉降數(shù)值為各表數(shù)值平均值。當(dāng)50min內(nèi)連續(xù)兩次出現(xiàn)柱頂沉降量小于0.10mm時，視為沉降穩(wěn)定。

終止加載標(biāo)準(zhǔn)：達(dá)到最大設(shè)計值；樁頂沉降高于上一級荷載沉降量的2倍，36h未穩(wěn)定；樁頂沉降高于上一級荷載沉降量的5倍。

2.1.2 單樁復(fù)合地基靜載檢測

單樁復(fù)合地基靜載試驗方法同單樁豎向抗壓靜載試驗。記錄荷載前后沉降量，當(dāng)50min內(nèi)出現(xiàn)沉降量小于0.10mm時，進(jìn)行下一級加載。加載荷載的一半視為卸載，25min記錄一次回彈量，完全卸載后3.5h記錄最終回彈量。

終止加載標(biāo)準(zhǔn)：加載壓力高于設(shè)計的2倍仍達(dá)不到荷載極限；累計沉降量高于承壓板直徑或?qū)挾鹊?%；承壓板或者周圍土隆起。

2.2 燈塔灌區(qū)檢測結(jié)果分析

2.2.1 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

抽選樁號為55號、225號、885號三根樁進(jìn)行燈塔灌區(qū)單樁豎向抗壓靜載荷試驗。225號樁試驗結(jié)果見表1。

表1 225號樁檢測數(shù)據(jù)

由表1可見，225號樁荷載為126kN時，沉降量對應(yīng)為3.42mm，荷載為253kN時，最大沉降量對應(yīng)為31.66mm，穩(wěn)定抗壓而沒有到達(dá)荷載極限，最大回彈量為8.45mm，殘余沉降量為23.21mm，與沉降計算相符合，滿足設(shè)計要求。

2.2.2 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗

抽選樁號為445號、525號、815號三根樁進(jìn)行燈塔灌區(qū)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗。樁號525號試驗結(jié)果見表2。

表2 525號樁檢測數(shù)據(jù)

由表2可見，樁號525號荷載為176kN時，沉降量對應(yīng)為4.70mm，荷載為353kN時，最大沉降量對應(yīng)為29.70mm，穩(wěn)定抗壓而且沒有到達(dá)荷載極限，最大回彈量為9.21mm，殘余沉降量為20.49mm，與沉降計算相符合，滿足設(shè)計要求。

2.3 大伙房水庫檢測結(jié)果分析

2.3.1 水泥土攪拌樁檢測

大伙房水庫水泥土攪拌樁分布于上游段、閘室段及下游段，檢測結(jié)果見表3。

由表3可見，大多數(shù)檢測位置都能滿足設(shè)計要求，不滿足要求的部位集中在大伙房水庫閘上兩側(cè)翼墻，經(jīng)現(xiàn)場開挖檢測，682號樁樁下55cm出現(xiàn)樁體裂開現(xiàn)象，583號樁樁下75cm出現(xiàn)夾泥層，土壤為褐色淤質(zhì)，導(dǎo)致樁身攪拌不均勻。經(jīng)研究采取換填水泥土進(jìn)行人工分層壓實加固。大伙房水庫閘上左岸翼墻挖去60cm原土，換為水泥土加固；閘上右岸翼墻挖去80cm原土，換為水泥土加固。經(jīng)檢測，均能達(dá)到設(shè)計要求。

表3 大伙房水庫水泥土攪拌樁檢測結(jié)果

2.3.2 水泥土攬拌樁復(fù)檢分析

為了保證地基均衡與滿足設(shè)計要求，大伙房水庫閘下兩側(cè)翼墻進(jìn)行550mm水泥土換填，閘室進(jìn)行650mm水泥土換填，閘上左岸翼墻進(jìn)行850mm水泥土換填，然后對水泥土換填的地基進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示大伙房水庫各部位均能達(dá)到設(shè)計要求。閘室中部242號樁具體檢測結(jié)果見表4。

表4 242號樁檢測數(shù)據(jù)

續(xù)表

由表4可見，242號樁荷載為148kN時，沉降量對應(yīng)為5.18mm，荷載為296kN時，最大沉降量對應(yīng)為23.79mm，穩(wěn)定抗壓而沒有到達(dá)荷載極限，最大回彈量為9.90mm，殘余沉降量為13.31mm，與沉降計算相符合，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié) 論

水泥粉噴樁是一種施工方便、操作簡單、價格便宜的軟土地基處理方法，具有地基處理效果好、操作方便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。本文通過燈塔灌區(qū)與大伙房水庫的單樁豎向抗壓靜載試驗與單樁復(fù)合地基靜載試驗，得到以下主要結(jié)論：燈塔灌區(qū)利用樁基處理地基，結(jié)果與沉降計算相符合，滿足設(shè)計要求；大伙房水庫上游段、閘室段及下游段水泥土攪拌樁應(yīng)用性能均能滿足設(shè)計要求；通過相同的施工方法對燈塔灌區(qū)與大伙房水庫進(jìn)行樁基處理，燈塔灌區(qū)噴樁處理地基效果良好，而大伙房水庫由于地質(zhì)復(fù)雜導(dǎo)致檢測結(jié)果與沉降計算出現(xiàn)偏差，表明不同地質(zhì)條件對樁基具有決定性影響。

[1] 張永剛,李俊才,鄧亞光,等.管樁水泥土復(fù)合樁擠土效應(yīng)現(xiàn)場試驗[J].地下空間與工程學(xué)報,2015,11(3):601-606.

[2] 楊益.水泥粉噴樁在泵站地基處理中的設(shè)計計算[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2013,13(1):17-18.

[3] 羅曉光,張瑜.水泥粉噴樁在水閘淤泥軟基處理工程中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2008,16(1):48-50.

[4] 葉常桃.高壓旋噴樁在船塢堵漏中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2015,35(12):16-19.