水泥攪拌樁基礎加固技術在水閘工程中的應用

吳少棠

佛山市南海區桂城街道水利排灌養護站 廣東佛山 528000

摘要：水泥攪拌樁是一種在水利工程中應用廣泛的地基加固處理技術，具有施工速度快，可得到較高的地基復合強度，施工噪音小、污染少，并對毗鄰建筑物的損壞少，影響小等特點。本文結合案例，重點分析了水泥土攪拌法在水閘工程基礎加固中的方案設計及施工技術。檢測結果顯示，該法很好解決了水閘基礎加固問題，可為類似工程的施工應用提供參考。

關鍵詞：水閘基礎；復合地基計算；水泥攪拌樁；施工；檢測結果

水閘一般都是建在河道、渠道及水庫、巖石成因和巖性風化等地區，這些地區大多數都是軟地基，而水閘建筑物所需的基礎通常需要承受相當大的上部荷載，其基礎底部壓力往往比淤泥軟基持力層所能承載的壓力要大很多，若沒有進行有效的處理加固，則會對水閘的質量安全造成嚴重的威脅。水泥攪拌樁作為深層攪拌樁的一種，是用于加固飽和軟粘土地基的新方法，它是利用水泥作為固化劑的主劑，利用攪拌樁機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水泥與土體發生一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，是一種有效的軟土地基加固方法，效果顯著，處理后可很快投入使用。下面，就介紹水泥攪拌樁在水閘軟基加固處理中的應用。

1 工程簡介

某水閘建成于1994年，為堰流式閘室結構，采用4孔10×5m弧形閘門控制的平底水閘，采用集中驅動雙吊點卷揚機啟閉；右側為檢修門室，檢修門為10×5.305m平板鋼閘門，采用單向門機啟吊；水閘底板高程為35.5m，底板厚2.0m，采用管樁基礎。原設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇。河道干流經過多年的整治后，其設計防洪標準為百年一遇，原有水閘過洪能力不足，需進行擴建。

2 地質資料

2.1 地形地貌

場地原始地貌為沖積平原，現河床兩邊已修筑鋼筋混凝土防洪堤，堤岸牢固，堤頂標高介于40～42m，河床標高介于32～35m，河床坡降較緩，水流較慢，由南往北漸低，根據地形絕對標高分類，場地地貌屬于臺地地貌類型。

2.2地層巖性

根據鉆探揭露，鉆探深度內場地分布的覆蓋層自上而下有：人工填土（，巖性為素填土）、第四系沖積層（，巖性為粘土）、第四系沖洪積層（，巖性為粉質粘土、礫砂）、第四系更新統殘積層（，巖性為礫質粘性土）；下伏基巖為燕山四期（）花崗巖。

3 基礎加固方案

3.1 設計思路

根據地質鉆孔資料，淤泥層埋深淺，厚度大，變形大，承載力低，其承載能力和沉降變形均不滿足設計要求，必須對地基進行加固處理。按擬建場地地震基本烈度為7度設防，水閘工程級別為1級，并結合上部結構特點，對基礎進行了換填砂墊層、水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁的方案比較。如采用換填砂處理，換填厚度大，開挖量大，且施工后沉降量較大，易造成水閘與兩側引堤、翼墻產生沉降差，影響今后的運行。受開挖場地限制，大開挖還需采用支護措施。如采用鉆孔灌注樁，巖層埋深達65～82m，即使采用摩擦樁，樁長也達50m，造價高，工期長。經技術、經濟、工期等多方面的分析比較后，選定水泥土攪拌樁（濕法）作為地基處理方案。該方法技術可行、經濟合理、施工簡便，符合工程實際要求。

3.2 水泥土攪拌樁復合地基計算

該水閘工程選取最不利鉆孔資料進行閘室處的承載力及沉降量計算，攪拌樁樁徑為0.55m，樁長16～20m，四周按格柵布置，內部按正方形布置，樁距1.3m。

（1）水泥土攪拌樁單樁承載力Ra計算。攪拌樁單樁承載力Ra施工時應由現場載荷試驗確定，設計時按《建筑地基處理技術規范》的公式計算。

按樁周土計算：

（1）

按樁材計算：

Ra=ηfcuAp（2）

式中，up為樁的周長，為1.73m；Ap為樁端面積，為0.24m2；n為樁長范圍內所劃分的土層數；qsi為樁周第i層土的側阻力特征值，kPa；li為樁長范圍內第i層土的厚度，m；qp為樁端地基土未經修正的承載力特征值，kPa；α為樁端天然地基土的承載力折減系數，取0.4；η為樁身強度折減系數，濕法取0.3；fcu為試塊90d齡期的立方體抗壓強度平均值，kPa，取1.5fcu28。

由上述主要參數計算得到Ra（水泥采用PO42.5級），選取低值作為單樁承載力Ra。經計算，由于樁身較長，單樁承載力主要由樁材控制。

（2）水泥土攪拌樁復合地基承載力計算。攪拌樁復合地基承載力設計值按規范的公式計算。

（3）

式中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率，為0.36；β為樁間土承載力折減系數，取0.2；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

由于水閘底板及翼墻處最大基底應力均小于復合地基承載力特征值，因此攪拌樁處理后的復合地基承載力滿足要求。

（3）水泥土攪拌樁復合地基沉降變形計算。對水閘底板中點進行沉降計算，豎向承載力攪拌樁復合地基的變形包括攪拌樁復合地基土層的平均壓縮變形s1與樁端下未加固土層的壓縮變形s2，s1的計算按規范的公式進行。

（4）

Esp=mEp+（1-m）Es（5）

式中，pz為攪拌樁復合土層頂面的附加壓力值；pzl為攪拌樁復合土層底面的附加壓力值，kPa；Esp為攪拌樁復合土層的壓縮模量，kPa；Ep為攪拌樁的壓縮模量，kPa，取240000kPa；Es為樁間土的壓縮模量，kPa。

樁端下未加固土層的壓縮變形s2按《建筑地基基礎設計規范》的公式進行計算。

（6）

除14涌西閘樁端以下未加固土層為粉質黏土外，另2座水閘的未加固土層均有淤泥或淤泥質土（砂），分層計算樁端下未加固的土層壓縮變形s2，采用水泥土攪拌樁處理后的地基沉降量較大，上部結構物應考慮沉降的影響。

3.3 設計方案

通過計算，攪拌樁樁徑0.55m，樁長16～20m，滿足承載力及沉降變形要求。故對閘室及兩端引堤部分、翼墻、管理樓處的基礎進行地基處理，選取水泥土攪拌樁處理方案。由于樁端以下仍有較大厚度的淤泥質土層，沉降變形量較大，考慮施工期間可以完成部分沉降，故預留工后沉降量10～20cm。結合上部荷載分布，將翼墻處攪拌樁兼作支護樁，并考慮垂直防滲、抗震等要求，對閘室基礎四周及閘墩、水閘中部采用雙排格柵布置，樁距0.45m。翼墻四周及沿翼墻長度方向每5～7m采用單排格柵布置，樁距0.45m。格柵內部、閘室兩端引堤部分、管理樓，均采用正方形柱樁布置，樁距1.3m。閘室及翼墻處攪拌樁布置詳見圖1。

圖1 閘室及翼墻段基礎布置（單位：m）