水泥土攪拌樁在池州市天生湖一站地基 處理中的應(yīng)用

程從穩(wěn) 張志彪

（1 池州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督處， 安徽 池州 247100；2.安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 安徽 合肥 230000）

1 工程概況

天生湖一站位于池州市西郊的國(guó)家5A 級(jí)旅游景區(qū)杏花村天生圩，區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇24h 暴雨地面不積水，現(xiàn)狀防洪排澇設(shè)施基礎(chǔ)薄弱，隨著杏花村文化旅游區(qū)的建設(shè)發(fā)展，嚴(yán)重影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

天生湖一站設(shè)計(jì)參數(shù)表

泵站建筑物包括：前池、泵房、壓力匯水箱、排澇出水涵等，采用正向布置，依次位于同一軸線上，軸線與天生圩堤防正交。前池順?biāo)鞣较虺示匦尾贾?，前池總長(zhǎng)20.35m，凈寬17.0m；泵房為堤后式，底板厚0.8m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)26.20m；泵房出水側(cè)設(shè)壓力水箱，壓力水箱末端與排澇出水箱涵連接。排澇出水涵為兩孔，孔口尺寸為2.5×3.0m，總長(zhǎng)56m。[1]

2 工程地質(zhì)

經(jīng)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露勘察成果，土層自上而下分別為：

堤身填土(Q4ml)：以重、中粉質(zhì)壤土為主，主要分布在堤防及堤防兩側(cè)，灰黃色，軟可塑，濕，局部堤腳處因河水浸泡呈軟塑狀，中等～中等偏高壓縮性。層厚1.50～9.00m，層底高程8.99～6.53m。

①層 (Q4al)：重粉質(zhì)壤土，灰～灰黃色，軟可塑為主，中等壓縮性，層厚0.60～4.20m，層底高程7.24～3.57m.

②層(Q4al)：淤質(zhì)重中粉質(zhì)壤土，灰色，軟塑，局部軟可塑，高壓縮性，具層理，夾薄層細(xì)砂，層厚0.90～9.20m，層底高程4.19～-7.30m。

②1層(Q4al)：細(xì)砂，灰色，松散～稍密，飽和，局部夾淤泥質(zhì)土，中等壓縮性。層厚1.40～3.60m，層底高程2.29～0.32m。

③層(Q4al)：細(xì)砂夾粉質(zhì)壤土，灰色，稍密，飽和，局部互層狀，互層厚度0.2～0.5m；層厚1.20～3.90m，層底高程-4.73～-8.50m。

④層(Q3al+pl)：砂卵礫石，雜色，稍密，局部中密，飽和，礫石次棱角狀，直徑0.2～0.5cm，充填物為粉質(zhì)壤土及中粗砂。最大揭露厚度6.80m，對(duì)應(yīng)底高程-14.30m。

⑧層(K)：礫巖夾泥巖，棕紅、灰白色，礫石直徑 0.5～3cm，磨圓度較好，未鉆穿，最大揭露厚度1.70m，對(duì)應(yīng)底高程-13.74m。

工程區(qū)地下水類型主要為孔隙水，孔隙潛水賦存于上部的填土和（淤泥質(zhì)）粉質(zhì)壤土中，工程區(qū)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

泵房底板高程約4.80m，位于①層重粉質(zhì)壤土、②層淤泥質(zhì)重中粉質(zhì)壤土和②1層細(xì)砂夾淤泥質(zhì)土中，承載力fak=65kPa，強(qiáng)度較低，不宜直接作為天然地基，建議采取粉噴樁補(bǔ)強(qiáng)措施或采用樁基礎(chǔ)，以④層砂卵礫石或⑧層礫巖夾泥巖為樁端持力層。②1層細(xì)砂夾淤泥質(zhì)土滲透性較強(qiáng)，應(yīng)采取一定的防滲處理措施。[2]

3 水泥土攪拌樁介紹

水泥土攪拌樁是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法，用回轉(zhuǎn)的攪拌葉片將壓入軟土內(nèi)的水泥漿與周圍軟土強(qiáng)制拌和形成泥加固體。[3]

水泥土攪拌樁可分為漿液攪拌法和粉體攪拌法，粉體攪拌法加固深度不超過15m，漿液攪拌法加固深度不超過20m，主要用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層。

水泥土攪拌樁可用單、雙、多頭攪拌等攪拌形成加固體；濕法攪拌通常插入型鋼形成排樁墻。

4 單樁豎向承載力及復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)同類工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，水泥粉噴樁直徑采用0.5m，水泥摻入比按15%計(jì)，水泥粉噴樁樁間距取1.0m 呈梅花形布置，樁土置換率為0.196，樁底深入③層細(xì)中砂夾粉質(zhì)壤土層或⑤層重粉質(zhì)壤土層以下1.0m 控制。

攪拌樁形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，如何分擔(dān)建筑物荷載較為復(fù)雜，目前按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）[4]中公式計(jì)算。

水泥土攪拌樁單樁豎向承載力，與樁周側(cè)阻力及樁端阻力有關(guān)，也與水泥土的配比及其強(qiáng)度有關(guān)，分別按式1 和式2 計(jì)算，并取按兩式分別計(jì)算的小值做為攪拌樁的單樁豎向承載力。按式3 計(jì)算復(fù)合地基承載力。

式中：up—樁的周長(zhǎng)（m）；

qsi—樁周第i 層土的側(cè)阻力特征值（kPa）；

lpi—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i 層土的厚度（m）；

αp—樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)；

qp—樁端端阻力特征值（kPa ）；

式中：fcu—與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，邊長(zhǎng)為70.7mm 的立方體在標(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；

lpi—樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i 層土的厚度（m）；

αp—樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)；

qp—樁端端阻力特征值（kPa）。

式中：fspk—復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

m—面積置換率；

Ra—單樁豎向承載力特征值（kN）；

Ap—樁的截面積（m2）；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，可取0.75～0.95；

fsk—處理后樁間土承載力特征值（kPa），可取天然地基承載力特征值。

通過計(jì)算，天生湖一站地基經(jīng)加固后，水泥土攪拌樁單樁承載力98.1kPa，復(fù)合地基承載力特征值為135.03kPa，大于各主要建筑物的最大基底應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

5 復(fù)合地基沉降計(jì)算

泵房地基采用水泥粉噴樁加固處理，處理后形成的復(fù)合地基，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）條文7.3.2（9）計(jì)算變形，包括粉噴樁復(fù)合土層的平均壓縮變形S1（式4）與樁端下未加固土層的壓縮變形S2（式5）。

式中：pz—復(fù)合攪拌樁土層頂面附加壓力值（kPa）；

pz1-復(fù)合攪拌樁土層底面附加壓力值（kPa）；

Esp—復(fù)合攪拌樁土層的壓縮模量（kPa）；

Ep—攪拌樁的壓縮模量（kPa）；

Es—樁間土的壓縮模量（kPa）；

m—面積置換率。

式中：s—地基最終沉降量（cm）；

ψs—沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

n—地基沉降計(jì)算范圍內(nèi)所劃定的土層數(shù)；

Esi—基礎(chǔ)底面下第i 層土壓縮模量（MPa）；

zi、zi-1—泵房基礎(chǔ)底面至第i 層土、第i-1 層土的距離（m）；

αi、αi-1—礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i 層土、第i-1 層土底面范內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)；

po—基礎(chǔ)底面處有效附加壓力。

天生湖一站泵房基礎(chǔ)的最大沉降量為77.6mm，最小沉降量為53.6mm，最大沉降差為24mm，滿足規(guī)范中對(duì)最大沉降量（150mm）和沉降差（50mm）的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)以上計(jì)算可知，水泥土攪拌樁處理后地基承載力及地基變形均滿足規(guī)范要求。水泥土攪拌樁作為軟土地基處理的一種有效形式，目前已在越來(lái)越多的工程中得到應(yīng)用，本文通過單樁豎向承載力、復(fù)合地基承載力以及復(fù)合地基沉降量計(jì)算方法的描述，為軟弱地質(zhì)條件下的水泥土攪拌樁地基處理設(shè)計(jì)提供參考。