水泥攪拌樁在高樁碼頭岸坡加固中的應用研究

李岳函 程相峰 楊磊 渤海石油航務建筑工程有限責任公司

1.工程背景

由于碼頭后方場區使用荷載較大，且距離原陸域回填邊坡較近，為保證開挖后原有邊坡的穩定性，防止擋土墻與后樁臺間發生過大的不均勻沉降，在圍埝頂部及后方陸側設置了水泥攪拌樁。與常規項目不同，該項目的水泥攪拌樁設置在砂棱體充填袋圍堰上，充填袋具有強度高、不易破碎等特點，在充填袋下方有廢棄的塑料排水板，對水泥攪拌樁施工造成困難，極易出現鉆進困難、卡鉆、無法成樁等現象。

2.創新優勢

目前行業內沒有在砂棱體充填袋及排水板密集區進行水泥攪拌樁施工的實例，也沒有研究文獻可參考。因此創新點主要體現在以下兩方面：

（1）在砂棱體充填袋和塑料排水板的特殊環境下，水泥攪拌樁成孔工藝與常規的成孔工藝有所不同。通過研究本項目的成孔工藝，在有條件的情況下研究改造常規設備構配件的可能性，以確保在鉆進成孔順利的情況下提高作業效率。

（2）采用水泥攪拌樁加固碼頭岸坡，尤其是在有透水性圍埝區域，施工過程中可能受潮汐影響。在水泥漿濃度選取過程中如何控制水泥漿流失量又確保樁身強度是本項目的一個重點研究方向。在圍埝后方施工中采用水泥攪拌樁后，可在短時間內保質保量完成工作，所需成本較低，對生產作業干擾小，是一種經濟、快捷的提高地基承載力的手段。

3.水泥攪拌樁加固設計

圍埝基礎多數位于軟弱土層上，若未經處理而直接施工將出現地基承載力不足、堤岸失穩的情況，有必要以合理的方法完成擋墻基礎處理工作。在現階段的軟基加固施工中，水泥攪拌樁具有質量良好、作業便捷、效率高等特點，因此將其作為軟基處理方案。所用樁體為φ600mm水泥攪拌樁，樁身水泥土固結體強度抗剪實驗粘聚力≥200kPa，內摩擦角≥8°，無側限抗壓強度≥0.5kPa。為保證加固效果，攪拌樁底穿透淤泥土層，深入下覆土層的深度按2m控制。復合地基設計工作中充分考慮工程對現場地基承載力所提出的要求，據此合理控制樁間距，在此基礎上進一步分析岸坡整體抗滑穩定性，保證方案的可行性。

4.岸坡抗滑穩定計算

為高效計算，采用理正巖土6.5軟件，向其中輸入已知的參數展開計算。考慮穩定滲流、設計水位驟降、施工期三個階段，分別確定岸坡的抗滑穩定系數。

水泥土抗剪強度按下式計算：

式中：C1、φ1分別為樁間土的粘聚力、摩擦角，kPa、°；C2、φ2分別為水泥土的粘聚力、摩擦角。

C2根據設計抗壓強度而定，為該值的0.2～0.3倍，2φ的取值區間為20～30°。具體至現場施工中，雖然經過加固處理，但水泥土的強度依然小于試驗值，鑒于此情況，對所得的抗剪強度做折減處理，由此得到：

不同條件下水泥土的特性不相同，淤泥層中C=24.6kPa、φ=7.3°，粉質粘土層中C=30.4 kPa，φ=11.9°。經計算確定前述所提三個階段的岸坡抗滑穩定系數，具體見表1。

表1 岸坡抗滑穩定計算結果表

分析發現，在施作水泥攪拌樁后擋墻地基得到有效的加固，土體的抗剪強度較初期有明顯增加，對應的岸坡抗滑穩定系數也得到增加，可以滿足要求。由此說明所采取的水泥攪拌樁加固方法具有可行性。

5.單軸試樁

單軸試樁按照施工位置、施工工藝及水泥摻量的不同共分成6組，每組15根水泥攪拌樁（每組3列，垂直碼頭前沿線方向每列采用一種工法）。水泥攪拌樁樁徑0.6m，水泥摻量（重量）分別采用8%、10%、12%、14%、16%、18%，施工工藝分別采用單向四噴四攪、六噴六攪及雙向攪拌。

上部砂層10m抗壓滿足設計要求≥200kPa，其中最大值樁號A3-1抗壓強度為19780kPa，最小值樁號C3-1抗壓強度為1061.36kPa，平均抗壓強度為6724.78kPa；下部10m淤泥質黏土層抗壓強度低于設計要求，其中20根無壓力值，另外三根分別為C3-1壓力值57kPa，C3-2及A區東側5m試樁壓力值為48kPa。

C3-1、C3-2及A區東側5m試樁粘聚力數值分別為：C3-1樁身5.3m粘聚力239.44kPa（滿足設計要求），樁身16.5m粘聚力7.47kPa；C3-2樁身7.9m粘聚力171.02kPa，樁身15.3m粘聚力5.37kPa；A區東側5m試樁樁身15.3m粘聚力8kPa。

C3-1、C3-2及A區東側5m試樁摩擦角數值分別為：C3-1樁身5.3m摩擦角48.71°，樁身16.5m摩擦角41.24°，滿足設計要求；C3-2樁身7.9m摩擦角40.85°，樁身15.3m摩擦角29.83°，滿足設計要求；A區東側5m試樁樁身15.3m摩擦角4.7度，不滿足設計要求。

從試驗數據來看，上部10m砂層部位抗壓強度滿足設計要求，下部10m淤泥質黏土層部位達不到設計要求。粘聚力只有C3-1樁身5.3m芯樣能夠滿足設計要求外，其余全部不能滿足設計要求。摩擦角C3-1、C3-2滿足設計要求，A區東側5m試樁摩擦角達不到設計要求數值。單軸試樁結果不理想，無法滿足設計要求。

6.三軸試樁

單軸水泥攪拌樁試樁檢測數據結果偏低、成樁率偏低，不能滿足設計質量指標要求，需提高設備功率≥75kW，以防砂袋纏繞；黏土部分上下攪拌次數不少于4次，單點每遍不少于20次；噴漿壓力≥0.5MPa。經調研，因雙軸樁機是單軸樁機的疊加，無再次驗證必要，經各方討論進行三軸攪拌樁試樁：按照施工位置、施工工藝及水泥摻量的不同，共分成3組（每組采用一種水泥摻量），按照工藝方案確定工法組數，每個工法3根、共27根，上部充填袋部分水泥摻量(重量)分別采用12%、10%、8%，施工工藝分別采用一噴二攪、二噴二攪，下部原狀土部分水泥摻量(重量)分別采用16%、18%、20%，施工工藝分別采用兩噴四攪、三噴六攪、四噴四攪，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

每組水泥攪拌樁提供7天、14天、28天、90天無側限抗壓強度值及樁體的剪切試驗結果。經研究對比，采用2C-1工藝，即上部約10m采用一噴兩攪，下部約10m采用兩噴四攪，采用42.5級普通硅酸鹽水泥；摻入比為被加固土體質量的14%。

7.施工效果

水泥攪拌樁在岸坡加固中的有效使用，與高壓旋噴樁、碎石樁和擠密砂樁等方法相比，造價較低、施工周期短、攪拌施工時環境影響較小、對周圍原有構筑物及地下溝管影響小；研究過程中確定的最佳成孔方式及最優水泥摻量等參數直接指導本工程施工，可提高施工效率、節約水泥用量；研究后形成完善工藝規程，指導日后公司在碼頭后方堆場、軟基處理等施工；有助于提高公司的大型工程施工總承包能力，為公司贏得市場、獲得良好的經濟效益打下基礎。

8.結束語

綜上所述，本文對堤岸復合地基設計計算的思路及方法展開了分析，現就本次內容做如下總結。

（1）在軟基上施工堤岸時，若結構缺乏足夠的承載能力和抗滑穩定性，需采取加固措施，其中水泥攪拌樁是一種兼具質量可靠和經濟效益高雙重特性的方法，具有可行性。

（2）在攪拌樁復合地基設計中需以承載力要求為導向，制定可行的布樁方案，再進一步做岸坡整體抗滑穩定計算，確保設計方案具有可行性。