淺談水泥粉噴樁在地基優(yōu)化處理中的應用

舒韓友

一、工程概述

新建白鷺一站工程位于安徽省巢湖市裕溪河右岸岱山聯(lián)圩內(nèi)，其設計排澇標準為30年一遇。泵站規(guī)模為中型，工程等別為III 等。因裕溪河防洪標準采用50年一遇，相應堤防級別為2 級，故穿裕溪河右堤箱涵為2 級；而出口防洪閘防洪標準為100年一遇洪水位，故其為1 級建筑物；其他次要建筑物為4 級建筑物。

二、工程地質(zhì)情況

1.地形、地貌及水文地質(zhì)

工程區(qū)位于裕溪河右岸，以河湖相沖積平原與山前洪積平原為主。地貌類型屬于沿江丘陵平原，地形起伏不大。區(qū)內(nèi)地表廣泛出露第四系松散堆積層，下伏地層為志留系—第三系（S—R）基巖。

根據(jù)勘探情況，該地區(qū)地層從老到新可分為：

（1）志留系—第三系（S—R）基巖：工程區(qū)出露基巖主要有志留系墳頭組和茅山組并層、泥盆系五通組、石炭系金陵組船山組并層、二疊系青龍組、白堊系赤山組以及第四系上更新統(tǒng)銀山村組等，巖性主要為灰?guī)r、石英砂巖、礫巖、泥巖及泥質(zhì)粉細砂巖等，其中礫巖以灰色為主，礫石成分以石英巖為主，鈣鐵質(zhì)膠結；石英砂巖以肉紅色為主，鐵鈣質(zhì)膠結；泥巖、泥質(zhì)粉細砂巖為紫紅、棕紅夾淺灰綠色，泥鈣質(zhì)膠結。

（2）第四系上更新統(tǒng)洪積物：以砂礫卵石為主，礫石含量分布不均，粒徑最大10cm 以上。

（3）第四系上更新統(tǒng)沖積層：主要為灰黃、褐黃及棕黃色粉質(zhì)粘土、粘土，含鐵錳結核，下部夾礫卵石，主要分布在丘陵崗地段。

（4）第四系全新統(tǒng)河流沖積層：以灰黃、灰、棕褐色，表層多以中～重粉質(zhì)壤土夾輕粉質(zhì)壤土為主，其下為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，局部地段夾細砂、極細砂薄層，為典型的沖淤積地層，具二元結構，區(qū)內(nèi)廣泛分布。

（5）人工填土：人工填筑土，分布在堤防及其兩側較小的范圍內(nèi)，以重粉質(zhì)壤土為主，局部堤段夾砂壤土、粉細砂團塊及磚石塊、爐渣等，以灰黃色為主，土質(zhì)不均一。

其中，第四系松散沉積物的地下水主要以孔隙水的形式賦存于下部地層中，孔隙水分為孔隙潛水和孔隙承壓水。

2.工程地質(zhì)情況分析

人工填土（Qml 4），以重、中粉質(zhì)壤土為主，夾粉質(zhì)粘土、輕粉質(zhì)壤土，褐黃、灰黃等色，稍濕～濕，可塑，局部為雜填土。為高壓縮性土。

②層（Qal 4）：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土，灰色，飽和，流塑～軟塑，局部夾薄層輕粉質(zhì)壤土或砂壤土，含較多腐殖質(zhì)，有臭味。為高壓縮性土。

③1層（Qal 4）：中粉質(zhì)壤土夾細砂，灰色，很濕，軟塑/稍密，局細砂分布不均,局部夾細礫。為高壓縮性土。

③2層（Qal 4）：中、重粉質(zhì)壤土，灰色，很濕，軟塑，夾淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，局部夾少量細砂與與礫石。為高壓縮性土。

⑤層（Qpl 3）：砂礫卵石，雜色，密實，礫卵石為主（粒徑2～10cm）左右，含量30%～60%左右，局部夾重粉質(zhì)壤土。為低壓縮性土層。

為了對泵站地基做出更加合理的判斷，需要對現(xiàn)場的原狀土樣做物理力學性質(zhì)試驗，并得出物理力學指標進行分析。見表1 和表2。

三、原地基方案中存在的問題及優(yōu)化調(diào)整方案

1.原地基方案存在的問題

由上述地質(zhì)介紹可以看出，白鷺一站坐落在深厚的淤泥質(zhì)黏土和重粉質(zhì)壤土層之中，該土層為軟土，允許的承載力較低，僅為60kPa，并且該土層貫擊數(shù)為1～3。根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（GB/T50265-2010）的相關規(guī)定，標準貫入擊數(shù)小于4 擊的粘性土地基不能作為天然地基，所以原方案的地基處理并不能滿足作為該工程地基的要求。原方案中采用的是CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，是由碎石、石屑、粉煤灰組成混合料，摻適量水進行拌和，采用各種成樁機械形成的樁體）。因此需對樁基礎地基進行優(yōu)化加固處理。

2.地基優(yōu)化調(diào)整方案的選擇

依據(jù)上述問題與經(jīng)驗，該地區(qū)的地基可選用水泥粉噴樁和鉆孔灌注樁兩種方法來進行加固優(yōu)化處理解決上述問題。水泥土攪拌樁和鉆孔灌注樁的側阻力qsi、端阻力qpk如表3，由于該土層含有腐殖質(zhì)，選擇水泥土攪拌樁時需通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。

前述可知，工程區(qū)軟弱土較厚，且⑤層砂礫卵石為中等透水性，其上部有一定厚度的相對不透水層的覆蓋，從而形成一定的承壓性。因泵房樁基礎需打入⑤層砂礫卵石內(nèi)不小于1.0m，故需將⑤層上部覆蓋的相對不透水層貫穿，勢必會使⑤層內(nèi)承壓水順著鉆頭或樁身向上突涌，對樁基礎的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，因此不宜選用鉆孔灌注樁。為了更好地解決承壓水向上突涌的問題，白鷺一站的地基處理最終采用雙向水泥攪拌粉噴樁（以下簡稱為水泥粉噴樁）技術進行加固。

四、水泥粉噴樁的設計及施工工藝

1.水泥粉噴樁設計

根據(jù)泵站各主要建筑物對地基承載力的要求，并考慮到整個泵站主要建筑物變形協(xié)調(diào)，本次優(yōu)化調(diào)整泵站的地基處理范圍為：進水閘翼墻、進水閘、前池翼墻、站身等（壓力水箱和穿堤涵洞、涵洞出口翼墻已完成CFG 樁）。

②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土平均厚度約13.4m，天然地基允許承載力為60kPa，摩擦系數(shù)為0.2，需進行地基加固處理，以提高地基承載力和抗滑摩擦系數(shù)，減小地基沉降。處理措施：將地基開挖或回填至建筑物底板墊層混凝土底面以上不小于1.5m，采用水泥粉噴攪拌樁（雙向水泥粉噴樁）加固，固化劑選用P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為16%，樁徑0.7m；樁距：泵房1.0m，前池翼墻及灌溉涵1.2m，進水閘及其翼墻1.4m；樁深：泵房、前池及翼墻至⑤層砂礫卵石壤土內(nèi)不小于1.0m，其余樁深至③1重粉質(zhì)壤土夾細砂或③2中、重粉質(zhì)壤土內(nèi)不小于1.0m。粉噴攪拌樁施工完成后，將表層1.5m 厚擾動土層挖除，樁頂端0.5m 鑿除，回填0.5m厚8%水泥土（即水泥含量為120kg/m3）至底板墊層混凝土底面高程，壓實度大于0.94。即建筑物底板混凝土墊層下為0.5m 厚水泥土，水泥土下面為水泥粉噴攪拌樁，以滿足地基承載力和減小地基沉降的要求。經(jīng)加固處理后，地基抗滑摩擦系數(shù)取0.35，水泥土以下地基承載力按復合地基計算。要求粉噴攪拌樁樁身抗壓強度≥1.8MPa。

表1 泵站地基各土層的主要力學表

表2 泵站地基各土層的力學性能指標表

另外，為了防止泵房、前池基坑開挖時出現(xiàn)邊坡滑動的現(xiàn)象，對建筑物樁基礎造成不利影響，本次在泵房、前池及灌溉涵外側設置了一排樁墻，樁徑0.7m，樁間距0.5m。

表3 白鷺一站樁基設計參數(shù)建議值表

圖1 水泥粉噴樁施工工藝流程圖

2.施工工藝

水泥土攪拌技術（雙向攪拌粉噴樁技術）是一種新型地基處理優(yōu)化技術，主要應用于不穩(wěn)固地基加固處理。它主要是使用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特殊的機械進行攪拌。在地基的深處進行攪拌，將軟土與固化劑相結合，充分攪拌并產(chǎn)生固化反應。這種技術分為深層攪拌法和粉體噴攪法兩種，又稱“濕法”和“干法”。

該地基處理方式的核心工藝是“一噴雙攪”，并通過正、反兩方向的攪拌可有效控制承壓水向上突涌問題。施工工藝為：

（1）樁機就位：雙向攪拌機樁機定位，按照設計要求移動到施工位置并對中，按照規(guī)范要求檢查鉆頭是否能夠正常使用。

（2）噴粉下沉：首先啟動攪拌樁機，攪拌機沿已經(jīng)豎立好的導向架向下方觸到土層，下面的一組葉輪旋轉強行切土，空壓機進行送氣，開始鉆進，下鉆的速度要控制在施工現(xiàn)場土質(zhì)及規(guī)范要求范圍內(nèi)。然后通過固定連接在葉片上的噴嘴向土體中高壓噴水泥粉，促使固化所用的材料就地粘附在旋轉所產(chǎn)生的空隙土中，上面一組葉輪旋轉攪拌，把土和水泥粉攪拌混合在一起，并且保證攪拌均勻。最后兩組葉片同時朝正反兩個方向旋轉切割、攪拌土體，并持續(xù)下沉到樁底所涉及的位置高度，完成“攪、噴、拌”三個過程。

（3）提升攪拌：在關閉送粉裝置以后，樁機需要提升，鉆頭的速度要嚴格控制在標準范圍之內(nèi)；攪拌葉片要保持在成樁時的旋轉方向，兩組葉片要正反方向同時攪拌水泥；樁機提升到原地面高度時，樁頭要原地空轉30s 左右。

（4）成樁后的移位：當內(nèi)鉆桿鉆頭提離地面停止后，關閉攪拌機移到下一個位置。

（5）如遇突發(fā)狀況停工時，第二次的噴粉必須要重疊接樁，若噴粉無效，則必須要重新打樁。

（6）水泥粉噴樁施工工藝流程圖見圖1 所示。

五、結論

（1）水泥粉噴樁的樁身具有攪拌均勻、成樁后質(zhì)量好、自身強度高、單樁承載力高等優(yōu)點，解決了軟土承載力不足和基坑穩(wěn)定性的問題。（2）更好地解決了⑤層砂礫卵石層面較厚容易造成承壓水向上突涌的情況。（3）與鉆孔灌注樁等地基處理方式進行比較，在遇到正常固結的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土等，含水量在30%～70%，土層厚度在15m 以下的土質(zhì)時，采用水泥粉噴樁進行地基處理，其經(jīng)濟性優(yōu)于其他處理方式■