水泥攪拌樁在提高堤岸整體穩定中的應用

■婁紅巖 ■廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640

1 緒言

水泥攪拌樁法適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基［1］。它是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的復合地基［2］。水泥攪拌樁法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復合地基;基坑工程維護擋墻、被動區加固、防滲帷幕、大體積水泥穩定土等。

2 工程概況及地質條件

(1)工程概況。本工程為河涌綜合整治工程，堤防級別為4級，設計水位為0．61m。根據工程實際，從安全性、景觀性、親水性的角度出發，采用直斜結合的復式斷面——榮勛生態擋墻+綠地緩坡。該斷面揚長避短，充分發揮了直墻、斜坡式斷面的優點，是安全性、穩定性、景觀性、生態性、自然性和親水性的完美結合。

(2)地質條件。根據相關地質報告，本工程范圍內分布有淤泥、淤泥質土，層頂標高 -0．84m ～0．87m，層底標高 -6．75m ～ -2．36m，層厚3．10m～6．00m。淤泥、淤泥質土為海陸交互相沉積的軟土層，呈流塑～軟塑狀態，其天然孔隙比為1．571，大于1．0，天然含水率53．6%，液限38．5%，天然含水率大于液限，并具有抗剪強度低、承載力低、壓縮性高以及觸變性和流變性等特點。該層不宜直接作為基礎持力層。

3 地基處理方案比選

本工程堤岸斷面采用采用榮勛生態擋墻+緩坡綠地，地基應力小。但由于淤泥層較厚，未進行地基處理前，需計算堤岸的整體穩定。堤岸整體穩定性計算采用中國水利科學研究院研制的土質邊坡穩定分析程序STAB2009進行計算，采用瑞典條分法的總應力法的計算方法。

通過計算，堤岸整體穩定系數分別為:設計水位驟降1m工況，Ks=0．884，規范要求 Ks≥1．15;施工期工況 Ks=0．68，規范要求 Ks≥1．05，均不滿足規范要求。故需做基礎處理。

一般來說，對于較淺的淤泥層進行換填處理，對于較厚的淤泥層則采用其他方法做基礎處理。根據相關地質勘察報告，本工程中淤泥層較厚，厚度為3．10m～6．00m，不宜采用換填處理的方法。

水泥攪拌樁對于加固淤泥等含水率很高的流塑性軟弱土體有較好效果，施工技術較成熟，造價較低，在廣州地區運用較多，效果較理想。根據本工程的地質情況，推薦采用水泥攪拌樁進行處理。擬采用水泥攪拌樁直徑為500mm，由于本工程可能存在深層滑動問題，故樁間距適當減小，取間距為1m，梅花形布置。

4 處理后復合地基抗剪強度及處理后堤岸整體穩定計算

(1)復合地基抗剪強度計算。采用水泥攪拌樁處理后，應計算復合地基的抗剪強度，重新驗算復合地基條件下堤岸的整體穩定。通過對比，分析水泥攪拌樁在提高堤岸整體穩定性中的作用。

根據《廣東省海堤工程設計導則》(試行)(DB44/T182-2004)中附錄R計算攪拌樁復合地基的等效強度指標。

攪拌樁復合地基的等效強度指標可按下式計算［5］:

其中:m——面積置換率;

c1——攪拌樁樁身粘聚力，kPa，可按附錄中式(R．1．2)計算;

φ1——攪拌樁樁身內摩擦角，取 φ1=20°;

c2——軟土層粘聚力，kPa，根據相關地質勘察報告，c2取6．5kPa;

φ2——軟土層內摩擦角，根據相關地質勘察報告φ2取3．5°;

K1——攪拌樁的剛度，kN/m，可按式(R．1．3-1)計算;

K2——樁周軟土部分的剛度，kN/m，可按式(R．1．3-2)計算;

β——樁的沉降S1和樁周軟土S2部分沉降之比，S1＜S2，可取S1/S2=0．5。

攪拌樁及樁周軟土剛度可按式(R．1．3-1)～(R．1．3-5)計算確定:

式中fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊(邊長為70．7mm的立方體，也可采用邊長50mm的立方體)在標準養護條件下28d齡期的立方體抗壓強度平均值，kPa。查《廣東省地基基礎處理規范》，取 fcu=580kPa。

η——樁身強度折減系數，干法可取0．20 ～0．30;濕法可取0．25 ～0．33。根據工程實際取 =0．25。

經計算，攪拌樁樁身粘聚力c1=47．08kPa。復合地基等效強度指標分別為 c=31．25kPa，φ =15．89°。

(2)地基處理后堤岸整體穩定計算。根據規范要求，堤岸的地基應力及抗滑穩定計算分為正常工況和非正常工況。本工程工況選擇如下:①正常工況:墻前設計水位(0．61m)驟降1m工況;②非常工況:施工期工況。安全系數不應小于以下數值:正常工況:抗滑穩定Ks≥1．15;非常工況:抗滑穩定 Ks≥1．05。

同樣，堤岸整體穩定性計算采用中國水利科學研究院研制的土質邊坡穩定分析程序STAB2009進行計算，采用瑞典條分法的總應力法的計算方法。

經過計算，采用水泥攪拌樁進行地基處理后，本工程堤岸的整體穩定系數如下:正常工況，Ks=1．48;非常工況下，Ks=1．48。均滿足規范要求。

5 處理效果對比及結論

(1)處理效果對比。采用水泥攪拌樁處理前后，軟土土體及處理后復合地基的c、值以及堤岸整體穩定系數對比如下表。

水泥攪拌樁處理前后各參數對比表

(2)結論。①軟土經過水泥攪拌樁處理后，復合地基的c、值較現狀軟土的c、值有了很大的提高，提高將近5倍。②水泥攪拌樁對提高軟土地區堤岸整體穩定性是可行的，并且效果比較明顯，造價又經濟。在工程中可以根據實際情況進行選用。③土體的c、值對堤岸整體穩定性影響比較大，因此當堤岸整體穩定不能滿足規范要求時，應通過工程措施提高土體的c、值，進而提高堤岸整體穩定性。

［1］JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》［S］．北京:中國建筑工業出版社，2012．

［2］李立華，范大林，金國強．．水泥土攪拌樁在地基整體穩定加固中的應有［J］．港工技術，2008．2．

［3］SL 379—2007．水工擋土墻設計規范［S］．北京:中國水利水電出版社，2007．

［4］GB50286-2013．堤防工程設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2013．

［5］DB44/T182-2004．廣東省海堤工程設計導則(試行)［S］．北京:中國水利水電出版社，2004．