深層攪拌樁在河道整治堤基施工中的應用

涂文強

(江西省南昌縣贛東大堤河道堤防管理站，江西 南昌 330207)

洪澇災害是國內危害最大、損失最嚴重的自然災害，而河道地基是防洪排澇系統(tǒng)的基礎，其質量關系到防洪系統(tǒng)運行的效率，是水利施工的重要部分。深層攪拌樁技術是20世紀80年代引入到我國的軟土地基加固技術，其通過特征機械設備，將固化劑與地基土質進行強制性混合，實現(xiàn)河道地基淤泥和軟黏土等地基的固化。經過深度攪拌樁技術處理后的河道堤基，具有整體性、水穩(wěn)定性等特征，其自身抗壓強度顯著增加。本文以A河道為例，分析深層攪拌樁技術在整治堤基施工中的應用問題，論述其施工質量和作用效果。

1 工程概況

為提高河道防洪排澇能力，改善周圍生態(tài)環(huán)境，從2015年開始對A河道干流段實施整治。整治河道長4.762 km，新建兩岸堤長10.214 km，清淤并拓寬河道5.210 km。本工程為IV等，建筑級別為4級，設計防洪標準為30 a一遇，排澇標準為5 a一遇[1]。依據(jù)A河道兩岸地形、地質條件以及當?shù)亟ㄖ牧虾统菂^(qū)規(guī)劃情況，對比不同方案，駁岸形式選擇漿砌塊石擋墻結構，以節(jié)約占地面積。頂寬1.0 m，最大高度為5.81 m，臨水側邊坡坡比為1∶3。河道內地表起伏平緩，多為淺窄槽型，河曲較多，I級階地發(fā)育，階地高出河床3.5～4.2 m。堤防表層現(xiàn)狀為：第一層為堆土，以粉質黏土為主，土質不均勻，多夾碎塊石，為河道表層硬殼層粉質黏土、人工堆積雜填土；第二層為老堤身填土[2]，淤泥厚度為0.4～1.0 m，土質極不均勻；第三層為淤泥質黏土層，是飽和的流塑土，厚度為1.6～9.5 m，頂板高1.2～4.1 m。從地質情況看，淤泥質土淤泥含水量與壓縮性較高，透水性微弱，抗剪強度、地基承載力和抗沖刷能力低，是河道堤基穩(wěn)定的控制性土層。堤防基礎穩(wěn)定設計如圖1所示。

2 堤防基礎處理方案

由于地基存在較厚淤泥質層，需要進行基礎加固，而施工前新建圍堤穩(wěn)定的最大安全系數(shù)為0.721，小于《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—1998)中規(guī)定的1.10。如果邊坡放緩為1∶6[3]，施工期最大安全系數(shù)為1.13，大于1.10。由于河道周圍土地比較稀缺，所以放棄放緩邊坡方案，而采用對其基礎進行加固的方法，達到穩(wěn)定堤防邊坡的目的。

2.1 處理技術的選擇

針對較厚的淤泥層，應該采用深層攪拌樁、擠淤置換、砂石樁等方法[4]。由于A河道淤泥層埋深較厚，快剪指標強度為8.6 kPa(淤泥質黏土)，而淤泥質土快剪指標強度僅為7.1 kPa，超出擠淤置換法的適用范圍。砂石樁適用于碎石土和砂土在快剪指標強度為7.1～8.6 kPa的淤泥環(huán)境中，樁周土不能有效地約束砂石料，難以形成完整的樁體[5]。基于上述情況，工程采用深層攪拌樁進行堤防基礎加固，該技術可以形成復合地基，提高淤泥土的抗剪強度，處理后的淤泥質土適用性良好。

圖1 堤防基礎穩(wěn)定設計

2.2 深層攪拌樁設計

深層攪拌樁加固基礎為河道左岸Z1+900～Z2+270段，設計總樁數(shù)為1242根，樁徑0.7 m，樁長7.2～8.6 m，樁頂高程2.31～1.82 m，樁底須穿過1.2 m淤泥層。擋墻底寬3.42 m，每隔15.0 m 設置沉降縫。攪拌樁沿擋墻寬度設置3排，呈現(xiàn)菱形分布，橫向、縱向間距各1.0 m。固化劑采用42.5R的硅酸鹽水泥[6]，其摻入重量比為17%，水灰比為0.42～0.50，攪拌頭升降速度為700～1000 cm/min，成樁抗壓強度 >1.0 MPa。

3 深層攪拌樁施工

3.1 試樁

為保證深層攪拌樁的成樁質量，需要設計4根試驗樁，并選取不同參數(shù)，采用兩攪四噴工藝進行試驗。試樁7 d后，挖出試驗樁，測試其成樁效果，如表1所示。

3.2 施工工序

深層攪拌樁施工分為5項，順序為：

(1)樁位的確定(防線)。

(2)攪拌樁機位置調平。

(3)預攪下沉至預設深度。

(4)噴漿攪拌，提升攪拌樁機至預設漿面。

(5)重復(3)、(4)步驟，直至攪拌完成。

(6)移除攪拌樁機[7]，并進行下一攪拌樁施工。

表1 試驗樁測試結果

3.3 施工關鍵點

深層攪拌樁屬于地下施工，隱蔽性強，為了保證施工的質量，需要把握以下幾點：

(1)固化劑的選擇。固化劑的好壞、適用范圍以及質量，直接關系到攪拌樁的質量，所以要全面分析后選擇固化劑。本工程按照設計要求，經過取樣分析，選擇合格的硅酸鹽水泥，其有效存放期為21 d。

(2)施工前準備。清洗攪拌樁機的管道，避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，并將河水排掉，方可下鉆。檢查鉆機、顯示儀、打印設備、水泥泵、壓力表和電流表等設備是否正常，確保施工中無設備故障。現(xiàn)場配比水泥漿比重，并由項目質檢部人員和工程師隨機抽樣檢查水泥漿用量、水灰比，保證其符合實際的設計要求[8]。

(3)保障攪拌樁樁端、樁頂?shù)馁|量，第一次提鉆噴漿時，要在樁底、頂各停留30 s，磨平樁端。

(4)確定攪拌頭翼片的數(shù)量、寬度，以及與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉數(shù)、提升速度之間的匹配系數(shù)，保證加固范圍內的任何地點土體都經過20次以上的攪拌。

(5)在施工過程中，保持樁機底盤水平與導向架之間的豎直，保證樁的垂直偏差度控制在0.1°以內。在主機上懸掛吊錘，通過調整吊錘與鉆桿之間的參數(shù)(上、下、左、右)，進行相應控制。

(6)停漿面高于樁頂設計標高500 mm，挖掘基坑時，需要人工挖除，砍掉樁頭端。

(7)在施工過程中，由于故障停漿，需要將攪拌頭下沉至停漿面以下0.5 m處，防止出現(xiàn)斷樁。待供漿恢復以后，將噴漿攪拌提升。如果停漿超過3 h，需要拆卸輸漿管，檢查管道線路是否通暢，待檢查完畢后，進行妥善清洗，避免出現(xiàn)堵塞[9]。

(8)控制攪拌樁的終孔條件，判斷并記錄每一根成樁的長度、寬度和硬度等參數(shù)。本工程攪拌樁的終孔條件為施工電流突然改變，土層穿過淤泥層1 m。鉆頭達到預定設計樁長時，未出現(xiàn)電流改變，可以繼續(xù)進行下鉆，直至達到持力層。

3.4 特殊地段施工

(1)施工場地受限地段。Z1+900～Z2+280段鄰近居民區(qū)，存在征遷困難，無法進行大面積挖掘和樁基布置，施工場地受限。如果利用原有地面進行基準面施工，設計樁頂高程需抬高3～5 m，水泥漿用量增加4.2～4.8 t，所以要對部分樁按空樁處理，減少水泥總用量182.4 t。

(2)電機電流表指示值大幅度改變地段。依據(jù)施工經驗判斷，鉆頭在鉆孔中遇到夾砂層，阻力較大，導致電流表數(shù)值出現(xiàn)大幅度改變。在Z2+271、Z2+272段均出現(xiàn)上述問題，通過加大功率慢速鉆井的方式，保證設計成樁長度，而且樁底端處于持力層中。

4 施工質量檢驗

依據(jù)實際設計要求，深層攪拌樁處理后符合地基承載能力的特征值136 kPa，單樁承載能力的特征值為145 kPa。為了保證施工質量，需要對深層攪拌樁進行檢驗，檢驗方法為輕型動力觸探和單樁復合地基靜載，分別檢驗樁體自身參數(shù)和地基加固效果。

4.1 樁身均勻性檢驗

隨機選取10根深層攪拌樁，進行輕型動力觸探試驗，具體位置為：Z2+271、Z2+278、Z2+281的I、II、III階段樁，分析結果如圖2所示。

圖2 輕型動力觸探試驗

由圖2可知，攪拌樁整體均勻，不存在軟弱點，符合實際施工的固化要求。

4.2 單樁復合地基承載力檢驗

抽取10根深層攪拌樁，進行單樁復合地基承載力檢測，檢測結果如表2所示(最大試驗地基承載力特征值為270 kPa，符合設計要求)。

表2 單樁復合地基承載力檢驗結果

5 結 論

在深層攪拌樁施工過程中，對其電流、漿液輸量以及水灰比進行監(jiān)控，避免出現(xiàn)由于施工措施不當，造成成樁質量下降。A河道整治堤基施工完成后，采用輕型動力觸探和單樁復合地基靜載進行施工質量檢驗，結果顯示：最大荷載下最大下沉量為17.62 mm，而且形成P-S曲線，曲線平緩而光滑，未達到極限承載狀態(tài)。同時，試驗點的單樁復合地基承載力為136 kPa，達到實際使用要求，實現(xiàn)河道整治堤基加固作用。