水泥攪拌樁在水利工程施工中的應(yīng)用

劉明慧?胡俊影

摘 要：改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)迅速騰飛，水利工程建設(shè)事業(yè)取得了令人矚目的成績，建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大。然而，在長期使用過程中，水利工程因使用時間的不斷增加，病害情況也逐步加劇，如何改善工程使用性能成為當(dāng)前亟待解決的問題。本文以某堤防工程為例，分析了水泥攪拌樁在淤泥堤基處理中的施工過程及應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁;水利工程;作用機(jī)理

中國是一個資源豐富、地域遼闊的發(fā)展中國家，水利工程作為極為重要的基礎(chǔ)建設(shè)工程，多修建于工程地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水利工程建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，在有限的建設(shè)資金條件下如何保證水利工程質(zhì)量和安全成為工程行業(yè)研究的重點(diǎn)課題。在這種背景下，復(fù)合地基技術(shù)在我國水利工程施工中得到了廣泛應(yīng)用與推廣。水泥攪拌樁采用水泥土作為增強(qiáng)體材料，因此，被叫做水泥土樁復(fù)合地基。由于施工工藝不同，則被稱為水泥攪拌樁復(fù)合地基。相比其他技術(shù)，水泥攪拌樁具有施工方便、成本低、無污染、操作簡單等優(yōu)勢，因此，在水利工程堤基處理中得到了廣泛應(yīng)用。

1 水泥土加固作用機(jī)理

水泥攪拌樁一種成熟的飽和軟黏土地基加固方法，其固化劑主要為水泥、石灰等材料，利用深層攪拌設(shè)備，可強(qiáng)制攪拌軟土和固化劑，從而產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)地基的強(qiáng)度、整體性。作為一種性質(zhì)良好的地基處理技術(shù)，水泥攪拌樁因其施工便捷、成本低、加固效果良好等優(yōu)點(diǎn)在水利工程堤防加固工程中得到了廣泛應(yīng)用，其功能為控制軟弱地基不均勻沉降，提升地基承載力。

水泥攪拌樁加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程，相比混凝土硬化機(jī)理，兩者存在顯著區(qū)別。混凝土硬化是在粗填充料內(nèi)水泥的一個水解和水化過程，因此，具有較快的凝結(jié)速度。相比之下，水泥加固土當(dāng)中，水泥摻量偏低，只有加固土重量的7%～20%，因此，必須在土這一活性介質(zhì)的配合下才能進(jìn)行水泥水解和水化反應(yīng)。對加固土質(zhì)而言，土質(zhì)條件影響較大，土體的物理化學(xué)性質(zhì)不僅會影響水泥土強(qiáng)度增加情況，還會影響水泥土攪拌的均勻性。

2 工程概況

某水利新筑堤防工程中，全長275m，填土高度6.2m。本段堤基屬于淤泥質(zhì)土，為達(dá)到抗滑穩(wěn)定需求，決定采用水泥攪拌樁加固堤基。主要、次要建筑物分別為3級、4級。根據(jù)地勘報(bào)告顯示，基面以下土層分別為粉質(zhì)黏土-淤泥-粉砂-強(qiáng)風(fēng)化巖。其中，粉質(zhì)黏土土層厚度為2.75m，淤泥土層厚度為9.75m，粉砂為2m。通過各種工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算，0.6為外江側(cè)最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，與規(guī)定要求不符，其他工況穩(wěn)定系數(shù)均可達(dá)到規(guī)定值。該情況下，若采用排水固結(jié)法進(jìn)行地基處理，將獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而，該施工方案存在一定弊端，即施工時間長，施工控制難度大，極易出現(xiàn)地基失穩(wěn)等問題。為保證工期，加快施工進(jìn)度，經(jīng)多方討論最終決定采用水泥攪拌樁加固地基。

3 水泥攪拌樁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 攪拌樁布設(shè)

根據(jù)施工要求，本工程地基承載力為112KPa。該工程采用矩形布樁，500mm為樁徑，10.5m為樁長，需向淤泥層內(nèi)伸入8m左右。由于本工程堤頂和堤坡之間存在顯著填土高度差，因此，布樁時可采用3種不同形式。堤頂向外江側(cè)12m范圍內(nèi)，縱橫布樁1×1m，21.2%為實(shí)際面積置換率。再過6m范圍縱橫布樁1×1.2m，最外側(cè)9m范圍縱橫布樁1×1.5m，17.4%為整個布樁的平均置換率。

3.2 施工工藝

1）樁機(jī)定位。按照樁位平面布置圖等相關(guān)資料要求，在指定位置，樁機(jī)就位，鉆頭中部應(yīng)與樁位對準(zhǔn)，通過水平尺將樁機(jī)調(diào)平，使鉆桿處于鉛錘狀態(tài)。

2）攪拌鉆進(jìn)至孔底設(shè)計(jì)高程。經(jīng)檢驗(yàn)，樁機(jī)定位和垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可將傳動系統(tǒng)開啟，一邊旋轉(zhuǎn)，一邊鉆進(jìn)，直到鉆進(jìn)設(shè)計(jì)深度為止。鉆進(jìn)前，需通過鋼尺進(jìn)行鉆具長度測量，并采取紅漆材料將設(shè)計(jì)孔深位置準(zhǔn)確標(biāo)注出來，便于后期查驗(yàn)。

3）提升、噴漿及攪拌。按照設(shè)計(jì)配合比，合理控制水泥、外加劑等材料的用量，并攪拌均勻。漿液配制是否合理直接影響整體施工質(zhì)量。因此，水量可采用電子計(jì)數(shù)器控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行漿液配置，并通過比重計(jì)量等方法進(jìn)行漿液比重控制。或?qū)⑦^濾網(wǎng)設(shè)于灰漿攪拌機(jī)和集料斗間，用于過濾水泥漿液。水泥將應(yīng)隨配隨用，不宜過多，需不斷攪拌攪拌機(jī)和料桶內(nèi)的水泥漿。當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計(jì)深度之后，需將傳動系統(tǒng)進(jìn)行反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，并開啟輸漿程序，水泥漿灌注用量達(dá)到鉆頭噴漿口，即可一邊旋轉(zhuǎn)提升，一邊噴漿，同時進(jìn)行均勻攪拌，確保噴漿量滿足規(guī)定。在攪拌施工過程中，同樣要做好攪拌時間管控，和攪拌深度記錄等工作。

4）復(fù)攪。施工至設(shè)計(jì)樁頂高程后，需停止提升，調(diào)整傳動系統(tǒng)為正轉(zhuǎn)，從設(shè)計(jì)樁頂高程部位向下進(jìn)行噴漿、復(fù)攪施工，直至達(dá)到設(shè)計(jì)樁底高程，隨后復(fù)攪提升到地面，從而形成一個完整的樁體。完成上述施工后，先將一定量的清水注入集料斗內(nèi)， 啟動灰漿泵， 將所有管路內(nèi)剩余的水泥漿清理干凈， 同時需清理附著于攪拌頭上的軟土。

5）現(xiàn)場驗(yàn)收。整個施工環(huán)節(jié)要落實(shí)好每一道工序的質(zhì)量控制工作，保證每一根攪拌樁質(zhì)量合格，并準(zhǔn)確記錄每根攪拌樁的開鉆和結(jié)束時間，每米的噴漿量和總噴漿量，復(fù)攪深度等等，待相關(guān)部門和人員確定且簽認(rèn)后，才能進(jìn)行下一樁位施工。

4 水泥攪拌樁質(zhì)量檢測分析

4.1 抗滑穩(wěn)定性分析

水庫大壩堤基采用水泥攪拌樁加固后，需計(jì)算分析其抗滑穩(wěn)定性能。經(jīng)計(jì)算可知，復(fù)合地基土的凝聚力為39.32KPa，內(nèi)摩擦角為12.9°，天然容重為16.8KN/m?，飽和容重為17.0KN/m?。考慮到施工時堤身為分期填筑，每期填土間隔時間在30天以上，且填筑速度緩慢，因此，可認(rèn)為淤泥層具有一定固結(jié)度，能夠適當(dāng)提升淤泥層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。經(jīng)計(jì)算，1.292為堤外坡完建工況最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，可滿足堤防設(shè)計(jì)要求。

4.2 沉降分析

將沉降板設(shè)于堤防堤頂中心線處，共設(shè)3個，間隔距離為100m。沉降觀測時間為1年，共測量43次，經(jīng)觀測，最大沉降量為151mm，該工程最大沉降量略微大一些。經(jīng)計(jì)算分析，沒有打攪拌樁的淤泥層②-2層（2.55m厚）計(jì)算沉降量為105.14mm，在總計(jì)算沉降量中所占比例為63%，因此，可認(rèn)為淤泥層沉降量太大。若采用攪拌樁處理該淤泥層，通過計(jì)算可知8.04mm為該層沉降量，此時總沉降量僅為69.02mm。表明若能打穿該淤泥層，可大幅降低堤基沉降量。基于經(jīng)濟(jì)性考慮，在滿足穩(wěn)定性需求的前提下，可采用長短樁布置，僅50%攪拌樁打穿淤泥層，經(jīng)計(jì)算，74.87mm為總沉降量，仍可滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國水利事業(yè)得到了長足發(fā)展。在水利工程建設(shè)中，施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。水泥攪拌樁作為一種新型地基處理方法，因其施工便捷、成本低、加固效果良好等優(yōu)點(diǎn)在水利工程地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。將其用于堤防工程軟土地基處理，可軟弱地基不均勻沉降，提升地基承載力，且具有良好的防滲效果。

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