朱俊杰

（德州市水利局水利施工处，山东 德州253014）

三刘拦河闸位于山东省德州市陵县境内，于1971 年8 月建成使用，主体结构为11 孔开敞式钢筋混凝土框架，每孔净宽5.8 m，高5 m，设平板钢闸门，属中型水闸。经多年运行，目前闸体多处存在病险问题，且局部维修无法从根本解除，因此决定对原水闸拆除重建。经地质勘测，闸基、桥头堡、翼墙等基础均坐落于砂壤土、粉质黏土等沉积堆积层，结构松散，土质较差，设计采用水泥搅拌桩技术对地基进行加固处理。

1 水泥搅拌桩强度影响因素分析

1.1 水泥掺量和龄期影响

本项目共设计5%、8%、12%、15%四个等级的水泥掺合量来测定其对桩体强度的影响程度，测试结果曲线见图1。由图1 可知：水泥掺合量越大，桩体强度越大，5%、8%、10%掺合量曲线上升平缓，桩体强度相对于原地基提升不大，而15%掺合量其强度由原地基的1.8 MPa 提高到4 MPa，提升量达到122%。据此本项目设计水泥掺量为15%。

龄期测试分为15 d、30 d、60 d、90 d 四级，曲线见图1。随着龄期增长，桩体强度逐步增加。经测试，30 d 后可达标准强度的70%左右，90 d 达到90%以上，由此在三刘拦河闸项目设计施工进度时，应保证在搅拌桩完成至少60 d 后再进行地表建筑施工。

图1 水泥掺合量及龄期对桩体强度的影响曲线

1.2 地基含水量影响

三刘拦河闸项目以15%、12%、8%、5%、3%（对应编号分别为1、2、3、4、5）5 个等级地基含水量为研究对象，测定桩体强度与地基含水量关系曲线如图2 所示（龄期为7 d）。其中4、5 号曲线随含水量增大，强度逐步减小；1、2、3 号曲线强度经历先增加后减小过程，最适含水量均在55%～60%。针对1 号曲线，其提高量在50%。

图2 地基水含量w 对桩体强度影响

1.3 水泥种类影响

不同水泥品种其组分、石膏掺量、水泥细度等均存在差别，进而影响水泥水化过程。本项目设计常用的P·O42.5 和P·O32.5 两种型号水泥其搅拌桩强度曲线（掺量均为15%），检测结果见图3。由图3 可知：水泥强度越大，形成桩体强度越大，龄期60 d 后强度相差48%以上，因此三刘拦河闸项目设计用P·O42.5 型水泥作为搅拌桩使用。

图3 不同型号水泥对搅拌桩强度影响

2 水泥搅拌桩复合地基设计计算

水泥搅拌桩完工后同原地基共同组成复合地基，要求复合地基承载力满足地面建筑所给载荷，三刘拦河闸地基容许承载力为130～200 kPa。

2.1 单桩长度设计

在设计搅拌桩时，在满足要求前提下为达到最经济，设计使土体对桩体支承力接近于桩身强度，主要设计参数为桩体长度L 和水泥掺入量（三刘拦河闸已确定为15%）。而长度L 可根据单桩承载力Pa、原地基抗压强度qu确定，计算公式参照公式（1）（2）。本项目采用搅拌桩直径为0.5 m，经计算得出L 范围在13～18 m。

式中：f 为桩体侧土平均摩擦阻力，kPa；Sa为搅拌桩周长，m；A 为桩体截面面积，m2；k 为强度安全系数，1.5。

2.2 置换率和桩数设计

桩体密度对复合地基承载力及施工成本有着决定性作用，在满足承载力要求情况下尽量降低密度。置换率m 和桩数n 主要由设计复合地基承载力Rsp和单桩承载力Pa决定，具体计算见公式（3）（4）。经计算得，三刘拦河闸项目桩体布置间距150 cm，呈梅花形。

式中：Rs为搅拌桩间土容许承载力，kPa；η为桩间土承载力折减系数，0.7；F 为地基加固总面积，m2。

3 施工要点分析

3.1 调整设备

设备就位后调整平整度和垂直度，三刘拦河闸项目要求桩机对中偏差不得大于2 cm，桩径偏差小于4%，钻杆垂直度小于1%。设备基础做必要夯实处理，现场做好排水设施，保证施工中设备不出现偏斜、移动问题。

3.2 浆液配置

本项目水泥为P·O42.5 普通硅酸盐水泥，掺入量15%；外加剂选用FDN-5，用量为水泥用量的0.6%；水灰比控制在0.4～0.45，要求水泥浆不得产生离析现象，且从制备到使用间隔不得超过2 h，否则直接舍弃。

3.3 搅拌灌浆

在正式施工前首先对注浆泵流量、速度、管道等进行检查，确认无误后施工，本项目要求注浆泵出口压力保持在0.4～0.6 MPa，输浆速度控制在6 m/h。为防止喷浆口堵塞，在搅拌头下沉时可少量喷浆。每根桩必须连续作业，若遇中断，则在12 h 内补喷，补喷重叠段应不小于100 cm。

3.4 桩顶处理

为保证水泥浆端部、顶部质量，在第一次提钻喷浆时在桩底停留50 s 以上，对桩端进行打磨；在桩顶采用同样方法打磨30 s 以上。

4 结 语

水泥搅拌桩技术在松软地基加固中应用效果及经济性好，特别适合面积大、深度小的工程使用。三刘拦河闸项目应用该技术后其闸基承载力完全满足要求，且防渗性也大大提高。