水泥攪拌樁加固堤防工程的設計及優化探討

樊二東

摘要：水泥攪拌樁技術主要適用于加固飽和軟黏土的地基，將水泥作為固化劑，通過機械的方式將軟黏土和固化劑攪拌在一起，使軟黏土產生一系列的反應，從而起到加固的作用。水泥攪拌樁技術的應用比較靈活，過程中沒有污染，不需要采用振動的方式，因此應用非常廣泛。本文以浙江某河道的堤防加固工程為例，介紹了工程的設計及優化，希望對相關的工作人員有所幫助。

關鍵詞：水泥攪拌樁;堤防工程;設計優化

引言：堤防是抗擊洪水最有效的方式之一，能夠保證周圍居民正常生活以及工業生產的順利進行，但是由于其長期浸泡在水里，而且經常會遇到水流沖刷及暴雨的影響，造成邊坡失穩。堤防的邊坡失穩不僅會影響其防洪效果，嚴重的情況還會造成堤防的損毀，因此相關部門必須要定期檢查堤防的情況，并采取相應的加固措施。堤防加固中常用的方法是水泥攪拌樁，該方法能夠充分的利用地基土，而且對建筑物的影響較小，更好的滿足堤防的防洪要求。

1.工程概況

浙江某河道工程占地面積約為80萬平方米，之前的堤防防洪標準為3級，質量相對較差，很容易出現滑坡現象，而且之前由于洪水過大，還發生過漫頂現象。該區域在城市規劃時，設計人員將其設計為度假區，要在周邊建設酒店、住宅及娛樂場所，為了保證建筑物使用的穩定性，相關部門對該河道的堤防進行了加固。

在選擇加固方式之前，技術人員進行了現場勘察，勘察信息表明該堤防主要是由淤泥、中細砂、淤泥質粉砂等材料組成，其中淤泥的承載力為60kPa，厚度為2.3米;中細砂的承載力為140kPa，厚度為13米;淤泥質粉砂等承載力為75kPa，厚度為8.6米。技術人員根據該堤防的特點，決定采取水泥攪拌樁的方式進行加固，保證堤防的使用性能。

2.水泥攪拌樁加固堤防工程的設計及優化措施

2.1水泥攪拌樁加固堤防工程的設計

2.11有效樁長的設計

技術人員通過對該區域的實際勘察，發現堤防中的地表水中存在硫酸根離子，在水中能和其他物質發生反應，生成的物質會侵蝕堤壩，造成樁體開裂，影響堤防的防洪水平。技術人員根據這一特點和水中土層的性能指標，決定使用硅酸鹽水泥作為固化劑，降低水中發生化學反應的概率，減少生成物的數量，提高樁體的穩定性，表一為土層的物理力學性能指標。在該工程中，技術人員將進行水泥攪拌樁的位置定為地下10米，該位置是黏土層，厚度比較大，穩定性較強。為了保證水泥攪拌樁的樁體不會懸浮，技術人員選擇黏土成作為承載力層，樁體進入黏土層中1米，樁長為15米。

2.12裝土置換率和水泥的摻入量

該堤防工程的設計，要求水泥攪拌樁的位置以堤防的頂部為主，與堤防的軸線呈垂直的角度，每兩個攪拌樁之間的距離為1米，布設6排即可。該工程采用的是硅鹽水泥作為固化料，加入量的多少會影響水泥的強度。根據相關規定，加固時加入的水泥固體質量最少不得少于原有加固土的7%，最多不能超過18%。技術人員對工程的荷載情況進行了仔細的分析，由于其曾經受到過漫頂，堤防頂部的含水量也比較大，因此采用最高數量的水泥添加。最終，技術人員根據相關公式的計算，得出水泥的加入量為80千克。

2.13單樁承載力的設計

水泥攪拌樁的單樁承載力主要是由樁土承載力和樁身強度提供的承載力所確定的，分別計算出由樁體所提供的承載力和樁身強度所提供的承載力，選擇二者中較小的作為單樁的承載力。樁體承載力的計算公式RP1=3.1416*D*L*f;樁身強度承載力RP2=η*qu*Ap。其中qu指的是標準養護下，90天水泥塊的抗壓強度;η是qu的折減系數，取值在0.3到0.5之間;Ap是樁截面積。技術人員通過計算，確定單樁承載力的大小。而且在加固完成后，技術人員可以通過土層的指標計算出堤防的穩定性。

2.14復合地基的承載力

復合地基的承載力是堤防加固中最重要的參數之一，技術人員在加固完成后，必須要進行復合地基承載力的試驗，測定出地基土壓力的變形曲線及所對應的壓力值，最大的壓力值為臨界值。復合地基承載力的計算公式為fspk=m*Ra/Ap+β（1-m）fsk，其中fspk是復合地基承載力的特征值，m為置換率，Ra是單樁承載力，Ap是樁的橫截面積，β是折減系數。技術人員利用該公式，計算出復合地基的承載力，結果符合要求。

2.2水泥攪拌樁加固堤防工程的準備工作

水泥攪拌樁加固堤防工程前，設計人員首先要做好土工的試驗報告，做好平面控制樁和水準點的測量工作，確定加固深度。設計方案完成后，要經過總監理進行審批，保證方案的可實施性。設計方案審批合格后，管理人員要組織技術人員學習施工規范和圖紙以及合同內容，并逐一進行技術交底和安全交底工作，務必保證每個人都在交底確認書上簽字。其次是根據設計方案選擇合適的機械設備，該工程中主要用到的設備有攪拌樁機，空壓機和發電機。設備在進場前，技術人員要對其進行仔細檢查，保證設備的使用性能完好，其中攪拌樁機必須有噴粉記錄儀，并且相關計量符合國家要求。

2.3水泥攪拌樁加固堤防的質量控制要點

為了保證堤防的加固質量，技術人員要注意以下幾個方面，首先是樁位的控制，技術人員要使用全站儀來進行精準放線，測量完成后需要監理再次進行復核，確認間距，才能開鉆。其次是成樁垂直度的控制，利用水平尺調整鉆機操作方便，在鉆架上利用垂線來控制垂直度。當垂直度控制完成后，再利用轉盤來進行檢測與校正。第三是噴灰量以及均勻程度的控制，在控制粉噴量時，要選擇符合要求的電腦計量裝置，保證定量控制的準確性，一旦發生設備故障，必須要重新進行補噴，而且補噴的長度必須大于1米。技術人員要嚴格控制鉆頭的鉆進速度以及攪拌速度等相關參數，通過計量裝置，控制水泥用量。

3.水泥攪拌樁加固后對堤防穩定性的影響

3.1加固后堤防的穩定性

技術人員通過對施工現場的實際考察發現該區域的抗洪能力較弱，要想計算該堤防的穩定性，只能在完成加固后再進行計算，才能確定該工程是否能采用水泥攪拌樁的加固方式。該工程在加固之前，水位降落期、施工期、滲流期及安全系數據比較低，加固完成后，相關數值都有所提高，其中施工期的提高幅度最大，將近70%，說明該堤防在加固完成后的穩定性有所提高。技術人員還可以利用有限元法進行穩定性的計算，有限元法是利用數學近似的方法，解決真實的物理系統，能夠迅速的判斷出堤防結構的強度。該工程計算完成后的安全系數為1.55，滿足堤防安全系數的要求，并且能夠節約一定的造價成本，不僅起到了加固的作用，還節約了成本。

3.2加固工程中的優化措施

為了保證該工程的加固效果，技術人員要對施工質量進行檢查，確保工程質量。在檢查過程中，技術人員需要注意以下幾點問題，第一點是在成樁工作完成一個星期后，要用觸碰法檢查樁體的牢固程度，等到成樁一個月后，需要對樁體的完整度和均勻度進行檢查，并進行抗壓強度實試驗，保證其強度符合相關要求。第二點是在進行質量檢查時，會對樁體進行破壞，取樣完成后要對墻體厚度進行測量，保證其符合要求。在檢查完成后，技術人員需要采用同樣強度的水泥將其進行密封。第三點是施工完成后，技術人員要對其外觀進行仔細檢查，保證外表平整，樁體之間的距離合適，沒有松散以及回陷問題。外觀的檢查相對比較容易，但是務必要認真仔細，一旦發現問題，要及時處理，保證堤防質量。第四點是施工完成后，需要相關的工作人員對下鉆深度進行檢查，保證水泥的用量符合要求。施工完成后，必須要進行驗收工作，確保其符合設計要求才能進行交工。

結束語：由于堤防的特性，在施工中容易存在質量問題，影響堤防的使用壽命。相關單位要根據堤防的實際情況選擇合適的加固方式，水泥攪拌樁是比較常用的方式之一，在加固工程開始前，設計人員要對堤防進行充分的了解，保證方案的可實施性，采取相應的優化措施，確保堤防的荷載力符合設計要求。技術人員在操作時，要保證施工工藝符合相關規范，提高加固質量。

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