水泥攪拌樁在岸坡加固中的應用

劉 文 輝

(廣州市市政工程設計研究總院有限公司,廣東 廣州 510000)

1 概述

河道整治工程常常會遇到淤泥、泥炭質土等軟弱地基，其壓縮性大、強度和承載力低，一般需要采取工程措施進行加固后，才能提高地基土體的承載力和強度，滿足工程需要。水泥攪拌樁是其中一種常用的軟基加固方法，它是利用水泥作為固化劑，通過土體與加固劑的強行攪拌形成水泥土，從而達到改良地基土體的目的。

本文以清遠市某河道整治工程為例，介紹了堤岸攪拌樁復核地基設計計算的過程，供類似工程參考。

2 工程概況

2.1 設計堤岸橫斷面

工程位于清遠市，總長度2.2 km。根據相關水系規劃，河道設計防洪排澇標準為20年一遇24 h暴雨不成災，經水文計算，得到河道景觀常水位為10.50 m，設計洪水位(P=5%)為12.30 m。綜合考慮河道景觀、工程造價等多方面因素，河道采用L型重力式擋墻復式斷面，河道下口寬度為15 m～60 m，親水平臺寬3.5 m，高程高于景觀水位0.5 m，為11.0 m，堤頂超高算得0.7 m，因此，設計堤頂高程為13.0 m。河道設計橫斷面見圖1。

2.2 工程地質條件

根據地勘資料，堤岸地基主要分布有素填土、淤泥質土、淤泥、粉質粘土等土層。其中淤泥及淤泥質土層對堤岸的安全穩定不利，其厚度為0.65 m～10.90 m，平均4.44 m，呈透鏡狀、似層狀或連續層狀分布，深灰，灰黑色，飽和，流塑，含有機質。統計標準貫入試驗127次，N=1.0擊～4.0擊，平均2.5擊。各土層設計參數建議值詳見表1。

3 水泥攪拌樁加固設計

由于大部分河段擋墻基礎位于淤泥質土和淤泥等軟弱土層上，地基承載力和堤岸整體抗滑穩定性難以滿足要求，因此，需對擋墻基礎進行加固處理。考慮到水泥攪拌樁具有施工快、造價低等優點，本次地基處理采用φ600水泥攪拌樁，水泥摻入比不小于17%，水泥土設計無側限抗壓強度為1.0 MPa。根據JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范[1]的要求，攪拌樁樁底穿透淤泥土層，進入下覆土層2 m。

表1 巖土設計參數建議值表

復合地基設計計算時，首先根據地基承載力要求初步確定樁間距，然后通過岸坡整體抗滑穩定計算進一步復核。

3.1 單樁承載力計算

根據規范[1]，攪拌樁單樁承載力特征值按式(1)，式(2)分別計算，并取二者中的較小值作為單樁承載力特征值：

Ra=ηfcuAp

(1)

(2)

其中，fcu為水泥土抗壓強度，取1.0 MPa；Ap為樁身截面面積，0.283 m2；η為樁身強度折減系數，取0.25；up為樁周長度，1.885 m；αp為樁端阻力發揮系數，取0.4；qp為端阻力特征值，取粉質粘土未修正的承載力特征值，140 kPa。

由上述兩式算得的單樁承載力特征值分別為70.7 kPa，113.10 kPa，因此，單樁承載力特征值為70.7 kPa。

3.2 樁間距計算

攪拌樁復合地基承載力可按式(3)進行計算：

(3)

其中，λ為單樁承載力發揮系數，取0.8；β為樁間土承載力發揮系數，取1.0；fsk為樁間土承載力特征值，取45 kPa；fspk為復合地基承載力特征值，根據擋墻基底應力計算，取80 kPa。

根據上式，可算得面積置換率m=0.171，采用正方形的布樁型式，則樁間距為：

所以取樁間距1.2 m。

4 岸坡抗滑穩定計算

根據GB 50286—2013堤防工程設計規范[3]，采用理正巖土6.5軟件，分別計算岸坡在穩定滲流期、設計水位驟降期、施工期三個工況下的抗滑穩定系數，計算方法采用簡化畢肖普法。

水泥土抗剪強度可按式(4)，式(5)計算[2]：

C=(1-m)C1+mC2

(4)

tanφ=(1-m)tanφ1+mtanφ2

(5)

其中，C1,φ1為樁間土粘聚力、摩擦角，取表1中淤泥土層的數據；C2,φ2為水泥土的粘聚力、摩擦角。

根據室內試驗數據[2]，C2為設計抗壓強度的0.2倍～0.3倍，摩擦角在20°～30°。考慮到攪拌樁施工受諸多因素影響，加固后的水泥土強度一般小于室內試驗數據，因此對上述方法計算得到的抗剪強度再次進行適當折減：C2=0.2×1 000×60%=120 kPa，φ2=20°。

根據上述計算，淤泥層的水泥土C=24.6 kPa，φ=7.3°，粉質粘土層的水泥土C=30.4 kPa，φ=11.9°。求得各工況下岸坡抗滑穩定系數見表2。

表2 岸坡抗滑穩定計算結果表

由上述計算結果可知，擋墻地基經過水泥攪拌樁加固后，土體的抗剪強度參數得到了明顯的提高，因此，岸坡的整體抗滑穩定系數均明顯增大，滿足了規范[3]要求。可見，本次地基處理設計是合理的。

5 結論

本文以清遠市某河道整治工程為例，簡述了堤岸復合地基設計計算的過程，主要得到以下兩點結論：

1)當修筑在軟基上的堤岸整體抗滑穩定性和承載力不滿足要求時，采用水泥攪拌樁加固是一種有效而經濟的地基處理方法；2)攪拌樁復核地基設計時，可先根據承載力要求初步擬定布樁方案，然后通過岸坡整體抗滑穩定計算進一步復核。