水閘軟基加固工程中水泥攪拌樁的應用

摘要：水泥攪拌樁因為能最大限度地利用原狀土的承載力或其他力學性能在軟基處理工程中得到了廣泛的應用。本文以某施工實例探討了水泥攪拌樁在水閘軟基加固中的應用，簡要地說明了閘室結(jié)構(gòu)設計，對地基處理的方案進行了嚴格地選擇和分析，總結(jié)和闡述了觀測的成果，期望能給類似工程有益的參考價值。

關鍵詞：水泥攪拌樁；水閘軟基加固；應用；方案

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，水利工程項目建設越來越多，水閘作為水利基礎設施的重要組成部分，提高其施工質(zhì)量有著重要的意義。但是許多時候水閘的施工都會遇到軟土地基的問題，處理不好就會影響施工質(zhì)量。如何使用水泥攪拌樁來進行水閘軟基加固成為了施工人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1工程簡介

某水閘主要功能是防洪、擋潮、排澇，解決本地區(qū)威脅最大的洪、潮和內(nèi)澇等災害，并擔負灌溉及連接兩岸交通等作用。該水閘為Ⅰ等工程，閘室和外江翼墻等建筑物級別為1級，內(nèi)河翼墻建筑物級別按3級考慮。閘址區(qū)地震動峰值加速度0.10g，相當于地震基本烈度Ⅶ度，需要進行抗震計算。

本水閘為原地拆除舊閘重建，新閘軸線距外江約40m。閘室為3孔，凈孔總寬度為16m，中孔寬度8m，兩邊孔寬度各為4m。閘址基巖埋深在35m左右，基巖為白堊系（K）砂礫巖?；鶐r上第四系屬海相沖積成因，為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、中砂等。

閘址場地表層軟弱淤泥層很厚，力學性質(zhì)差，易產(chǎn)生觸變現(xiàn)象，抗滑、抗沖、抗震穩(wěn)定性差，地基承載力差，作為本工程堤岸的持力層需先進行地基加固處理。

2閘室結(jié)構(gòu)設計

2.1結(jié)構(gòu)布置

閘室采用鋼筋混凝土整體塢型結(jié)構(gòu)，長16.5m，寬20.0m，中墩、邊墩厚均1.0m。底板高程-2.50m，底板厚1.0m，閘墩頂高程4.90m。兩邊孔設置胸墻以降低閘門的高度，胸墻底高程1.5m。閘頂交通橋布置在閘室的內(nèi)河側(cè)，橋面寬8.0m。

2.2相關計算

（1）穩(wěn)定計算

閘室基礎底面高程為-3.50m，根據(jù)地質(zhì)勘察，閘底板座落于淤泥層上，層厚8.20～13.25m，承載力建議值僅為40kPa。基礎底面與地基土之間的摩擦系數(shù)取0.1。閘室的穩(wěn)定分析按根據(jù)SL256-2001《水閘設計規(guī)范》進行。閘室各工況穩(wěn)定計算結(jié)果見表1。

表1" 閘室穩(wěn)定、應力計算結(jié)果

計算結(jié)果表明，閘室地基承載力、抗滑穩(wěn)定均不滿足要求，因此需進行地基加固處理。

（2）沉降計算

閘室沉降只驗算閘室地基的最終沉降量。按SL256-2001《水閘設計規(guī)范》進行，地基沉降量修正系數(shù)，可采用1.6。地基壓縮層計算深度按計算層面處土的附加應力與自重應力之比為0.1控制。經(jīng)計算，加固前閘室地基最終沉降量為67.9cm，超過規(guī)范要求的15cm，需進行地基處理。

（3）防滲計算

閘底板座落于淤泥層上，該土層含較多粉砂薄層，滲透系數(shù)為4.99×10-6cm/s。根據(jù)《水閘設計規(guī)范》，需計算最大水頭差下的水平段和出口段的滲流坡降。最大水頭差為3.08m，閘室長16.5m，底板厚1.0m，下設1.2m深、1.0m厚齒坎。采用改進阻力系數(shù)法進行抗?jié)B穩(wěn)定性驗算，經(jīng)計算，閘基水平段滲流坡降為0.11，出口段滲流坡降為0.33。地基為淤泥按軟黏土考慮，水平段、出口段規(guī)范允許值分別為0.35和0.65，故防滲設計滿足要求。

3地基處理方案

3.1處理方案比選

根據(jù)閘室相關設計計算，閘室基底基礎下的淤泥土的地基承載力不能滿足規(guī)范要求，因此，必須對其地基進行基礎處理。基礎處理方案有：預應力混凝土管樁+水泥攪拌樁方案（方案一）、全套管灌注樁（方案二）及水泥攪拌樁方案（方案三）。各方案優(yōu)缺點見表2。

表2閘室地基處理方案優(yōu)缺點比較

經(jīng)比較，水泥攪拌樁施工過程比較簡單，施工質(zhì)量易于控制，因此，推薦水泥攪拌樁方案為本工程選定方案。

3.2攪拌樁布置

根據(jù)地質(zhì)條件和當?shù)匾呀?jīng)實施的同類工程經(jīng)驗，初步選用等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥為固化劑，水泥摻量暫定為15%～20%。初定與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊，在標準養(yǎng)護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值為1.2MPa。

攪拌樁在施工前應進行水泥土試驗，以確定合適的相關參數(shù)。水泥攪拌樁采用Ф600mm@1200mm×1000mm，面積置換率為23.6%，長12m，樁尖高程-15.80m，位于淤泥質(zhì)黏土中。為增強閘基的抗?jié)B穩(wěn)定，閘室底板四周布置了準600mm、長12m的密排水泥攪拌樁，形成防滲圍封體系。

經(jīng)計算，水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值138.3kPa，復合地基承載力特征值127.5kPa，復合地基沉降值為13.2cm。

根據(jù)工程經(jīng)驗，處理后的閘室基礎底面與地基土之間的摩擦系數(shù)可達0.30以上，取0.30，則基礎處理后閘室穩(wěn)定分析成果見表3。

根據(jù)計算成果，經(jīng)過水泥攪拌樁處理，閘室相關計算結(jié)果能滿足規(guī)范要求。

4觀測成果及分析

4.1測點布置

閘室底板上四角各布置沉降測點一只，編號為LD7′、LD8′、LD21′、LD22′，待閘室邊墩澆筑到頂部后將底板各沉降測點引測至對應的邊墩頂部，對應編號分別為LD7、LD8、LD21、LD22。

表3閘室穩(wěn)定計算結(jié)果

閘室底板上的沉降測點自底板澆筑完成后開始施測，待上部結(jié)構(gòu)施工完畢后引測至對應閘墩頂部。監(jiān)測工作持續(xù)時間約為1年。

4.2觀測成果

閘室段測點沉降量過程線見圖1，不同階段測點發(fā)生的累計沉降量見表4。

圖1" 閘室段沉降歷時過程線

表4" 不同階段閘室段沉降量統(tǒng)計

4.3分析

（1）總體來說，水閘實現(xiàn)通水前后，閘底板各沉降測點沉降較為均勻，不均勻沉降量較小，通水前底板最大不均勻沉降量約23mm，通水后最大不均勻沉降量約25mm；通水后至監(jiān)測末期，閘底板各測點均有下沉，最大沉降量約30mm；監(jiān)測末期，閘底板各沉降測點的最大不均勻沉降量約27mm，底板累計最大沉降量約111mm，發(fā)生在LD21。閘室底板累計沉降量及不均勻沉降量滿足要求。

（2）監(jiān)測末期，閘室底板（閘墩）各測點的沉降測值趨于穩(wěn)定，過程線趨于收斂。

（3）從監(jiān)測成果來看，閘室底板（閘墩）的差異沉降主要由施工順序造成，南側(cè)閘室邊墩（對應測點LD21、LD22）較北側(cè)閘室邊墩（對應測點LD7、LD8）先行澆筑完成，在此期間底板發(fā)生的最大差異沉降約28mm，底板測點發(fā)生的差異沉降主要由此產(chǎn)生。

（4）閘室底板（閘墩）在施工期間的沉降主要由水閘上部結(jié)構(gòu)荷載的施加及墻后填土所致，在整個水閘施工期間，水閘底板（閘墩）一直因為這些因素在緩慢下沉直至監(jiān)測末期趨于穩(wěn)定。

5結(jié)語

由上文可見，水泥攪拌樁對水閘軟基加固工程來說有著明顯的效果。要提高水泥攪拌加固軟基的施工質(zhì)量，就要做好施工質(zhì)量管理工作，必須在施工過程中緊把質(zhì)量關，做好現(xiàn)場施工記錄，嚴格驗收水泥土攪拌樁的質(zhì)量，以此保證施工質(zhì)量，保證水閘能夠安全正常地運行。

參考文獻：

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