深层水泥搅拌桩在水闸软土地基处理中的应用建筑科学论文.doc

深层水泥搅拌桩在水闸软土地基处理中的应用_建筑科学论文 　　摘要：本文结合某水闸工程软基处理，简要探讨了深层水泥搅拌桩的设计与施工质量控制措施　　关键词:软基处理；深层水泥搅拌桩；水闸　　0前言　　 深层水泥搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较新的方法，它是利用水泥、石灰等作为固化剂通过与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，最终使软土硬结成抗压强度比原状土高得多、并具有整体性、水稳性和一定强度的优质、复合地基，最终达到设计和使用要求由于深层水泥搅拌法加固地基具有施工工期短、施工简单、材料来源广、造价低和加固效果明显等特点，因此自上世纪80年代初进入我国以来，被广泛地应用于公路、港口码头、水工建筑工程等的软土地基加固　　1工程概况　　 某水闸是一座集排涝、防洪为一体的小型水闸场地土以软土为主，工程地质条件较差，须进行地基基础处理该闸地质属冲积平原地貌，闸建基面高程为-3.1m，开挖深度为1～3m，建基面为第四系深厚冲积层，（2-2）层中粗砂（厚1～2m），下部广泛分布有第（3）层的淤泥、淤泥质软土层，埋深约20m；建基面高程为-11.6m，大部分建基面为第（3）层软土层，地面以下埋深13.5～24.64m。

　　2水闸基础处理方案　　 本工程地基基础为淤泥、淤泥质软弱土层，根据本工程的实际情况，选择以下方案进行比较:　　 2.1真空联合堆载预压方案　　 利用塑料排水板进行真空联合堆载预压是排水固结法的一种，是处理软弱土地基一种较好及有效的方法，处理后的地基承载力可提高2·5倍左右，但进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足以加下级荷载时方可加下一级荷载，加固时间较长，根据本工程的实际情况及有关工程经验，仅地基处理就需5～6个月，水闸基础和闸体结构需在一个枯水期完成，因此，采用排水固结法处理本工程的软基时间不允许，故不予采用　　 2.2复合地基方案　　 处理软弱土地基的复合地基有石灰桩、高压旋喷桩及深层水泥搅拌桩复合地基石灰桩由于施工机械的限制，桩长约为8m左右，本工程软弱土层埋深约10～20m，故达不到处理要求；高压旋喷复合地基由于注入压力大且水泥用量较多，可以取得较高的强度，但造价相应较高；水泥搅拌桩施工速度快、噪音小、抗水平挤压效应好、造价低廉，但形成的复合地基承载力较低，需进行承载力复核　　 现对水闸选择一个闸段对高压旋喷桩和水泥搅拌桩复合地基进行经济比较，见表1。

　　表1闸段复合地基经济比较　　　　3深层水泥搅拌桩复合地基的设计　　 深层水泥搅拌桩的设计参数参照《软土地基深层搅拌加固技术规程》（YBJ225-91）进行，深层水泥搅拌桩桩径一般不小于500mm，最大桩长不大于20m，设计的主要目的是确定搅拌桩的置换率和桩长，使水泥搅拌桩复合地基承载力设计值达到或略大于建筑物基底最大压应力及最终沉降量，使其满足要求　　 3.1布桩形式　　 根据建筑物稳定及基底应力计算，水闸、岸墙基底最大压应力在120～240kPa之间，基底最大不均匀系数在1.5～1.63之间，不均匀系数较小，建筑物沉降将比较均匀，故搅拌桩布桩形式采用柱状正方形布置；电站厂房基础最大压应力达279kPa，基底最大不均匀系数为1.9，而且不均匀沉降对电站影响较大，因此电站基础搅拌桩布桩形式采用格栅形布置，使全部的搅拌桩连成一个整体，如同一个不封底的箱形基础，以减少不均匀沉降　　 3.2搅拌单桩设计　　 单桩承载力Nd按下式估算，取其中小值:　　 Nd=KquAp及Nd=qsUpL αApfk（1）　　 式中:qu为与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块的无侧限抗压强度，取为1500kPa；qs为桩周土的平均摩阻力标准值，取为8.5kPa；K为强度折减系数，取为0.4；α为桩端土支承力的折减系数，取为0.5。

　　 按以上两式计算，Φ500搅拌桩的单桩承载力为120kN从偏于安全的角度出发，在取用单桩设计承载力时宜扣除试验桩桩顶细砂层段的桩身侧摩阻力，按此原则处理后，在淤泥质土层中搅拌桩的极限承载力达306kN以上，则搅拌桩的设计承载力取150kN是可以得到保证的所以本工程采用的Φ500搅拌桩的单桩承载力为150kN　　 3.3复合地基计算　　 复合地基承载力设计值fsp按下式计算：　　 （2）　　 式中:m为搅拌桩的面积置换率，%，按下式计算；fs为桩间土体承载力标准值，kPa，根据地质报告取45～65kPa；β为桩间土承载力折减系数，取0.75　　 搅拌桩的置换率m和桩数n计算:　　 （3）　　 （4）　　 式中:n为布桩总数（根）；A为上部结构物基础底面积，m2　　 复合地基下卧土层承载力Ph的计算:　　 （5）　　 式中:fsp为复合地基承载力设计值，kPa；G为假想实体基础自重，kN；As为假想实体基础侧表面积，m2；A1为假想实体基础底表面积，m2；fz为假想实体基础底面经修正后的地基承载力设计值，kPa　　 假想实体基础底面经修正后的地基承载力设计值fz按下式修正:　　 fz=fs ηbγ（b-3） ηdγm（d-0.5）（6）　　 式中:ηb、ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，ηb取0，ηd取1·0；γ为基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b为基础底面宽度，m，当基宽小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；γm为基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d为基础埋置深度，m。

　　 3.4沉降量计算　　 搅拌桩复合地基变形包括搅拌桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形搅拌桩群体的压缩变形的计算采用复合模量法，桩端下未加固土层的压缩变形采用分层总和法计算　　 搅拌桩群体的压缩变形计算公式为:　　 S1=（PC P0）L/2×E0（7）　　 式中:PC为群桩体顶面的平均应力，kPa；P0为群桩体底面的附加应力，kPa；L为桩长，m；E0为群桩体变形模量　　 群桩体变形模量E0按下式计算:　　 E0=mEp （1-m）Es（8）　　 式中:Ep为搅拌桩的变形模量，kPa，取110qu；Es为桩间土的变形模量，kPa　　 经计算，当采用Φ500桩径、单桩承载力150kN时，最大桩长L=11m就可满足承载力要求　　 根据计算结果，水闸基础采用搅拌桩处理桩间距为1·3m、正方形布置、桩长为18～20m（穿透淤泥层）的地基承载力要求≥120kPa对比，说明本工程水闸基础地基承载力要求≥130kPa，采用搅拌桩处理桩间距为1·1m、正方形布置、平均桩长为19m（穿透淤泥层）、工后沉降量为120·9mm是合适的　　4深层水泥搅拌桩的施工　　 4.1施工准备　　 （1）事先应平整场地，清除桩位处地上、地下一切障碍（主要是大块石、树根和生活垃圾）。

场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土回填标高应在基础底面以上宜预留50cm厚的土层　　 （2）所使用的水泥要提前送检　　 （3）每台桩机应配备水泥浆测定仪，施工前各种仪器仪表，必须进行标定，包括压力表、密度计等　　 （4）在每台桩机的钻架上画上钻进刻度线，标写醒目的深度　　 4.2试桩　　 试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工每个标段的试桩不少于5根（2%），且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工在试桩完成后28d将试桩挖出（露出桩头），取芯以进行桩体强度检测；以及单桩承载力检测；复合地基承载力检测，总结施工工艺和控制要素，以指导水泥搅拌桩的施工　　 4.3施工工艺　　 桩位放样→钻机就位→调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→边喷浆反循环搅拌提钻→提至预定的工作面→重复搅拌下钻至设计深度→喷浆并反循环搅拌提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩　　 4.4施工质量控制　　 水泥搅拌桩为隐蔽工程，其质量控制过程中的关键步骤在于施工操作中的控制，成桩质量的好坏取决于三点：①水泥掺入总量是否达到要求；②掺灰量是否沿桩均匀分布；③桩尖是否进入持力层。

　　 要确保以上三点满足要求，在水量用量、水灰比、泵送压力确定的情况下，主要由搅拌机提升、下钻速度、搅拌头的转速控制，而判断桩尖是否进入持力层，则是通过桩机的电流值来控制，这些数据由试桩确定　　 4.5质量检验　　 （1）外观检查：成桩7d后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆（灰）面下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径检查量为总桩数的5%　　 （2）施工质量检验：水泥搅拌桩成桩7d可采用轻便触探法进行桩身质量检验　　 （3）单桩承载力检验和复合地基承载力检验：载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在成桩28d后进行检验数量为桩总数的0.5%～1%，每个标段不应少于3点采用慢速荷载维持法做单桩静载荷试验和单桩复合地基静载荷试验，确定单桩承载力和符合地基承载力　　5结语　　 深层水泥搅拌桩处理软土地基在于最大限度地利用了原土，能够有效的使桩、土形成复合地基通过该水闸的基础处理实例表明，只要根据不同工程的地质情况进行具体分析，根据建筑物的布置及荷载分布，确定合理的桩径、桩长及合理的桩基布置，可以收到技术上合理、经济上效益显著的效果　　　　参考文献:　　[1]徐雄峰.水泥搅拌桩成桩原理与条件[J].中国农村水利水电，2006.　　[2]苏展图.浅谈深层水泥搅拌桩技术在软基处理中的应用[J].广东科技，2009.　　[3]葛广洲.深层水泥搅拌桩地基加固技术[J].华章，2009.　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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