水泥攪拌樁在岸坡加固中的應(yīng)用

劉 文 輝

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司,廣東 廣州 510000)

1 概述

河道整治工程常常會(huì)遇到淤泥、泥炭質(zhì)土等軟弱地基，其壓縮性大、強(qiáng)度和承載力低，一般需要采取工程措施進(jìn)行加固后，才能提高地基土體的承載力和強(qiáng)度，滿足工程需要。水泥攪拌樁是其中一種常用的軟基加固方法，它是利用水泥作為固化劑，通過(guò)土體與加固劑的強(qiáng)行攪拌形成水泥土，從而達(dá)到改良地基土體的目的。

本文以清遠(yuǎn)市某河道整治工程為例，介紹了堤岸攪拌樁復(fù)核地基設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程，供類似工程參考。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)堤岸橫斷面

工程位于清遠(yuǎn)市，總長(zhǎng)度2.2 km。根據(jù)相關(guān)水系規(guī)劃，河道設(shè)計(jì)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇24 h暴雨不成災(zāi)，經(jīng)水文計(jì)算，得到河道景觀常水位為10.50 m，設(shè)計(jì)洪水位(P=5%)為12.30 m。綜合考慮河道景觀、工程造價(jià)等多方面因素，河道采用L型重力式擋墻復(fù)式斷面，河道下口寬度為15 m～60 m，親水平臺(tái)寬3.5 m，高程高于景觀水位0.5 m，為11.0 m，堤頂超高算得0.7 m，因此，設(shè)計(jì)堤頂高程為13.0 m。河道設(shè)計(jì)橫斷面見圖1。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘資料，堤岸地基主要分布有素填土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粉質(zhì)粘土等土層。其中淤泥及淤泥質(zhì)土層對(duì)堤岸的安全穩(wěn)定不利，其厚度為0.65 m～10.90 m，平均4.44 m，呈透鏡狀、似層狀或連續(xù)層狀分布，深灰，灰黑色，飽和，流塑，含有機(jī)質(zhì)。統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)127次，N=1.0擊～4.0擊，平均2.5擊。各土層設(shè)計(jì)參數(shù)建議值詳見表1。

3 水泥攪拌樁加固設(shè)計(jì)

由于大部分河段擋墻基礎(chǔ)位于淤泥質(zhì)土和淤泥等軟弱土層上，地基承載力和堤岸整體抗滑穩(wěn)定性難以滿足要求，因此，需對(duì)擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。考慮到水泥攪拌樁具有施工快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，本次地基處理采用φ600水泥攪拌樁，水泥摻入比不小于17%，水泥土設(shè)計(jì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.0 MPa。根據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[1]的要求，攪拌樁樁底穿透淤泥土層，進(jìn)入下覆土層2 m。

表1 巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表

復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)地基承載力要求初步確定樁間距，然后通過(guò)岸坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)一步復(fù)核。

3.1 單樁承載力計(jì)算

根據(jù)規(guī)范[1]，攪拌樁單樁承載力特征值按式(1)，式(2)分別計(jì)算，并取二者中的較小值作為單樁承載力特征值：

Ra=ηfcuAp

(1)

(2)

其中，fcu為水泥土抗壓強(qiáng)度，取1.0 MPa；Ap為樁身截面面積，0.283 m2；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.25；up為樁周長(zhǎng)度，1.885 m；αp為樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，取0.4；qp為端阻力特征值，取粉質(zhì)粘土未修正的承載力特征值，140 kPa。

由上述兩式算得的單樁承載力特征值分別為70.7 kPa，113.10 kPa，因此，單樁承載力特征值為70.7 kPa。

3.2 樁間距計(jì)算

攪拌樁復(fù)合地基承載力可按式(3)進(jìn)行計(jì)算：

(3)

其中，λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.8；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0；fsk為樁間土承載力特征值，取45 kPa；fspk為復(fù)合地基承載力特征值，根據(jù)擋墻基底應(yīng)力計(jì)算，取80 kPa。

根據(jù)上式，可算得面積置換率m=0.171，采用正方形的布樁型式，則樁間距為：

所以取樁間距1.2 m。

4 岸坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)GB 50286—2013堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[3]，采用理正巖土6.5軟件，分別計(jì)算岸坡在穩(wěn)定滲流期、設(shè)計(jì)水位驟降期、施工期三個(gè)工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法。

水泥土抗剪強(qiáng)度可按式(4)，式(5)計(jì)算[2]：

C=(1-m)C1+mC2

(4)

tanφ=(1-m)tanφ1+mtanφ2

(5)

其中，C1,φ1為樁間土粘聚力、摩擦角，取表1中淤泥土層的數(shù)據(jù)；C2,φ2為水泥土的粘聚力、摩擦角。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)[2]，C2為設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度的0.2倍～0.3倍，摩擦角在20°～30°。考慮到攪拌樁施工受諸多因素影響，加固后的水泥土強(qiáng)度一般小于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此對(duì)上述方法計(jì)算得到的抗剪強(qiáng)度再次進(jìn)行適當(dāng)折減：C2=0.2×1 000×60%=120 kPa，φ2=20°。

根據(jù)上述計(jì)算，淤泥層的水泥土C=24.6 kPa，φ=7.3°，粉質(zhì)粘土層的水泥土C=30.4 kPa，φ=11.9°。求得各工況下岸坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)見表2。

表2 岸坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

由上述計(jì)算結(jié)果可知，擋墻地基經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁加固后，土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)得到了明顯的提高，因此，岸坡的整體抗滑穩(wěn)定系數(shù)均明顯增大，滿足了規(guī)范[3]要求。可見，本次地基處理設(shè)計(jì)是合理的。

5 結(jié)論

本文以清遠(yuǎn)市某河道整治工程為例，簡(jiǎn)述了堤岸復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程，主要得到以下兩點(diǎn)結(jié)論：

1)當(dāng)修筑在軟基上的堤岸整體抗滑穩(wěn)定性和承載力不滿足要求時(shí)，采用水泥攪拌樁加固是一種有效而經(jīng)濟(jì)的地基處理方法；2)攪拌樁復(fù)核地基設(shè)計(jì)時(shí)，可先根據(jù)承載力要求初步擬定布樁方案，然后通過(guò)岸坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)一步復(fù)核。