王浩淼

（广州市智利达咨询有限公司,广东 广州 510640）

0 引言

水利工程大多建设在软土地基上,如果不妥善处理会对工程建设质量和使用安全带来巨大隐患[1]。水泥搅拌桩是以水泥作为固化剂,通过水泥搅拌机械设备,将土与水泥强制搅拌形成增强体的复合地基[2],其适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭及粉土等软土地基。通常地基处理方法不仅取决于加固效果和地质参数,还与工程造价、处理工艺、现场要求等息息相关。本文对水利工程水泥土搅拌桩复合地基处理措施进行系统分析和效果验证。

1 工程概况

1.1 工程现状

拟加固堤防位于广州市番禺区,整治堤线长437 m,堤顶高程2.6 m～2.8 m,防浪墙顶高程3.2 m～3.4 m,堤身单薄,堤顶宽度约6 m,达不到50 年一遇防洪潮标准。现状堤身填土多为粘粒、砂粒组成,含植物根系,局部地段含碎石与建筑垃圾,堤身填土土质砂质含量大,土质不均匀,松散,欠压实。由于堤防兴建时基础未采用工程措施处理,临水坡堤前混凝土挡墙直接建于未经处理的软土层基础上,造成软土层产生高压缩变形、侧向滑移或挤出,影响了上部建筑物稳定。

1.2 工程场地地质分析

加固段堤防普遍分布有较厚的淤泥质土、中粗砂、粉质黏土。根据土工试验成果,其中淤泥质土孔隙比为1.62～2.092,压缩系数为1.31 MPa-1～1.95 MPa-1。拟建场地人工填土成份较复杂,分布不均匀,压缩性差异较大,欠压实,未经处理一般不宜直接作为建筑物的天然地基持力层；淤泥及淤泥质土具有天然含水量高、孔隙比大、灵敏度高、压缩性高、强度低、承载力较小等特征,未经处理一般不宜直接作为建筑物基础的天然地基持力层。因此,工程场地地基土上部没有适合的天然地基持力层,需对地基土上部部分人工填土、淤泥质土层进行处理。

2 水泥搅拌桩实施方案

2.1 水泥搅拌桩设计及成桩工艺

2.1.1 布设方案

工程区域的地基基础基本上是淤泥基础,全线分布且厚度较大,根据工程的实际情况,结合堤防加固断面形式,工程拟采用水泥土搅拌桩法。

水泥土搅拌桩是利用水泥作为固化剂和软土之间发生反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的复合地基。具有安全、可靠性较好、价格便宜等优点,但施工工艺复杂,施工周期长。考虑到节省投资,对于本工程的堤身均采用水泥搅拌桩处理地基。经过计算,桩径采用0.6 m,桩长16 m,间距为1.2 m,三角形布置,搅拌桩总根数约4202根,总桩长67230 m。具体布置方案见图1～图2。

图1 水泥土搅拌桩平面布置图

图2 三角形布桩方案

水泥土搅拌桩复合基础和桩之间设置褥垫层,厚度0.25 m。褥垫层材料采用8%水泥石屑,压实系数不小于0.94。石屑粒径必须严格控制在2 mm～10 mm,含泥量不得超过5%。

2.2 复合地基承载力验算

地基处理后按照复合地基承载力验算。各层土的桩基特性指标建议值参考表1。

表1 各层土的桩基特性指标建议值

由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：

单桩承载力由桩身材料强度确定：

取较小值即Ra=84.78 kN；

因此复合地基承载力特征值：

2.1.2 试桩

施工前进行工艺性试桩,试桩数量不少于6 报。试桩分3 组,每组2 报,各组水泥用量分别为65 kg/m,70 kg/m,75 kg/m。通过试桩调整确定各项工艺参数,选择合理的施工措施,以检测满足设计要求后方可进行大面积施工。单桩静荷载试验的最大加载值为设计单桩承载力的两倍。

2.1.3 设计要求

对本工程采用水泥土搅拌桩,桩身材料采用42.5 级普通硅酸盐水泥。桩身设计强度按照90 d龄期的无测限抗压强度大于1.5 MPa控制,28 d龄期无侧限抗压强度要求大于1 MPa。搅拌桩的桩径为600 mm,单桩承载力定为100 kN,复合地基承载力定为95 kPa。停灰面应高于设计桩顶标高500 mm,水泥桨液的水灰比严格控制在0.45～0.55的范围内。

2.1.4 施工要求

施工采用湿法施工方式施工,“两喷四搅”工艺成桩。水泥搅拌桩施工现场施工前应予以平整,清除地上和地下的障碍物。应根据设计的桩位、桩型、桩径、桩长,复勘场地地质条件,选择施工机具设备。

搅拌桩施工前平整至设计高程,形成打桩平台,上部空桩只搅不喷；桩基施工时跳桩施工,并随时注意监测基坑底部与边坡的变形,如发现变形应立即停止施工,采取临时措施进行支护。停浆（灰）面高于桩顶设计标高500 mm,在开挖基坑时,应将桩顶以上土层及桩顶施工质量较差的桩段,采用人工挖除。

2.1.5 质量检验

桩位定位偏差不应超出50 mm,桩径、桩长均不得少于设计值。每根桩施工时应用水准尺检查导向架和搅拌轴的垂直度,垂直误差不应超过1%；成桩3 d轻型动力触探检查上部桩身的均匀性,成桩7 d采用浅部开挖桩头以量测成桩直径,要求桩身最小直径不小于设计桩径,抽检桩数为总桩数的5%；搅拌桩施工28 天后,采用双管单动取样钻取芯样,鉴定持力层土性,同时评价搅拌均匀性和水泥土抗压强度。

经计算,搅拌桩处理后的符合地基承载力大于轴向压力,可以满足堤防使用要求。

2.3 土堤最终沉降量估算

沉降计算采用下列公式进行计算：

式中：S为地基最终沉降量,mm；m为沉降计算经验系数；n为地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；e1i为新建海堤时为第i 土层在平均自重应力作用下的孔隙比；e2i为第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；hi为第i土层的厚度,mm。根据工程经验,m取1.40。

计算结果见表2。

表2 沉降计算成果表

根据计算结果,当按15 m考虑淤泥层厚度,150 d后水泥搅拌桩处理地基的固结度可达80%,工程竣工后的基础剩余沉降量约为0.10 m。按照堤身预留沉降,工程设计预留量取0.15 m。

2.4 堤防整体抗滑稳定分析

2.4.1 计算工况选定

本工程整治堤段总长437 m,根据运行情况、地形特征和地质条件,选取桩号为K0+310 的典型断面进行边坡稳定计算,见图3。本工程防洪（潮）标准采用200 年一遇,堤防等级为1级。堤防抗滑稳定计算应包括正常运行情况和非常运行情况,各种工况组合见表3。

图3 计算典型断面选取

2.4.2 计算结果

海堤边坡稳定计算方法采用瑞典圆弧法。计算采用河海大学研制的稳定计算软件Avtobank6.1 进行计算。边坡稳定计算成果见表5。

计算结果表明：堤防加固处理后的断面,在各种工况上均满足规范要求。

3 结语

水泥土搅拌桩处理地基具有不均匀沉降小,承载力高且施工过程对周边环境影响小等特点而得到了推广应用。广州市番禺区堤防达标加固工程中采用水泥搅拌桩处理软土地基符合工程要求,桩体设计实施方案及计算复核方法对水利工程软土地基处理具有借鉴意义,在选用处理方法时应坚持因地制宜,综合考虑地质条件、工程建设标准和经济效益,持续探索新工艺和新方法以实现地基处理效果最优化。