水泥攪拌樁技術應用的探討

褚順云

（貴州省威寧縣水利局，貴州 威寧553100）

水泥攪拌樁是用于加固飽和軟黏性土地基的一種基礎處理方法,它是以水泥作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械,將固化劑(漿液和粉體)和地基土強制攪拌,使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體的地基處理方法。由于該工法具有設備簡單,施工方便,施工周期短及造價低(比灌注樁節省30%～50%)等優點,近年來,在水利工程中得到較為廣泛的推廣與應用。水泥攪拌樁復合地基在水利工程中的運用主要表現在提高地基土的承載能力和抗剪強度,以下主要介紹水泥攪拌樁在工程中的應用,可供類似工程參考。

1 工程概況

某工程防洪堤級別為4級,堤防設計洪水標準為20年一遇,設計水位為7.54m,流量為1130m3/s,河道建設規模為河底寬65m,底高程-1.8m,邊坡1:3。

該工程由于河道周邊房屋密集,為減少房屋拆遷和工程永久占地,沿線堤防半數以上斷面結構形式采用復合式,即高程2.5m以下采用斜坡式,以上采用直立式擋墻,擋墻形式根據地基條件選用混凝土扶壁式擋墻,防洪堤標準斷面形式見圖1所示。

工程區位于平原與低山丘陵的交接地區,位于復背斜東北端。地質資料表明,地基土為飽和的軟弱黏性土,具有含水量高,壓縮性大,抗剪強度低,地基承載力低等特點。各土層物理力學指標見表1。

護壁式擋墻穩定及基底應力計算擬定了施工期、20年一遇設計洪水位期及迎水面水位取非汛期多年平均水位1.45m共3種工況進行計算,計算基底最大應力為135.8kPa,大于擋墻基礎粉質粘土和淤泥質粘土的承載力標準值,不能滿足規范要求,需進行基礎處理,經多方案綜合比較分析后,選取擋墻基礎采用水泥攪拌樁的基礎處理方法。

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2 水泥攪拌樁復合地基設計

2.1 單樁容許承載力確定。

單樁(樁徑取60cm)豎向承載力計算如下:

式中,fcu為樁身強度,取1000kPa;Ap為樁身截面積,取0.283m2;η為樁身強度折減系數,取0.33;rp為樁的周長,取1.885m;qsi為樁周第i層土的側阻力特征值,淤泥取12kPa,淤泥質粉質粘土取18kPa,粉質粘土取50kPa;li為樁長范圍內第i層土的厚度/m;qp為樁端地基土(含碎石粉質粘土)的承載力特征值,取500kPa;a為樁端天然地基土的承載力折減系數,取0.4。

綜合以上結果,取單樁容許承載力Ra＝93kN。

2.2 復合地基置換率確定

水泥攪拌樁復合地基置換率計算按下式進行計算。

式中,fcu為復合地基承載力特征值,根據擋墻基底應力計算成果,取136kPa;β為樁間土承載力折減系數,取0.75;fsk為樁間土承載力特征值,取70kPa。

經計算得,m＝30.2%。

2.3 布距設計

水泥攪拌樁布置按等邊三角形布置,根據復合地基置換率計算成果,按下式計算樁的間距。設計取樁間距1.0m。

2.4 防洪堤整體抗滑穩定計算。堤防抗滑穩定計算選取最不利斷面作為計算典型斷面。該工程的運行情況,防洪堤整體抗滑穩定計算擬定了施工完建期、穩定滲流期及水位降落期共4種計算工況。

抗滑穩定計算時,水泥攪拌樁復合地基根據工程經驗,水泥摻和比為15%,淤泥質粉質粘土、粉質粘土等土層實驗得出的水泥土無側限抗壓強度通常不低于l.0MPa,相當于C20砼軸心抗壓強度的1/10,按同倍比原則,水泥土抗剪強度為110kPa。用高壓三軸儀進行剪切實驗表明:水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增加而提高,當抗壓強度約l.0MPa,其凝聚力Cp完全可達到100kPa以上,內摩擦角φp可達20°～30°。復合地基抗剪強度Csp和φsp分別按下式計算:

式中,Cs、φCs分別為天然土體強度指標;Cp、φp為樁身強度指標,分別取110kPa和25°;m為土體置換率。

根據上述公式,水泥攪拌樁加固處理后,淤泥質粉質粘土(Ⅲ)復合土層的Csp和φsp分別為41.11kPa和10.74°,粉質粘土復合土層的Csp和φsp分別為48.58kPa和16.80°,素填土復合土層的Csp和φsp分別為44.25kPa和18.63°。

由計算結果可知,其中最不利工況為設計洪水位(P=5%)驟降至年平均水位1.45m的迎水側堤坡穩定計算工況,計算成果見圖2,計算安全系數為1.083,能滿足規范規定的允許安全系數1.05的要求,說明水泥攪拌樁設計參數的取值是合理的。

3 結束語

綜上所述，本文結合工程具體實例論述了水泥攪拌樁復合地基在提高地基土的承載力和抗剪強度方面的實際應用,并詳細介紹了水泥攪拌樁復合地基的設計思路和復合地基特性參數取值的計算方法,可供類似工程參考。

[1]蘭曉玲.淺議水泥攪拌樁技術的現狀及展望[J].山西建筑，2006-04-10.