水泥攪拌樁加固堤防工程的設(shè)計(jì)及優(yōu)化探討

樊二東

摘要：水泥攪拌樁技術(shù)主要適用于加固飽和軟黏土的地基，將水泥作為固化劑，通過機(jī)械的方式將軟黏土和固化劑攪拌在一起，使軟黏土產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，從而起到加固的作用。水泥攪拌樁技術(shù)的應(yīng)用比較靈活，過程中沒有污染，不需要采用振動(dòng)的方式，因此應(yīng)用非常廣泛。本文以浙江某河道的堤防加固工程為例，介紹了工程的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，希望對相關(guān)的工作人員有所幫助。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁;堤防工程;設(shè)計(jì)優(yōu)化

引言：堤防是抗擊洪水最有效的方式之一，能夠保證周圍居民正常生活以及工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，但是由于其長期浸泡在水里，而且經(jīng)常會(huì)遇到水流沖刷及暴雨的影響，造成邊坡失穩(wěn)。堤防的邊坡失穩(wěn)不僅會(huì)影響其防洪效果，嚴(yán)重的情況還會(huì)造成堤防的損毀，因此相關(guān)部門必須要定期檢查堤防的情況，并采取相應(yīng)的加固措施。堤防加固中常用的方法是水泥攪拌樁，該方法能夠充分的利用地基土，而且對建筑物的影響較小，更好的滿足堤防的防洪要求。

1.工程概況

浙江某河道工程占地面積約為80萬平方米，之前的堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為3級，質(zhì)量相對較差，很容易出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，而且之前由于洪水過大，還發(fā)生過漫頂現(xiàn)象。該區(qū)域在城市規(guī)劃時(shí)，設(shè)計(jì)人員將其設(shè)計(jì)為度假區(qū)，要在周邊建設(shè)酒店、住宅及娛樂場所，為了保證建筑物使用的穩(wěn)定性，相關(guān)部門對該河道的堤防進(jìn)行了加固。

在選擇加固方式之前，技術(shù)人員進(jìn)行了現(xiàn)場勘察，勘察信息表明該堤防主要是由淤泥、中細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉砂等材料組成，其中淤泥的承載力為60kPa，厚度為2.3米;中細(xì)砂的承載力為140kPa，厚度為13米;淤泥質(zhì)粉砂等承載力為75kPa，厚度為8.6米。技術(shù)人員根據(jù)該堤防的特點(diǎn)，決定采取水泥攪拌樁的方式進(jìn)行加固，保證堤防的使用性能。

2.水泥攪拌樁加固堤防工程的設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施

2.1水泥攪拌樁加固堤防工程的設(shè)計(jì)

2.11有效樁長的設(shè)計(jì)

技術(shù)人員通過對該區(qū)域的實(shí)際勘察，發(fā)現(xiàn)堤防中的地表水中存在硫酸根離子，在水中能和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成的物質(zhì)會(huì)侵蝕堤壩，造成樁體開裂，影響堤防的防洪水平。技術(shù)人員根據(jù)這一特點(diǎn)和水中土層的性能指標(biāo)，決定使用硅酸鹽水泥作為固化劑，降低水中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的概率，減少生成物的數(shù)量，提高樁體的穩(wěn)定性，表一為土層的物理力學(xué)性能指標(biāo)。在該工程中，技術(shù)人員將進(jìn)行水泥攪拌樁的位置定為地下10米，該位置是黏土層，厚度比較大，穩(wěn)定性較強(qiáng)。為了保證水泥攪拌樁的樁體不會(huì)懸浮，技術(shù)人員選擇黏土成作為承載力層，樁體進(jìn)入黏土層中1米，樁長為15米。

2.12裝土置換率和水泥的摻入量

該堤防工程的設(shè)計(jì)，要求水泥攪拌樁的位置以堤防的頂部為主，與堤防的軸線呈垂直的角度，每兩個(gè)攪拌樁之間的距離為1米，布設(shè)6排即可。該工程采用的是硅鹽水泥作為固化料，加入量的多少會(huì)影響水泥的強(qiáng)度。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，加固時(shí)加入的水泥固體質(zhì)量最少不得少于原有加固土的7%，最多不能超過18%。技術(shù)人員對工程的荷載情況進(jìn)行了仔細(xì)的分析，由于其曾經(jīng)受到過漫頂，堤防頂部的含水量也比較大，因此采用最高數(shù)量的水泥添加。最終，技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)公式的計(jì)算，得出水泥的加入量為80千克。

2.13單樁承載力的設(shè)計(jì)

水泥攪拌樁的單樁承載力主要是由樁土承載力和樁身強(qiáng)度提供的承載力所確定的，分別計(jì)算出由樁體所提供的承載力和樁身強(qiáng)度所提供的承載力，選擇二者中較小的作為單樁的承載力。樁體承載力的計(jì)算公式RP1=3.1416*D*L*f;樁身強(qiáng)度承載力RP2=η*qu*Ap。其中qu指的是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，90天水泥塊的抗壓強(qiáng)度;η是qu的折減系數(shù)，取值在0.3到0.5之間;Ap是樁截面積。技術(shù)人員通過計(jì)算，確定單樁承載力的大小。而且在加固完成后，技術(shù)人員可以通過土層的指標(biāo)計(jì)算出堤防的穩(wěn)定性。

2.14復(fù)合地基的承載力

復(fù)合地基的承載力是堤防加固中最重要的參數(shù)之一，技術(shù)人員在加固完成后，必須要進(jìn)行復(fù)合地基承載力的試驗(yàn)，測定出地基土壓力的變形曲線及所對應(yīng)的壓力值，最大的壓力值為臨界值。復(fù)合地基承載力的計(jì)算公式為fspk=m*Ra/Ap+β（1-m）fsk，其中fspk是復(fù)合地基承載力的特征值，m為置換率，Ra是單樁承載力，Ap是樁的橫截面積，β是折減系數(shù)。技術(shù)人員利用該公式，計(jì)算出復(fù)合地基的承載力，結(jié)果符合要求。

2.2水泥攪拌樁加固堤防工程的準(zhǔn)備工作

水泥攪拌樁加固堤防工程前，設(shè)計(jì)人員首先要做好土工的試驗(yàn)報(bào)告，做好平面控制樁和水準(zhǔn)點(diǎn)的測量工作，確定加固深度。設(shè)計(jì)方案完成后，要經(jīng)過總監(jiān)理進(jìn)行審批，保證方案的可實(shí)施性。設(shè)計(jì)方案審批合格后，管理人員要組織技術(shù)人員學(xué)習(xí)施工規(guī)范和圖紙以及合同內(nèi)容，并逐一進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底工作，務(wù)必保證每個(gè)人都在交底確認(rèn)書上簽字。其次是根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇合適的機(jī)械設(shè)備，該工程中主要用到的設(shè)備有攪拌樁機(jī)，空壓機(jī)和發(fā)電機(jī)。設(shè)備在進(jìn)場前，技術(shù)人員要對其進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證設(shè)備的使用性能完好，其中攪拌樁機(jī)必須有噴粉記錄儀，并且相關(guān)計(jì)量符合國家要求。

2.3水泥攪拌樁加固堤防的質(zhì)量控制要點(diǎn)

為了保證堤防的加固質(zhì)量，技術(shù)人員要注意以下幾個(gè)方面，首先是樁位的控制，技術(shù)人員要使用全站儀來進(jìn)行精準(zhǔn)放線，測量完成后需要監(jiān)理再次進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)間距，才能開鉆。其次是成樁垂直度的控制，利用水平尺調(diào)整鉆機(jī)操作方便，在鉆架上利用垂線來控制垂直度。當(dāng)垂直度控制完成后，再利用轉(zhuǎn)盤來進(jìn)行檢測與校正。第三是噴灰量以及均勻程度的控制，在控制粉噴量時(shí)，要選擇符合要求的電腦計(jì)量裝置，保證定量控制的準(zhǔn)確性，一旦發(fā)生設(shè)備故障，必須要重新進(jìn)行補(bǔ)噴，而且補(bǔ)噴的長度必須大于1米。技術(shù)人員要嚴(yán)格控制鉆頭的鉆進(jìn)速度以及攪拌速度等相關(guān)參數(shù)，通過計(jì)量裝置，控制水泥用量。

3.水泥攪拌樁加固后對堤防穩(wěn)定性的影響

3.1加固后堤防的穩(wěn)定性

技術(shù)人員通過對施工現(xiàn)場的實(shí)際考察發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的抗洪能力較弱，要想計(jì)算該堤防的穩(wěn)定性，只能在完成加固后再進(jìn)行計(jì)算，才能確定該工程是否能采用水泥攪拌樁的加固方式。該工程在加固之前，水位降落期、施工期、滲流期及安全系數(shù)據(jù)比較低，加固完成后，相關(guān)數(shù)值都有所提高，其中施工期的提高幅度最大，將近70%，說明該堤防在加固完成后的穩(wěn)定性有所提高。技術(shù)人員還可以利用有限元法進(jìn)行穩(wěn)定性的計(jì)算，有限元法是利用數(shù)學(xué)近似的方法，解決真實(shí)的物理系統(tǒng)，能夠迅速的判斷出堤防結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。該工程計(jì)算完成后的安全系數(shù)為1.55，滿足堤防安全系數(shù)的要求，并且能夠節(jié)約一定的造價(jià)成本，不僅起到了加固的作用，還節(jié)約了成本。

3.2加固工程中的優(yōu)化措施

為了保證該工程的加固效果，技術(shù)人員要對施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保工程質(zhì)量。在檢查過程中，技術(shù)人員需要注意以下幾點(diǎn)問題，第一點(diǎn)是在成樁工作完成一個(gè)星期后，要用觸碰法檢查樁體的牢固程度，等到成樁一個(gè)月后，需要對樁體的完整度和均勻度進(jìn)行檢查，并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)試驗(yàn)，保證其強(qiáng)度符合相關(guān)要求。第二點(diǎn)是在進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí)，會(huì)對樁體進(jìn)行破壞，取樣完成后要對墻體厚度進(jìn)行測量，保證其符合要求。在檢查完成后，技術(shù)人員需要采用同樣強(qiáng)度的水泥將其進(jìn)行密封。第三點(diǎn)是施工完成后，技術(shù)人員要對其外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，保證外表平整，樁體之間的距離合適，沒有松散以及回陷問題。外觀的檢查相對比較容易，但是務(wù)必要認(rèn)真仔細(xì)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，要及時(shí)處理，保證堤防質(zhì)量。第四點(diǎn)是施工完成后，需要相關(guān)的工作人員對下鉆深度進(jìn)行檢查，保證水泥的用量符合要求。施工完成后，必須要進(jìn)行驗(yàn)收工作，確保其符合設(shè)計(jì)要求才能進(jìn)行交工。

結(jié)束語：由于堤防的特性，在施工中容易存在質(zhì)量問題，影響堤防的使用壽命。相關(guān)單位要根據(jù)堤防的實(shí)際情況選擇合適的加固方式，水泥攪拌樁是比較常用的方式之一，在加固工程開始前，設(shè)計(jì)人員要對堤防進(jìn)行充分的了解，保證方案的可實(shí)施性，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，確保堤防的荷載力符合設(shè)計(jì)要求。技術(shù)人員在操作時(shí)，要保證施工工藝符合相關(guān)規(guī)范，提高加固質(zhì)量。

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