淺談水泥粉噴樁在水利工程中的運用

（珠海市水務建設管理中心，廣東 珠海 519000）

淺談水泥粉噴樁在水利工程中的運用

韋家慶

（珠海市水務建設管理中心，廣東 珠海 519000）

水泥粉噴樁在軟土地區水利工程中的應用越來越多。采用水泥粉噴樁方法加固軟土地基具有許多優點，在軟土地基水利工程中，尤其在珠江三角洲地帶的軟土地基的處理中得到廣泛應用。珠海市十字瀝水閘地基處理采用了水泥粉噴樁技術，取得非常理想的效果。本文以珠海市十字瀝水閘工程為研究案例，從方案設計，施工控制以及檢測等方面，介紹了水泥粉噴樁技術在水閘工程地基處理中的實際應用，為同類工程提供借鑒和參考。

水泥粉噴樁；水利工程；設計方案；施工控制。

一、水泥粉噴樁簡介

水泥粉噴樁是利用水泥作固化劑，通過專用的粉體噴射施工機械，采用粉噴法形成水泥土樁。水泥粉噴樁本質上屬摩擦樁類，介于剛性樁與柔性樁之間，具有一定壓縮性。施工時先將攪拌鉆頭由上而下攪拌，用壓縮空氣將水泥粉體以霧狀由下而上均勻噴入加固部分的地基土，憑借鉆頭和葉片旋轉進行攪拌，經過多次復攪，使水泥粉末均布于樁體內，水泥與原位的軟土混合，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和足夠強度的水泥加固土，從而提高地基強度。這些加固體與天然地基形成復合地基，共同分擔上部荷載并協調變形。

二、案例分析

（一）工程簡介

十字瀝水閘位于珠海市高欄港經濟區十字瀝水道出口處，面臨黃茅海。工程建設內容為新建中型水閘1座（6孔水閘，1孔船閘）及加固334m引堤，水閘每孔凈寬10m，總凈寬60m，設計排澇流量472m3/s；船閘凈寬16m，設計船舶噸級為500t；堤防及水（船）閘的工程級別為2級，主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級。防洪潮標準為50年一遇。工程具備防洪、擋潮、通航、灌溉等綜合功能。工程主要由水閘、船閘和管理設施等建筑物組成，基礎為淤泥軟基，因此需對其進行加固處理。設計采用水泥噴粉攪拌樁地基加固。

（二）工程地質狀況

通過對十字瀝水閘的地質勘察工作，揭示閘址區的主要工程地質條件如下：

（1）工程區位于珠江口入海處，屬三角洲平原地貌，廣泛分布較為深厚的海相沉積淤泥和淤泥質軟土。根據國家標準1/400萬《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2001），工程區地震動峰值加速度為0.10g，地震動反應譜特征周期為0.35s，相應地震基本烈度為Ⅶ度。堤防及建筑物地基大多為軟土，場地土類型屬軟弱土，建筑場地類別為Ⅲ類，場地為對建筑抗震不利地段。應按有關規程規范進行相應的抗震設防。

（2）閘址地基淤泥土分布較穩定，厚度大。根據《水工建筑物抗震設計規范》DL5073-2000中地基軟弱粘土層的液化或震陷評價標準，淤泥在地震作用下會發生震陷。

（3）十字瀝水閘基礎座落在淤泥土層上，淤泥土層厚度一般為10.30～18.80m，局部稍厚，其地基承載力不能滿足要求，需采用復合地基或樁基處理。

（4）工程區河流以及地下孔隙水對混凝土具弱腐蝕性，對鋼結構具有中等腐蝕性。

（三）基礎處理設計方案

十字瀝水閘地基采用水泥粉噴樁處理。樁徑φ50cm，間、排距1m，正方形排列。軟土層底高程為-12.63～-19.20m，粉噴樁穿透軟土層并深入下部粘土持力層0.5～1m，樁底高程-14.0～-20.0m，樁長為13m～16.5m。為滿足防滲需要，閘室底板上游截水齒墻后緣設一排加密長短相間的連續墻，長樁樁長13.5m，樁距70cm，內插短樁，樁長6.0m，套樁間距35cm。加密樁樁頂與閘底板結合處換填粘土防滲。

（四）水泥粉噴樁施工

1 施工前準備工作

①施工單位根據施工圖紙規定的樁位、樁徑、樁長、復勘的場地地質條件和持力層埋藏深度，選擇深層攪拌施工機具。相關設備進場后，開始施工前的準備工作，進行機械組裝和試運轉。工程技術人員進行施工前技術交底，熟悉各種施工資料、設計圖紙、《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）（J220-2002）要求和詳細了解地質勘察資料及《粉噴樁施工監理實施細則》。②進行場地平整，清除地上、地下一切障礙。地表過軟時，采取防止施工機械失穩的措施；在邊坡附近施工，應考慮施工對邊坡穩定性的影響，并采取確保邊坡穩定的措施。③進行成樁試驗。由建設單位、設計單位會同施工單位和監理單位選擇具有代表性的場地作為粉噴樁施工的試驗場地。從而確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間水泥噴入量、每延米水泥用量等技術參數，施工工藝和施工參數通過監理人的審批后才能開始正式施工。④按施工圖紙測放施工軸線和孔位，并對其進行妥善保護，樁位布置與施工圖紙誤差不得大于5cm。

圖1

2 水泥粉噴樁施工

十字瀝水閘工程材料選取42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量20%，每米噴射水泥65kg，施工工藝為兩噴四攪。施工流程如圖1。

根據十字瀝水閘具體情況，做了如下相關施工工藝要求：

（1）水泥粉噴樁的材料和操作要求

采用42.5R普通硅酸鹽水泥，并且按規定檢測其強度和安定性，合格后才使用。在粉噴樁成型過程中，水泥用量按規定分兩次噴。按照設計要求使用PJ4-1型噴粉記錄儀嚴格控制每米噴粉量。粉噴樁的垂直偏差≤1%，施工時注意起吊設備的水平度和導向架離地面的垂直度。為了保持粉噴樁的完整性，采用連續施工，搭接樁施工間隔時間控制在24小時以內。

（2）噴粉攪拌施工方案

結合以前的施工經驗和本工程淤泥層厚，抗剪強度低的實際情況，決定采用“控制水泥總用量，少量多次噴粉”的工藝，重點處理淤泥部分。在施工過程中，當樁機鉆桿到達下臥粘土層或樁底標高時，關閉送氣閥門，開啟灰罐閥門，在原地攪拌約數秒后，待加固料到達噴粉口，再按規定檔速邊噴粉（約占總噴粉量60～70%）邊提升至離地面0.5m處停止噴粉。樁機噴粉攪到孔口0.5m后，關閉灰罐閥門，將樁機攪拌下沉至開噴標高，然后邊噴粉（約占總噴粉量40～30%）邊復攪提升孔口。

（五）水泥粉噴樁檢測

水泥粉噴樁施工過程受施工設備、施工方法、施工人員素質影響很大，十字瀝水閘工程堅持全方位的施工監理，十字瀝水閘監理人員認真對施工記錄及材料貨單進行檢驗，對已完成的粉噴樁必須按規定及時進行嚴格的質量檢測。施工過程中必須隨時檢查噴灰量、樁長、復攪長度以及是否進入持力層等，十字瀝水閘工程施工中有異常情況，相關人員記錄其處理方法及措施。成樁 28 天后，采用鉆孔取芯法和靜載試驗對粉噴樁成樁質量進行檢測。粉噴樁施工質量允許偏差應符合規范規定。

四、注意事項

1 實踐證明，地下承壓水、土體高含水量及土體內水的酸堿度對水泥粉噴樁成樁質量有較大影響。運用水泥粉噴樁處理軟土地基時，應對土體的含水率、土體中水分的酸堿性進行分析，確保設計、施工的可靠性、經濟性和合理性。

2 采用水泥粉噴樁對水閘進行復合地基處理，其加固范圍應大于水閘基礎輪廓線范圍。水閘與引堤連接段的基礎適當范圍內也需加固處理，以避免引堤連接段與水閘之間的不均勻沉降過大，造成開裂后仰變形。

3 水泥粉噴樁為隱蔽工程，施工控制難度較大，容易造成噴粉量不足，進尺不夠，攪拌不均勻等質量事故。為確保成樁質量，要求施工隊伍要具備豐富的施工經驗，施工操作人員要有高度責任感和嫻熟的技術；監理單位應全程旁站，逐一記錄，嚴格按設計和工藝試樁參數施工。

結語

十字瀝水閘工程竣工10個月后，經沉降觀測，結果表明水閘主體結構物最大沉降量不到20mm，遠遠小于設計沉降量，說明采用水泥粉噴樁進行基礎加固取得了非常理想的效果。同時，實踐表明，通過采用水泥粉噴樁加固水閘地基，施工設備簡便，工期短、速度快，施工過程較安靜不會造成噪音污染，水泥粉噴樁加固基礎較適宜在沿海軟土地區使用。

[1]許曉東.水泥粉噴攪拌樁在水利工程中的應用與研究[J].廣西水利水電，2004，01：40-42.

[2]丁兆民.水泥粉噴樁復合地基在軟黃土區公路工程中的應用研究[D].長安大學，2001.

[3]張俊生.柔性基礎下水泥粉噴樁復合地基試驗研究及有限元分析[D].武漢理工大學，2003.

[4]郭雁平.地基水泥粉噴技術在水利工程中的應用與研究[J].水利水電工程設計，1998，04：11-13，58.

U213 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

A