水泥土攪拌樁在倒虹吸液化地基處理中的應用

許慶濤 張彥民 劉海泉

(聊城市水利工程總公司，山東聊城 252000)

1 工程概況

南水北調東線一期魯北段小運河段馬頰河倒虹吸工程位于聊城市東昌府區梁水鎮許屯村正南500 m處的馬頰河上，設計樁號為65+824～66+520。工程包括進口連接段、進口閘室段、倒虹洞身段、倒虹出口閘室段、出口連接段和泄水閘。

該倒虹吸工程為Ⅰ級建筑物，設計輸水流量50 m3/s，洞身段共53節，長度為609 m。

2 工程地質條件

本區地層主要為黃河沖洪積物，地面高程一般在27.50 m～36.10 m，地形起伏較大;基底高程一般在 20.16 m ～26.4 m。根據勘察報告，勘探深度內地層分布如下:

①表層填筑土，主要構成河兩岸堤防，以褐黃色壤土為主，夾雜砂粒、植物根莖等。

②層裂隙粘土(Qal4):棕黃～棕褐色，硬塑，裂隙發育呈立體網狀，延伸長短不一，密度一般10 cm長度內1條～2條，無充填或充填藍灰色粉土。局部有浸染現象，夾鐵錳質斑點和條紋，土質不均勻，局部夾砂壤土薄層。厚度1.8 m～6.3 m，底板高程26.23 m ～28.87 m。

④層粘土(Qal4):褐色～灰褐色，灰黃色，可塑。厚度1.50 m～4.30 m，底板高程24.13 m ～26.97 m。

⑤層砂壤土(Qal4):灰綠色、灰黃色，局部夾淺灰色、藍灰色條紋，松散，飽和，粉粒含量較高，振動析水。該層夾較多粘土透鏡體，厚度 0.4 m ～1.8 m。該層厚度 5.70 m ～9.90 m，層底高程15.72 m ～20.74 m。

⑥層粉細砂(Qal+f4):灰黃色，中密，飽和，主要成分為石英和長石，含少量云母碎片，該層厚度較大，本次勘探未揭穿。

該倒虹吸洞身持力層主要位于第⑤層砂壤土的上部。根據GB 50487-2008水利水電工程地質勘察規范有關條款判定，在抗震設防烈度為7度時，第⑤層砂壤土存在液化現象。參照GB 50011-2010建筑抗震設計規范，擬建場地綜合判定為輕微液化，鑒于該建筑物抗震設防類別比較高，所以應采取消除或者抗液化措施。

3 液化地基處理方案

DL 5073-2000水工建筑物抗震設計規范提供的液化土層的抗震措施有:非液化土置換法、振沖加密、重夯擊實、填土壓重、樁基礎、混凝土連續墻或其他方法封堵可液化地基。

本擬建場地位于河道之內，地下水位較高，平均高程在30.2 m，基坑開挖深度較大，平均為8 m，主要持力層第⑤層砂壤土即可液化層單層厚度較大，平均7.8 m，因此采用非液化土置換、重夯擊實均不可行。擬建建筑物對地基承載力要求不高，若采用樁基礎不僅沒有必要，且造價高不經濟;采用混凝土連續墻封堵可液化地基，造價也較高;最后可考慮振沖樁加密和其他方法封堵可液化地基。其他方法封堵可液化地基常用的為水泥土墻，與振沖樁加密法相比，具有施工速度快、價格較低、抗液化效果好等優點。典型的水泥土墻抗液化實例為日本神戶的一座建筑物，在1995年日本大地震時，神戶港的絕大部分建筑均遭到了毀滅性的破壞，但一座采用水泥土墻處理液化土層的建筑物完好無損。水泥土墻封堵液化地基在水工建筑物中也有較多的應用案例。

根據本區的巖土工程條件計算，并結合類似工程的實踐經驗，設計水泥土墻的厚度不小于300 mm，抗壓強度R28≥1.5 MPa，墻體滲透系數K≤2×10－6cm/s。水泥土墻深度為進入非液化層第⑥層粉細砂層不小于1.0 m，沿倒虹吸洞身地基外部輪廓線及墊梁處封閉布置。

4 水泥土墻施工工藝

本工程采用多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻工藝，該工藝具有成墻效果好，施工工效高，造價低等優點。被加固土層主要為砂壤土，含水率在25%左右，因此采用漿噴法進行施工。

4.1 工藝性試驗

在正式施工前14 d進行工藝性試驗，固化劑采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，土樣取自第⑤層砂壤土，送至具有資質等級的試驗檢測單位，按擬定的試驗配方(水灰比選定為1.50，1.80，水泥摻入比選定為13%，15%)進行摻入比試驗和抗壓試驗，最終選出最佳水泥摻入比。

試驗結果見表1。

表1 室內試驗成果表

根據室內試驗結果分析并結合本區的巖土工程條件以及類似工程的實踐經驗，按兩種水灰比1.50，1.80，水泥摻入比15%進行試樁。本工程使用BJZC-JS-Ⅲ多頭小直徑攪拌樁機一次成墻工藝。成墻樁樁徑440 mm，樁距320 mm，搭接寬度120 mm，理論成墻厚度302 mm，下一單元移位960 mm，具體成樁布置圖如圖1所示。

根據攪拌返漿情況確定合理的施工水灰比，并計算出相應的斷漿量;以沿鉆桿微微溢漿為最佳。按水灰比1.50，1.80，水泥摻入比15%計算的施工參數見表2。

按以上兩種水灰比進行分別施工，并在施工完畢7 d后分別進行了輕型動力觸探和注水試驗，結果表明:水灰比為1.5時，水泥土的強度和滲透性均優于水灰比為1.8時，且施工進度也明顯較快。故最終確定水灰比為1.5，水泥摻入比為15%的施工參數進行施工。

表2 不同水灰比下施工參數匯總表

4.2 正式施工

根據以上工藝性試驗結果，本工程BJZC-JS-Ⅲ型一次成墻樁機，通過主機的動力傳動裝置，帶動主機上的三根并列鉆桿轉動，并以一定的推進力把鉆桿端部的鉆頭旋轉推進至所需的深度，將水泥漿液由高壓輸漿管輸進鉆桿，經鉆頭噴口噴入土體中。在鉆進松土和提升的同時水泥漿液和原土充分拌和，完成第一單元樁的施工過程;在第二序樁施工之前，主機縱向平移960 mm，使第二單元樁和第一單元樁相割搭接，重復上述施工過程，即可連續形成一道具有一定強度、抗滲性、水穩定性的水泥土防滲墻。

成墻示意圖見圖1，施工工序詳見圖2。

圖1 施工成墻示意圖（單位：mm）

圖2 水泥土攪拌樁施工工序圖

施工步驟是:

1)按照擬定水灰比配制水泥漿;

2)把配制好的水泥漿輸送到儲漿罐;

3)樁機就位并調平;

4)攪拌下沉同時輸漿至設計墻底標高，然后攪拌提升至設計墻頂標高;

5)關閉攪拌機械，完成第一個施工單元墻的施工;

6)沿軸線前移到下一單元墻，重復上述過程進行下一單元墻的施工。

5 樁體質量檢驗

1)對每幅水泥土攪拌樁質量檢查的重點是水泥漿用量、施工過程中有否斷漿現象，復核噴漿攪拌提升、下沉時間以及復攪次數。

2)在成樁后的7 d內采用輕型動力觸探(N10)進行樁身質量檢驗。

3)在成樁后28 d時，對水泥土攪拌樁進行取芯，并進行室內抗壓強度試驗。

4)對水泥土攪拌樁采用超高密度直流電法檢測其連續及質量密度均勻狀況。

5)對存疑地段進行開挖檢驗，最大開挖深度為3.5 m，檢查其外觀和搭接狀態。

通過以上檢測表明，該多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻工藝效果較好，質量均勻，強度和厚度均達到了設計要求。

6 結語

多頭小直徑水泥土攪拌樁成墻封堵液化地基在聊城尚屬首次應用，施工檢測結果表明達到了設計要求，該施工方案可行，為今后類似工程提供了借鑒。

1)同樣的施工參數不同的土質對水泥土攪拌物理力學性質影響較大，因此正式施工前必須進行工藝性試驗。

2)水泥土攪拌樁在深部成樁效果差，水泥漿用量受人為因素較多，因此必須對水泥漿用量、噴漿攪拌提升、下沉時間以及復攪次數進行全程控制和復核。

3)水泥土攪拌樁成墻封堵液化地基，主要是要求水泥土力學強度達到設計要求且連續完整、搭接厚度符合要求。這與以防滲截滲為目的的水泥土墻有所不同。

4)對水泥土墻的檢測應采用多種檢測手段，防止質量事故發生，消除質量隱患。

［1］ 龔曉南.地基處理技術發展與展望［M］.北京:中國水利水電出版社，知識產權出版社，2004.

［2］ 高大釗.土力學與巖土工程師［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.