水泥攪拌樁加固堤防工程的設計及優化研究

張慶萍 杜俊

摘 要：水泥攪拌樁是一種以水泥為固化劑，將其與地基土體攪拌，在物理、化學反應下生成的一種樁型，在水利工程中具有廣泛的應用價值。本文以廣東省某河道工程為實例，圍繞水泥攪拌樁設計與優化、加固處理后對堤防工程穩定性的影響兩個層面，探討了水泥攪拌樁加固堤防工程的設計與優化策略，以供參考。

關鍵詞：堤防加固工程 水泥攪拌樁 堤防基礎處理

城鎮化建設進程的加快推動了市政規劃范圍的不斷擴大，部分原有堤防工程的建設標準已無法滿足市政建設需求，在面對汛期的水澇災害時造成了嚴重的經濟損失，為區域發展帶來了負面影響。因此需要采用水泥攪拌樁針對原有堤防工程進行加固設計，以此更好地滿足度汛需求，強化經濟性與實用性的雙重價值。

1.工程概況

該河道工程位于我國廣東省，占地面積約為0.8km2。城市規劃將該區域建設為休閑度假區，計劃在規劃區域陸續建設星級酒店、娛樂設施以及高檔住宅區等。但該區域原有的堤防工程防洪標準為3級，堤防填筑土料質量較差，極易發生塌方、滑坡等現象，在歷年洪水災害侵襲時也時常發生漫頂現象。據巖土工程勘察報告顯示，該區域的堤防基礎土層由淤泥、中細砂、填土、淤泥質粉砂等材料組成，其中淤泥材料的承載力特征值為60kPa、壓縮模量為2.71MPa、層厚2.26m，中細砂的承載力特征值為140kPa、壓縮模量為6MPa、層厚13.05m，淤泥質粉砂的承載力特征值為75kPa、壓縮模量為2.57MPa、層厚8.59m。

2.水泥攪拌樁加固堤防工程的設計與優化策略

2.1水泥攪拌樁設計與優化

2.1.1樁長設計

通過觀察地質勘查報告可以發現，該堤防內的地表水、地下水均含有一定量的硫酸根離子，會與水泥發生化學反應，生成的結晶體對水泥會產生侵蝕作用，加大了水泥攪拌樁樁體開裂的幾率，使樁體強度大大下降。在此擬采用硅酸鹽水泥作為原材料，其標號≥42.5，以此最大限度降低膨脹結晶體數量，提高水泥攪拌樁的抗侵蝕水平。該堤防工程的地基埋深為10m，位于淤泥層下的積粘土層，土層厚度較大、層位穩定性強。為防范水泥攪拌樁樁體出現懸浮問題，應選取下臥粘土層作為持力層，將樁體深入粘土層的厚度設為1m，樁頂高程為堤防頂部標高，樁底高程為-12m，水泥攪拌樁樁長為15m、樁徑為0.55m。

2.1.2樁土置換率

依據施工設計要求，水泥攪拌樁的布設位置主要集中在堤防頂部，因此擬將水泥攪拌樁與堤防軸線呈垂直布設，其間隔距離為1m，共布設6排；同時沿堤防軸線方向布設一排水泥攪拌樁，將其間隔距離設為1.5m，樁位整體呈現為矩形，其樁土置換率計算公式為：

2.1.3水泥摻入量

本工程選取硅酸鹽水泥作為水泥攪拌樁的加固材料，由于在同一土層中的水泥摻入量存在一定差異，相應也會使得水泥強度各不相同。依照廣東省住房和城鄉建設廳發布的《建筑地基處理技術規范》，應將水泥摻入比控制在原有被加固土質量的7%-18%以內，結合本工程涉及到的河道堤防荷載情況，其上層淤泥土的含水量較大、承載力較小，因此應將水泥摻入量設為最大值18%，最終計算得出本工程的水泥摻入量為80kg。

2.1.4單樁承載力

借助以上計算公式可以獲得水泥攪拌樁復合地基的等效強度指標，將攪拌樁加固地層進行單獨劃分，通過輸入該土層的特性指標值便可以計算出加固后整體堤防的穩定性。

2.2.2加固處理后對堤防工程穩定性的影響

由于該堤防工程所處的地層土質屬于軟弱土，由淤泥、中細砂、淤泥質粉砂等土層構成，因此擬定采用折線滑動法進行堤防工程穩定性的計算。通過觀察巖土工程勘察所獲得的數據可以發現，受該河道區域先天地質土層條件的影響，堤防整體的抗滑能力較弱，只有在進行加固處理后進行穩定性計算，方可以確定是否需要利用水泥攪拌樁針對堤防進行深層處理。該堤防工程臨水坡原本的水位降落期為1.03、施工期為0.86、穩定滲流期與7度地震下的安全系數為1.11，而進行加固處理后的臨水坡水位降落期為1.4、施工期為1.35、穩定滲流期與7度地震下的安全系數為1.37，較處理前堤防的穩定性呈現出明顯提高的趨勢。為進一步驗證加固處理的效果，采用有限元法進行堤防穩定性計算，依據強度等效原理進行水泥攪拌樁的均質化處理，計算得出其安全系數為1.545，基本滿足河道堤防工程的安全系數需求，同時又使工程造價節約了20%左右，發揮了顯著的經濟效益。

2.2.3加固處理過程中的優化策略

為鞏固加固處理效果，應針對水泥攪拌樁的施工質量進行嚴格檢查，具體來說可以從以下幾方面入手：其一，在水泥攪拌樁成樁后的1周內，應采用輕便觸探法檢測樁身是否牢固；待水泥攪拌樁成樁的4周后，采用鉆孔取芯法針對樁體完整度、樁土攪拌均勻度等進行檢查，針對芯樣執行28d齡期抗壓強度試驗，保障其抗壓強度大于或等于1MPa。其二，采用強度等級相同的水泥砂漿將取芯后留下的孔洞回灌密實。其三，確保堤防墻體厚度大于或等于30cm，將其滲透系數控制在1×10-6cm/s范圍內。其四，針對水泥攪拌樁的外觀進行查看，確保樁體保持勻稱、攪拌均勻，凝體緊密、無松散現象，樁體無縮頸、回陷問題；群樁保障樁頂齊平，各樁體間保持恰當間距；還應針對樁體淺部開挖檢查，以此判斷樁身是否完整。其五，還應當指派專人負責針對施工過程中的下鉆深度、水灰比等參數進行檢查，確保其樁長、水泥用量符合施工設計要求，將鉆孔直徑控制在10.8cm以上，確保水泥攪拌樁的垂直度小于1%。在完成加固施工后，還應當組織開展竣工驗收、完成荷載試驗，最大限度保障水泥攪拌樁的質量，以此滿足地基承載力要求。

總而言之，務必要嚴格遵循《堤防工程設計規范》進行加固設計與處理，通過在堤腳填筑碎石構成加固平臺，提高原有樁體強度與堤防的抗滑安全系數，在節約工程成本的同時滿足各部分結構承載力的要求，進而更好地提高整體工程的穩定性，強化工程的經濟性與實用價值。

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