粉噴樁在水閘軟土地基處理中的應(yīng)用

程德坤

(安徽省六安市金安區(qū)水利局 237011)

1 概況

水泥粉體噴射攪拌樁(粉噴樁)是利用粉體噴射攪拌機械在原位鉆孔至土層深部后，借助壓縮空氣，將水泥干粉以霧狀噴入需加固的軟土中，經(jīng)攪拌機葉片原位攪拌水泥干粉吸收土中的水分后，發(fā)生一系列物理化學反應(yīng)，硬結(jié)成整體性好、強度較高的水泥土樁體，與樁間土一起形成復合地基，從而提高了軟土地基的強度，減少了軟土地基的沉降量。某分洪閘樞紐工程閘室每孔凈寬8.0m，閘室總寬127.6m;底板為筏式結(jié)構(gòu)，采用空箱式岸墻，格倉式翼墻。閘室、岸墻及上游翼墻基礎(chǔ)均位于②層淤泥質(zhì)黏性土層上，該層土的強度低、壓縮性高，采用天然地基難以滿足承載力和變形的要求，經(jīng)設(shè)計分析后對分洪閘閘室、岸墻及上游翼墻處的地基均采用粉噴樁進行加固處理。施工時地面高程約16.0m，設(shè)計樁徑為500mm，有效樁長約4.0m左右，樁位采用滿堂布樁，樁距95cm×95cm，加固處理后的復合地基承載力特征值達到96kPa。

2 閘基下的工程地質(zhì)特性

閘址處的地層屬于淮河渦河沖積、淤積層，具有較典型的河流相沖積、淤積層特征。閘底板高程14.47m以下的土層分布如下:

②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土:流塑—軟塑狀，飽和，含貝殼及腐殖質(zhì)，土層底深度3.0m，層厚度3.0m，層底高程11.6m。該土層的含水率23.4% ～58.2%，平均值41.8%;天然密度1.70～1.89g/cm3;平均值1.76g/cm3;孔隙比0.864～1.546，平均值1.307;抗剪強度黏聚力4～28kPa，平均值 9.7kPa;內(nèi)摩擦角 0 ～4.2°，平均值2.2°。該土層為閘室的主要持力層。

③層重粉質(zhì)壤土:可塑—硬塑狀，夾薄層輕壤土，土層底深度7.47m，層厚度4.60m，層底高程7.0m。該土層的含水率21.2% ～52.3%，平均值25.9%;天然密度1.69～2.06g/cm3;平均值 1.99g/cm3;孔隙比0.609～1.478，平均值0.737;抗剪強度黏聚力平均值36.9kPa;內(nèi)摩擦角平均值14.2°。粉噴樁樁端坐落在該層上。

3 粉噴樁的施工及質(zhì)量控制

3.1 工程樁施工參數(shù)的確定

為了確定各種施工操作技術(shù)參數(shù)，便于施工過程中的質(zhì)量控制，在粉噴樁施工之前，在4號閘底板下選擇了代表性的部位進行工藝性試成樁試驗，根據(jù)室內(nèi)配比試驗結(jié)果進行工藝性試樁，通過在工藝性試驗樁上對水泥土樁身的輕便觸探試驗得出的結(jié)果和對各項施工參數(shù)的對比，確定工程樁的施工質(zhì)量控制結(jié)果為:

a.鉆進速度 1.2～1.5m/min，平均提升速度0.8m/min，攪拌速度30r/min，鉆進、復攪與提升時管道壓力0.1MPa≤p≤0.2MPa，噴灰時管道壓力0.25MPa≤p≤0.40MPa。

b.樁底深度控制:粉噴樁身穿透軟弱土層到達強度相對較高的③層土作為持力層，深入③層土不少于100cm且采用2檔位鉆進時電流表的讀數(shù)值不小于80A，并且持續(xù)深度達到50cm以上，當滿足上述兩個條件時說明樁端已進入持力層。以此作為控制樁底深度的依據(jù)。

c.噴灰量控制:為了加強樁底端的質(zhì)量，減少變形量，每次在噴灰提升前，必須在樁底原位攪拌，使樁底噴灰量達到50kg后，才允許提升噴灰;提升必須保證每延米的噴灰量不小于55kg，對噴灰量不足的樁身段進行施工的過程中應(yīng)隨時注意補噴直至滿足要求。

3.2 粉噴樁的施工

a.根據(jù)工藝試樁確定的各種操作技術(shù)參數(shù)制定出詳細的施工要點。嚴格控制鉆孔下鉆預攪下沉的深度、噴灰及停灰面高程，確保粉噴樁長度和噴粉量達到規(guī)定要求，施工過程中樁的深度誤差不得大于5cm。粉噴樁穿透軟弱土層到達強度相對較高的持力層，并深入③層土100cm，且2檔位鉆進時電流表的讀數(shù)值不小于80A并持續(xù)50cm以上。

b.每次攪拌機下沉或提升的時間必須有專人記錄，時間誤差不大于5s，提升前要有等待送粉到達樁底的時間且必須保證在樁底原位攪拌，使樁底噴灰量達到50kg后，才允許提升，防止出現(xiàn)提升卻未噴粉的情況。

c.由于閘底板以下為滿堂布樁，成樁施工順序從四周邊開始向中心進行，相鄰兩根樁采用間隔跳打的方式進行施工。

d.為了使樁身水泥土均勻，提高樁身的強度和變形，對水泥土粉噴樁的樁身全長進行復攪。當達到規(guī)定的停灰面后，即進行復攪，當遇到復攪困難時，可以沿著鉆孔注水的方式，來減小復攪阻力。鉆進提升和復攪時管道內(nèi)的壓力不宜過大，以防淤泥向孔壁四周擠壓形成空洞。停灰面必須達到設(shè)計樁頂以上30～50cm。

e.斷灰段的處理:成樁過程中因故停止噴灰應(yīng)及時分析原因后，將攪拌頭下沉至停灰面以下1.0m處，待恢復噴粉時再噴粉攪拌提升，重新噴粉攪拌提升時，搭接段的噴粉量仍按每米不得小于55kg進行控制。因提升速度過快造成每延米噴粉量達不到要求的應(yīng)及時進行補噴。

4 加固效果

閘底板施工完成后，在其加固的范圍內(nèi)分別進行了單樁復合地基和四樁復合地基的豎向靜載荷試驗，單樁復合地基的承載力特征值≥118kPa，對應(yīng)的沉降量≥4.20mm，四樁復合地基的承載力特征值≥120kPa，對應(yīng)的沉降量≥1.50mm。說明閘底板的設(shè)計承載力特征值采用96kPa是合適的，加固的效果也是明顯的。對開挖出的樁身水泥土芯樣的無側(cè)限抗壓強度為2.56～3.50MPa，滿足設(shè)計強度不小于2.0MPa的要求。該閘建成后運行正常，未出現(xiàn)明顯的沉降和不均勻沉降現(xiàn)象。工程實踐證明采用粉噴樁加固淤泥質(zhì)軟土地基只要施工工藝正確，施工中嚴格工程質(zhì)量控制，就能取得比較經(jīng)濟而且顯著的加固效果。