雙向水泥土攪拌樁在引江濟淮工程基坑處理中的應用探討

方 海

(安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230601)

1 工程概述

引江濟淮工程連接著長江和淮河兩大水系，又被稱為江淮工程，該工程可以起到潤澤安徽、惠及河南、為淮河造福并輻射長江的作用，具有改善水環(huán)境、發(fā)展航運及保障供水等諸多收益。該工程是國家172項節(jié)水供水重大水利工程之一。根據(jù)引江濟淮的位置，可將此工程從南向北分為引江濟巢、江淮溝通和江水北送三段。其中，引江濟巢工程是為濟淮提供水源并兼顧巢湖的生態(tài)引水，由菜子湖線和西兆河雙線引水。樅陽引江樞紐是引江濟淮工程中兩大樞紐之一，該工程的任務是引水、排洪以及生態(tài)修復等。

樅陽引江樞紐位于長河入長江口附近，地跨銅陵市樅陽縣、桐城市的鱘魚鎮(zhèn)以及安慶市迎江區(qū)的三個縣區(qū)。長河在距離長江入江口4.1km處分為左右兩個分汊入江，長河北側為銅陵市樅陽縣，南側為安慶市迎江區(qū)，兩汊中間為桐城市鱘魚鎮(zhèn)，大概位置見圖1。

2 工程地質(zhì)情況

2.1 地形地貌及地層巖性

工程區(qū)地處長江中下游低山丘陵向沖積平原的過渡區(qū)，地勢起伏，山丘及田地交錯，地貌多樣，總體地勢屬于北高南低。樅陽引江樞紐南鄰長江，場地地形較為平坦，屬于河流沖積地貌。

2.2 水文地質(zhì)情況分析

樅陽引江水利樞紐工程鉆探資料顯示，在其地面以下50m勘探深度范圍內(nèi)，地下水為孔隙水，根據(jù)地層巖性和含水層特征可劃分為孔隙潛水和孔隙承壓水，其中孔隙潛水主要儲存于人工填土及①、②層粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)土中，主要由大氣降水補給，且與地表水存在一定的水力聯(lián)系，具有水量小、水位變化大的特點；孔隙承壓水主要儲存于②-4、③、⑤-2、⑥-1層砂性土層中。按其埋藏特征，承壓水可分為3個含水層，場地②層淤泥質(zhì)土和④、⑤層重粉質(zhì)壤土透水性較弱，具有隔水作用，為相對隔水層。含水層結構見表1。

表1 含水層結構

從表1中可以看出，第一承壓含水層由②-4層粉細砂、砂壤土組成，厚度0.4～7.0m，多呈透鏡體狀，主要由大氣降水及河水補給，該含水層埋藏較淺，在長河河道中和附近溝塘可能已出露，但由于夾較多黏性土，滲透性相對較弱，其與長河和附近溝塘有較強的水力聯(lián)系；第二、三承壓含水層由③、⑤-2、⑥-1層細、中砂組成。厚度分別為0.45～6.80m、0.50～15.60m，含水層埋藏較深，與附近溝塘、長河水力聯(lián)系較弱，其層頂板局部在夾江及長江主河道有出露，與長江有一定的水力聯(lián)系。

3 存在的問題及基坑處理方法

3.1 存在的問題

受地質(zhì)情況影響，樅陽引江水利樞紐施工過程中存在以下問題：

a.該樞紐工程的主體結構為大深基坑，開挖范圍內(nèi)地質(zhì)情況較差，基坑地處長江沿岸，江水與承壓含水層能夠直接連通，形成地下水強大的補給源，增加了地下水的涌水量，提高了降水工程風險，承壓水是工程面臨的最嚴重的問題，基坑突涌將破壞施工地基的強度，給施工帶來巨大的困難，影響工程的進度。

b.船閘、泵站基坑距離較近，其協(xié)同作業(yè)至關重要。泵站基坑的開挖底高程約為-7.53～-9.0m，基坑底部與②-4、③、⑤-2、⑥-1承壓水透水層的距離較近，并且有部分位置的承壓透水層已經(jīng)出露，在施工過程中挖掘機和運輸車輛對土層進行振動及碾壓，導致土體壓縮，破壞了土層結構，加強了其低透水性的特征，因此，會出現(xiàn)基坑突涌的問題；船閘主體基坑的開挖底部高程為-7～-11.3m，基坑底部距離③、⑤-2、⑥-1承壓水透水層較近，在施工過程中也會出現(xiàn)同樣的問題。

3.2 基坑處理的方法

為解決上述問題，該工程采用雙向水泥土攪拌樁進行基坑處理。雙向水泥土攪拌樁是一種軟基處理技術，水泥土攪拌樁在施工中所用的主要材料是水泥漿液或者其他膠凝性質(zhì)的固化劑材料。其原理是在攪拌過程中，使用特定的攪拌機械，對水泥漿液或其他膠凝性質(zhì)的材料與軟土路基進行強制性、均勻地攪拌。固化劑材料與軟土進行融合，會在一定程度上產(chǎn)生物理化學反應；利用二者間的融合反應，可以提高軟土路基的穩(wěn)定性、強度和韌度。雙向水泥土攪拌樁與常規(guī)水泥土攪拌樁相比，有以下幾個優(yōu)點：

a.攪拌均勻性好。在成樁過程中，雙向攪拌使樁身水泥漿和土壤攪拌得更均勻，而且雙向水泥土攪拌樁鉆頭增加了攪拌葉片的數(shù)量，進一步增強了樁身均勻性。

b.樁身強度提高。由于葉片同時正反向旋轉，阻斷了水泥漿上冒途徑，徹底解決了冒漿現(xiàn)象,并使固化劑與土體就地充分攪拌，不再出現(xiàn)層狀的水泥土攪拌體,水泥土強度大幅提高。

c.樁周擾動小。同心雙軸同時正反向旋轉，使土體對葉片產(chǎn)生的水平旋轉力相互平衡，降低了施工對樁周土體的作用，降低了出現(xiàn)突涌的概率。

圖2為雙向攪拌樁機攪拌鉆頭示意圖。

圖2 雙向攪拌樁機攪拌鉆頭示意

4 雙向水泥土攪拌樁施工參數(shù)的確定及施工工藝

4.1 確定雙向水泥土攪拌樁施工參數(shù)

為滿足設計要求，工程中使用的雙向水泥土攪拌樁的水泥摻量不能低于16%，因此，需對水泥土的材料用量進行計算。

a.水泥用量的計算。自然含水量最大處土的濕密度為1.82t/m3，按照其16%計算水泥用量，水泥用量計算見式(1)。

水泥用量=樁長×樁截面積×土的密度×水泥摻入量

(1)

經(jīng)計算，水泥用量為82.3kg/m。

b.水泥漿液的計算。根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79—2012)要求，濕法的水泥漿水灰比可取0.5～0.6，因此，根據(jù)該工程的現(xiàn)場情況雙向水泥土攪拌樁現(xiàn)場施工水灰比按0.55控制。水泥密度3t/m3；水的密度1t/m3；每噸水泥體積0.333m3；按0.55水灰比需加入0.55m3水。拌和后的體積為0.883m3；1t水泥可拌制灰漿0.883m3，即：1kg水泥可拌制灰漿0.883L，摻入比為16%時平均每米漿量為72.7L。

c.減水劑的計算。根據(jù)現(xiàn)場試驗樁施工工藝確定減水劑按水泥重量的0.2%進行摻入。因此減水劑用量為0.165kg/m。

通過上述計算，最終確定的施工參數(shù)如下：

a.結合現(xiàn)場試驗樁的施工情況，工程樁施工采用 “四攪三噴”工藝。

b.雙向水泥攪拌樁采用的灰漿泵流速為30～40L/min，噴漿壓力為1.0～1.2MPa。

c.根據(jù)試驗樁施工過程控制，雙向水泥土攪拌樁的鉆進速度為1.01～1.58m/min；提升速度為1.52～1.76m/min，鉆進和提升速度由現(xiàn)場確定的樁機工作檔位確定，且保證速度在上述范圍之內(nèi)。

d.雙向水泥攪拌樁采用0.55的水灰比進行施工，每米的水泥用量為82.3kg,每米漿量為72.7L。

4.2 施工工藝

施工工藝如下：

a.在施工中樁機一定要對中，找準樁位下樁。

b.開啟攪拌樁機和灰漿泵，保持內(nèi)外鉆桿上的攪拌刀片正反旋轉，使攪拌鉆頭沿導向架向下開始切土噴漿，鉆進至設計樁底高程并停留攪拌30s以上。

c.保持灰漿泵在開啟狀態(tài)，內(nèi)外鉆桿刀片保持雙向攪拌狀態(tài)，將卷揚機調(diào)至提升狀態(tài)，使鉆頭沿導向架向上提升噴漿，持續(xù)攪拌直至樁頂高程。

d.使攪拌鉆頭再沿導向架向下切土噴漿，鉆進至設計樁底并停留攪拌10s左右。

e.在關閉灰漿泵后，要保持內(nèi)外鉆桿刀片的雙向攪拌，將卷揚機調(diào)至提升狀態(tài)，使鉆頭沿導向架向上提升，持續(xù)攪拌直至樁頂，完成單樁施工。

4.3 試樁

試樁可以分為設計試樁、施工前試樁以及施工結束后試樁。該工程在設計階段就采用地質(zhì)鉆機進行試樁取芯，并進行以下三項檢測：?樁身輕型動力觸探(N10)檢測；?樁身淺部開挖樁頭檢查；?樁身取芯及無側限抗壓強度檢測。根據(jù)設計及相關規(guī)范的要求，需要檢測的指標包括以下幾項：

a.在成樁3天之內(nèi)，采用輕型動力觸探(N10)檢查上部樁身的均勻性，檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不少于3根，監(jiān)理單位見證取樣。

b.在成樁7天之后，采用淺部開挖樁頭進行檢查，開挖深度超過停漿面以下0.5m，目測檢查攪拌樁的均勻性，量測成樁直徑，檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%，監(jiān)理單位見證取樣。

c.在成樁28天之后，采用雙管單動取樣器鉆取芯樣，每回次進尺控制在1.5m以內(nèi)。檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.2%，且不少于3根。對于樁長大于等于20m的水泥土攪拌樁，應在樁體五等分點處選取芯樣試件，每處各取3個試塊；對于樁長小于20m的水泥土攪拌樁，應在樁體四等分點處選取芯樣試件，每處各取3個試塊，監(jiān)理單位見證取樣。

d.質(zhì)量檢測的其他內(nèi)容和要求應符合《建筑地基檢測技術規(guī)范》(JGJ 340—2015)、《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79—2012)和《水運工程質(zhì)量檢驗標準》(JTS 257—2008)等的規(guī)定。

4.4 在施工過程中的建議

為了能夠更好發(fā)揮雙向水泥攪拌樁正反方向葉輪在實際施工中的作用，提出以下幾點建議：

a.在噴漿鉆進、噴漿提升過程中 要保持螺桿勻速運行，下沉和提升速度要滿足設計和規(guī)范的要求，一定要保證鉆進過程中樁體摻入水泥漿液均勻。如發(fā)現(xiàn)有不符的情況，要暫停施工及時改進。

b.為提高攪拌樁上部1～4m樁身質(zhì)量，在施工過程中，一定要確保在鉆桿噴漿口均勻噴漿之后，再開始進行鉆進施工。

c.為確保樁身上部能夠得到充分的攪拌，在下鉆施工時就必須保證雙軸設備轉速均勻后再進入土體進行攪拌；在進行提升施工時，鉆頭必須完全提出土面后再關閉轉動電機；噴漿提升時，為避免漿液外泄，也需至少提升出三層葉片。

5 結 語

通過上文的介紹不難看出，基坑的處理和施工方案選擇是十分復雜的，必須要根據(jù)工程所在地的地質(zhì)實際情況選擇合適的方案，這樣才能保證工程的實際效果。目前引江濟淮基坑處理工程已經(jīng)順利完工并通過驗收，各項指標均達到了優(yōu)良，泵站基坑與船閘基坑在運行過程中沒有發(fā)生突涌等問題。