水泥土攪拌樁復(fù)合地基在中小型水利工程中的運(yùn)用

李瑩

(安徽水利開(kāi)發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000)

水泥土攪拌樁是將水泥、石灰等材料作為固化劑，采用機(jī)械攪拌的方式，使固化劑與含水量較高的軟土充分混合，經(jīng)過(guò)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)后，復(fù)合材料完全硬化，可以顯著提高強(qiáng)度，從而形成優(yōu)質(zhì)地基，滿足工程施工的需要，保障工作質(zhì)量的安全。中小型水利工程的分布范圍較廣，不可避免會(huì)遇到各類(lèi)復(fù)雜地質(zhì)，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，在條件允許的情況下選擇水泥土攪拌樁復(fù)合地基，將為水利工程建設(shè)創(chuàng)設(shè)良好條件。

1 工程概況

某水利工程堤防長(zhǎng)度261.4m，堤頂寬度為6.6m，填土高度7.2m，工程等級(jí)為Ⅲ等，內(nèi)外坡比為1:2.8。地質(zhì)調(diào)查資料顯示，工程區(qū)域土質(zhì)類(lèi)型自上而下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、粉砂、風(fēng)化巖。為提高地基強(qiáng)度，采用水泥土攪拌樁進(jìn)行地基加固。

2 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)

2.1 攪拌樁布置

在水利工程不同位置，由于承受荷載有所差異，對(duì)攪拌樁布置也有不同要求。(1)在出水涵洞處，考慮到涵管底部存在一定厚度的淤泥質(zhì)土，要想使攪拌樁能夠穿透該土層，需要樁身長(zhǎng)度達(dá)到10m。另外樁直徑為500mm，以800cm×800cm 的間距布置。為防止地下水滲透影響地基承載效果，需要額外布置2 排密排攪拌樁防滲墻；(2)在防洪閘處，仍然使用直徑為500mm 的水泥土攪拌樁，但是樁長(zhǎng)為8.5m，間距采用640cm×640cm 布置。

2.2 地基沉降量計(jì)算

在受到上部荷載后，地基會(huì)出現(xiàn)不同幅度的沉降。使用水泥土攪拌樁后，通過(guò)計(jì)算地基沉降量，將其控制在安全范圍之內(nèi)，從而達(dá)到保障水利工程上部結(jié)構(gòu)安全的效果。在計(jì)算時(shí)，使用基于彈性模量經(jīng)驗(yàn)值的方法計(jì)算沉降量。其中，彈性模量(E)、變形模量(E0)和壓縮模量(Es)的經(jīng)驗(yàn)值如表1 所示。

表1 不同土層的各個(gè)模量值(MPa)

基于上述測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)公式計(jì)算出攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量(Esp)：

式(1)中，Ep 為攪拌樁的壓縮模量，Es 為樁間土體的壓縮模量，L 為攪拌樁的樁體長(zhǎng)度，m 為面積置換率。在本次工程中，攪拌樁自身強(qiáng)度(Fcu)為1.0MPa。根據(jù)Ep 與Fcu 的關(guān)系式：

可得Ep 為100MPa。代入式(1)，可分別計(jì)算出在不同土層的壓縮模量(Esp)。根據(jù)彈性模量與沉降量的關(guān)系式，可得該水利工程中出水涵管處最大沉降量，可作為后續(xù)施工的參照。

3 水泥土攪拌樁施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

開(kāi)展水泥土攪拌樁施工前，要做好場(chǎng)地平整，并按照施工方案提前盤(pán)查物料、設(shè)備是否準(zhǔn)備齊全。檢查水泥等材料，以及攪拌機(jī)等設(shè)備不存在問(wèn)題后，安排進(jìn)場(chǎng)。在整理好的場(chǎng)地上進(jìn)行測(cè)量放線，準(zhǔn)備施工。

3.2 水泥土攪拌樁施工技術(shù)

將樁機(jī)移動(dòng)至標(biāo)記出的第一個(gè)樁位點(diǎn)上，檢查樁機(jī)的鉆頭與樁位點(diǎn)是否保持垂直，調(diào)整使其成垂直狀態(tài)后，設(shè)定樁機(jī)參數(shù)(鉆頭轉(zhuǎn)速、進(jìn)給壓力等)，開(kāi)始鉆進(jìn)。首先進(jìn)行50cm 的預(yù)攪，觀察效果。符合施工標(biāo)準(zhǔn)后，再繼續(xù)下沉，直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。現(xiàn)場(chǎng)制備漿液，將漿液裝入樁機(jī)的儲(chǔ)漿斗內(nèi)，采用一邊噴漿、一邊提升、一邊攪拌的方式進(jìn)行作業(yè)，保證漿液與周?chē)馏w充分混合。每提升50cm，在該高度連續(xù)進(jìn)行60s 的噴漿、攪拌后，再繼續(xù)提升50cm，重復(fù)上述步驟，直到頂部孔口。第一遍噴漿攪拌完畢后，再進(jìn)行復(fù)攪。工序與第一遍基本一致，復(fù)攪完畢后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。待樁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，可以進(jìn)行成樁檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容主要包括樁體強(qiáng)度、樁身完整度、樁體均勻度等。檢測(cè)合格后，可完成驗(yàn)收。整個(gè)流程如圖1 所示。

圖1 水泥土攪拌樁施工流程

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展驗(yàn)收工作時(shí)，必須落實(shí)好“三檢”制度。考慮到本次工程中水泥土攪拌樁的數(shù)量較多，可采取隨機(jī)抽樣檢查的方式，挑選不低于樁體總數(shù)10%的樣品，注意進(jìn)行各項(xiàng)檢測(cè)。做好檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄，由監(jiān)理工程師監(jiān)督、確認(rèn)后，開(kāi)展檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，得到檢測(cè)結(jié)果。

4 水泥土攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)

4.1 強(qiáng)度檢測(cè)

在本次工程中，采用了鉆芯取樣的方式，獲取水泥土攪拌樁的芯樣，并進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。為保證檢測(cè)結(jié)果的可行性，分別設(shè)置了5 個(gè)不同的采樣深度。所有采樣的樁體，均經(jīng)過(guò)28d 的養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到100%。其中1 條樁的強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 水泥土攪拌樁的強(qiáng)度檢測(cè)

從表可以看出，經(jīng)過(guò)28d 養(yǎng)護(hù)后，該樁的整體抗壓強(qiáng)度完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求(1MPa)。但是在樁體的不同位置，強(qiáng)度仍

然有一定差距，其中表層抗壓強(qiáng)度較小，為1.4MPa，而中間段和底段抗壓強(qiáng)度較好，最大強(qiáng)度達(dá)到了7.2MPa。分析其原因，可能與中段、地段的土層中含有較多的砂。而水泥與砂結(jié)合后的強(qiáng)度，明顯高于水泥與土結(jié)合的強(qiáng)度。

4.2 沉降觀測(cè)

沉降幅度在一定程度上表示了水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量，也是決定水利工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。在本次工程中，分別于出水涵管、堤防基礎(chǔ)等位置設(shè)置了若干塊沉降板。觀測(cè)時(shí)間從6 月至7 月，觀測(cè)頻率為1 天/次。觀測(cè)完畢后，將所得數(shù)據(jù)繪制成s-t 曲線，如圖2 所示。

圖2 沉降觀測(cè)s-t 曲線

從上圖中可以發(fā)現(xiàn)，在剛完成水泥土攪拌樁施工的前幾天，隨著時(shí)間(t)的推移，沉降量(s)的變化十分明顯。在6 月4 日至6 月12 日之間，沉降量達(dá)到了-140mm。之后沉降量逐漸減小，從6 月13 至7 月3 日，雖然樁體有繼續(xù)沉降的趨勢(shì)，但是總沉降量維持在10mm 左右，說(shuō)明水泥土攪拌樁復(fù)合地基的穩(wěn)定性增強(qiáng)。沉降觀測(cè)結(jié)束后，地基最大沉降量為152mm，在工程允許沉降范圍之內(nèi)，符合施工要求。

除了上述兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)外，本次工程中還進(jìn)行了樁體均勻度檢測(cè)，判斷樁的上、中、下段強(qiáng)度是否一致；以及樁體完整性檢測(cè)，采用超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，判斷樁體是否存在裂縫。經(jīng)檢測(cè)，成樁效果良好，能夠滿足本次水利工程建設(shè)對(duì)基礎(chǔ)施工的要求。

結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)各地中小型水利工程的建設(shè)數(shù)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是由于各地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，尤其是在一些地基承載力不強(qiáng)的區(qū)域，很有可能因?yàn)榈鼗休d力不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)不均勻沉降，最終給工程質(zhì)量構(gòu)成威脅。水泥土攪拌樁復(fù)合地基能夠顯著提高工程基礎(chǔ)的承載力、穩(wěn)定性。在應(yīng)用這一技術(shù)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)攪拌樁布置、預(yù)攪下沉、噴漿提升、復(fù)攪加固等環(huán)節(jié)的技術(shù)管控，保證成樁效果。最后還要做好成樁質(zhì)量檢查，以及沉降觀測(cè)，確定各項(xiàng)指標(biāo)均滿足工程要求的情況下，順利完成基礎(chǔ)處理，為后續(xù)的水利工程上部建設(shè)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。