水泥攪拌樁在海相沉積平原中的應(yīng)用分析

代久鳳

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

1 工程概況

曹妃甸區(qū)某商品體驗中心開發(fā)工程擬建場地位于曹妃甸區(qū)濱海道南側(cè)約200 m 處。 本工程主要建筑物為3F-4F 商業(yè)樓，總建筑面積為178 096.81 ㎡，建筑物高度為15.1～21.1 m， 地下室1 層。 其中B06-1# 樓建筑高度20.08 m， 為無地下室地上4層建筑物。

2 地質(zhì)條件

該工程擬建場地地表為2010 年間吹海造田形成的沖填土，勘察期間地表略有起伏，原始地貌為濱海相沉積地層，環(huán)境工程地質(zhì)條件一般，場地基本穩(wěn)定。場地填土厚度較大，適宜性較差，由上而下的土層及原始地基承載力特征參數(shù)見表1。 根據(jù)擬建工程特點及地質(zhì)條件勘察結(jié)果，建筑物地基處理首選深層攪拌樁，無地下室建筑物的樁端持力層放在④層粉土上為宜。

表1 各土層參數(shù)及地基土承載力特征值參數(shù)

3 地基加固處理設(shè)計

為減小基礎(chǔ)沉降，場地內(nèi)采用水泥攪拌樁技術(shù)對地基加固處理， 本工程采用ZGZ-A 型攪拌機及配套機械進行水泥攪拌樁施工，樁直徑500 mm，間距為1.0 m×1.0 m，有效樁長14 m，保護樁長1.0 m，使用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥。

水泥攪拌樁樁身達到設(shè)計強度時，開挖進行剔鑿樁頭， 經(jīng)驗收合格后， 按設(shè)計要求在樁頂鋪設(shè)20 cm 厚級配碎石褥墊層， 級配碎石粒徑不宜大于20 mm， 作為過渡層用以調(diào)整基礎(chǔ)不均勻沉降、保證樁土共同作用[1]。

4 試樁試驗

水泥攪拌樁水泥摻入比一般不小于16%，但因地基條件、質(zhì)量要求、經(jīng)濟條件等因素在工程間存在差異，應(yīng)按規(guī)范和設(shè)計進行調(diào)整[2]。 在攪拌工藝確定的前提下， 本工程以不同水泥摻量試樁的28 d 無側(cè)限抗壓強度結(jié)果為參考[3]，根據(jù)單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果，來決定經(jīng)濟合理的水泥摻量。

4.1 設(shè)計要求

設(shè)計要求：設(shè)計樁徑0.5 m，設(shè)計抗壓強度≥2 MPa（28 d）。

試驗檢測數(shù)據(jù)：天然土密度1.86 g/cm3，防腐外加劑設(shè)計摻量5.55 kg/m。

工藝攪拌下沉速度為0.8 m/min， 噴漿提升速率為0.5 m/min，注漿泵出口壓力保持0.5 MPa。

設(shè)計樁長14 m，理論攪拌深度（樁長）15 m（含1 m 保護樁），攪拌次數(shù)為“四攪二噴”，單次噴漿時間30 min，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)60 r/min。

4.2 試驗樁過程數(shù)據(jù)

本工程以4 組試驗樁進行對比， 每組3 根試樁， 以14%、16%、18%、20%的水泥摻量為不同取值，樁長15 m,設(shè)計樁徑0.5 m，水灰比0.5，試驗參數(shù)見表2。 結(jié)果表明，不同水泥摻入量對單根水泥攪拌樁施工時間影響不顯著。

表2 水泥攪拌樁試樁施工參數(shù)

4.3 試驗樁應(yīng)用數(shù)據(jù)

4.3.1 試樁28 d 無側(cè)限抗壓強度

對4 種不同水泥摻入量的試樁進行28 d 無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表3。試驗結(jié)果表明，當(dāng)水泥摻入量達到18%時，試樁28 d 無側(cè)限抗壓強度為2.1 MPa≥2 MPa（28 d），滿足設(shè)計抗壓強度要求，每延米水泥用量64.62 kg，防腐劑用量5.55 kg/m，水灰比為0.5。

表3 試樁28 d 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

4.3.2 試驗樁單樁承載力

對7#試樁進行單樁承載力試驗， 試驗結(jié)果見圖1。 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果表明該配比試樁承載力滿足≥98 kN 的設(shè)計要求，確定本工程采用水泥摻入量18%，每延米水泥用量64.62 kg，防腐劑用量5.55 kg/m，水灰比為0.5 的水泥攪拌樁參數(shù)進行現(xiàn)場施工。

圖1 試樁單樁豎向抗壓靜載試驗Q-s 曲線

5 無地下室單體建筑水泥攪拌結(jié)果分析

5.1 水泥攪拌樁成樁地基承載力試驗

B06-1# 樓無地下室單體建筑水泥攪拌樁施工完成后，在其均勻性，成樁質(zhì)量及無側(cè)限抗壓強度檢測合格后， 分別抽取15 根成樁進行單樁靜載荷試驗和復(fù)合地基載荷試驗，試驗結(jié)果見表4。 通過工程質(zhì)量報告中的Q-s 和p-s 相關(guān)曲線綜合分析各成樁單樁承載力特征值和地基承載力特征值合格率100%，均滿足設(shè)計值要求。

表4 B06-1# 樓成樁地基承載力試驗結(jié)果

5.2 無地下室單體建筑累計沉降結(jié)果

對本工程無地下室單體建筑B06-1# 樓主體施工完成后進行沉降觀測， 每年至少進行一次觀測。沉降觀測點布置見圖2，沉降觀測時間-累計曲線見圖3。結(jié)果表明，本工程B06-1# 樓建筑在主體施工完成后半年沉降值趨于穩(wěn)定， 沉降變化量在50～80 mm， 在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。 之后分別在2018 年和2021 年對該建筑進行沉降觀測，各沉降觀測點均無明顯變化，符合設(shè)計規(guī)范要求。

圖2 B06-1# 樓沉降觀測點布置

圖3 B06-1# 樓沉降觀測時間-累計沉降曲線

6 結(jié)語

在沿海城市建設(shè)發(fā)展過程中，近海地區(qū)吹填土復(fù)合地基加固處理技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛[4]，本文對水泥攪拌樁工藝的應(yīng)用進行了簡要分析，并以試驗數(shù)據(jù)確定了在海相沉積平原中合理水泥摻量。采用“四攪二噴”工藝，水泥摻量在18%時，對原狀土地基加固效果較為理想，獲得了水泥攪拌樁處理唐山市曹妃甸區(qū)吹填土的施工工藝參數(shù)，具有一定可行性和經(jīng)濟技術(shù)參考性。

通過對無地下室單體建筑的水泥攪拌樁承載力測算和單體沉降觀測，采用水泥攪拌樁加固處理后， 有效降低了建筑物不均勻沉降和整體沉降風(fēng)險，具有一定應(yīng)用價值。 沉降觀測結(jié)果中無地下室建筑有9 cm 左右沉降，達到了預(yù)期效果，但本工程在觀測有地下室建筑物沉降變化時發(fā)現(xiàn)累計沉降值明顯小于無地下室建筑，可能是由于地下室施工清除人工填土層、 地基整體承載能力增加等原因，需進一步對比分析。因此對無地下室建筑地基處理工藝可進一步進行優(yōu)化設(shè)計。