多頭小直徑攪拌樁在某閘站工程防滲圍護結構中的應用

支銘偉，盧 林

(1.江蘇為行環境科技有限公司，江蘇 靖江 214500；2.江蘇神禹建設有限公司，江蘇 靖江 214500)

1 概 述

水閘作為水利工程的樞紐型建筑物，其安全穩定的運行直接影響著水利工程安全性與使用效果[1]?；娱_挖與支護直接決定了基礎工程的穩定性，針對基坑開挖與支護過程，國內外專家進行了大量的研究[2-5]?；又ёo常面臨圍護結構強度過低及監測不及時而導致變形量過大的基坑坍塌事故[6]和圍護結構抗滲性不足的基坑滲水等工程地質問題[7]，對基坑安全施工與工程質量造成了較大的威脅。多頭小直徑攪拌樁因為其施工方便、材料經濟和處理效果良好，被廣泛的應用于地基處理與基坑支護工程[8-9]。如何有效評價多頭小直徑的應用效果，成為眾多研究人員關注的問題。本文在分析多頭小直徑攪拌樁工藝流程的基礎上，以現場水泥土攪拌樁為例，對多頭小直徑攪拌樁在防滲圍護結構中的應用進行研究。

2 施工工藝

2.1 工藝原理與工藝流程

多頭小直徑攪拌樁是指以水泥作為固化劑，借助特定的攪拌機械，邊鉆進邊往軟土中噴射漿體或者霧狀粉末，通過鉆頭旋轉攪拌，使噴射出來的固化劑與軟土充分攪拌結合，此過程中固化劑與軟土發生一定的物理化學反應而生成特有的水化物，水化物膠結并與周邊的土壤顆粒發生交換，因為?；c凝結硬化作用而形成具有一定強度的樁柱體。通過一定的工藝手段，將這些具有一定強度的樁柱體相互咬合排成一列，形成一個條狀整體，以此達到提高地基防滲能力和地基承載力的效果。

多頭小直徑攪拌樁具體的施工工藝流程見圖1。

圖1 多頭小直徑攪拌樁工藝流程圖

2.2 具體工藝與注意事項

根據多頭小直徑攪拌樁的成樁原理與施工工藝，可以將多頭小直徑攪拌的施工步驟分為如下幾步，詳見表1，多頭小直徑攪拌樁造墻工藝見圖2。

表1 多頭小直徑攪拌施工步驟

圖2 多頭小直徑攪拌樁造墻過程

現場實施多頭小直徑攪拌樁造墻工藝時，需要從原材料生產到具體實施全過程進行管控，注意事項如下：①施工前試樁：多頭小直徑攪拌樁受地質條件影響大，應該在現場施工前通過對施工區進行試樁以確定合理的漿液配合比及單樁水泥漿用量。②漿體制作過程：此過程需要嚴格按照設計要求，將滿足質量要求的原材料放入攪拌機制漿，此階段漿體攪拌時間不小于3 min，以確保漿體的均勻性，漿體制作完成后放入專門的漿體儲存罐，存放時間不大于4 h，存放過程中要定時對漿體的稠度進行檢查，確保漿體質量滿足要求。③水泥漿攪拌過程：伴隨鉆機下鉆，水泥漿噴射攪拌過程盡量避免加水，如現場土層孔隙過大，水泥漿擴散太遠，影響樁體質量和水泥漿用量時候，可以適當加水助拌，多頭小直徑攪拌樁施工過程中注漿壓力不可太大，一般控制小于0.3 MPa。④樁身控制：樁機鉆桿垂直度直接決定墻體的垂直度，因此設備安裝完成之后要采用經緯儀對鉆桿導向滑軌的垂直度進行校核，確保墻體垂直度達標。⑤樁徑控制：多頭小直徑攪拌樁施工過程中，每個單元施工過程中要至少測量2次鉆桿直徑，確保鉆桿直接變化在規范允許范圍之內，保證多頭小直徑攪拌樁造墻厚度均勻。

3 工程實例

3.1 工程概況

靖江市新小橋港南起長江，北至橫港，通過鹽靖河相連接。新小橋港閘站的建設可以充分發揮橫港的調度作用，與下六圩等其他通江河道及口門控制工程聯合運行，增加鹽靖河南段區域外排入江能力，提高沿江工業園區的防洪除澇標準，同時改善區域水環境。

項目擬建閘站位于新小橋港入江口，采用閘站結合方式，分為節制閘和泵站工程，節制閘為單孔，閘孔凈寬5.0 m，胸墻底高程3.00 m，閘頂高程7.2 m,底板面高程-1.0 m，閘門采用直升式平面鋼閘門配卷揚機。泵站共3孔，單寬為4.0 m，泵站設計流程為20 m3/s?？刂崎l門采用4.0×2.0 m直升式平面鋼閘門。擬建岸墻工程北起閘站工程下游側翼墻，共9節岸墻，均采用無錨板樁結構，東側墻長180.22 m，西側墻長173.46 m，岸墻前沿設計頂高程為3.5 m，岸墻與堤頂道路采用1∶2.5混凝土護坡銜接堤頂道路，路面高程7.0 m。

現場地質勘探結果顯示，擬建工程地基土分布依次為素填土、淤泥質粉質黏土和粉土夾粉砂，平均厚度達9.95 m，土體工程性質差，不適合作為建筑物持力層。因此，決定將基礎范圍內土層開挖，采用多頭小直徑攪拌樁對地基進行加固，并采用直徑40 cm的水泥土攪拌樁作為防護結構進行防護，樁底標高-9.0 m，間距0.225 m，現場實施過程中對攪拌樁進行全過程監測。

3.2 應用效果分析

水泥土攪拌樁防護結構實施完成后，分別對樁身變形量、滲透系數及樁體抗壓強度進行檢測，并對檢測結果進行分析。

通過在水泥土攪拌樁樁頂設置的多個位移監測點，對開挖過程中樁頂水平位移進行監測，監測結果見表2。

表2 基坑開挖過程中水泥土攪拌樁樁頂水平位移檢測值

由表2得到基坑開挖與回填期間圍護結構水平位移變化關系，見圖3。

圖3 基坑開挖與回填期圍護結構頂部水平位移變化圖

由圖3可以得到，水泥土攪拌樁圍護結構施工完成以后，基坑開挖過程中及基坑開挖完成之后一段時間內，水泥土攪拌樁樁頂位移隨著基坑開挖深度逐漸增大，樁頂水平位移逐漸增大；當基坑開挖完成后，水泥土攪拌樁圍護結構樁頂水平位移處于穩定階段；當基坑開始回填時，水泥土攪拌樁樁頂水平位移出現小幅度收縮，整個基坑開挖過程中水泥土攪拌樁圍護結構樁頂水平位移最大偏移量為25.8 mm。出現這一現象的原因為，基坑開挖過程中圍護結構受單側土壓力越來越大，導致水泥土攪拌樁圍護結構出現水平位移，當基坑開挖至設計深度后，水平土壓力也逐漸趨于穩定，水泥土攪拌樁處于應力平衡狀態，水平位移不再繼續增大，基坑回填狀態，水泥土攪拌樁處于動態應力平衡狀態，兩側土壓力差值逐漸減小，使得水泥土攪拌樁水平位移減小。

水泥土攪拌樁滲透測試實驗在抗滲儀上進行，滲透系數計算公式如下：

式中：k為滲透系數，cm/s；ηγ為溫度修正系數；Q為斷面流量檢測值，cm3/s；A為試塊斷面面積，cm2；L為滲流路徑；△H為壓力水頭，cm。

現場測試結果見表3。

表3 攪拌樁滲透系數

由現場滲透儀測試結果可以看出，水泥土攪拌樁上部滲透系數大于下部滲透系數，其中樁頂0.5 m范圍內有樁身完整性較差，導致測量的滲透系數達到1.75×10-4。隨著水泥土攪拌樁深度增加，下部樁體密實度和養護條件較上部樁體有較為明顯的上升，表現為下部樁體滲透系數出現明顯下降，在樁身8.0～9.0 m處，水泥土攪拌樁滲透系數平均值為4.1×10-9cm/s。

水泥土攪拌樁支護結構施工完成養護一段時間后，現場取樣進行強度測試，分別在攪拌樁不同深度取樣進行試驗，得到水泥土攪拌樁抗壓強度，見圖4。

圖4 攪拌樁強度與深度之間關系

由圖4可以得到，水泥土攪拌樁整體強度隨取樣深度的增大，呈現先增加后穩定的趨勢。當取樣深度為0.5～1.0 m時，水泥土攪拌樁強度為2.54 MPa，當取樣深度大于等于2.5 m時，水泥土攪拌樁強度穩定在3.2 MPa左右。出現這一現象的原因為樁體下部密實度與養護條件較上部樁體更好，這一點驗證了水泥土攪拌樁滲透系數的變化規律。

綜合水泥土攪拌樁圍護結構樁頂水平位移變形、樁體滲透系數及樁體強度變化，依據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2014)中對支護結構檢測規范，對現場測試結果與規范要求進行對比，對比結果見表4。

表4 水泥土攪拌樁應用效果對比

由表4可以得出，水泥土攪拌樁圍護結構樁頂位移最大為25.8 mm，小于規范要求30 mm；水泥土攪拌樁圍護結構滲透系數范圍為1.0×10-7～-9，小于規范要求1.0×10-6；水泥土攪拌樁圍護結構抗壓強度為3.2 MPa，大于規范要求1.0 MPa，由此說明現場多頭小直徑水泥土攪拌樁應用效果較好。本文針對多頭小直徑水泥土攪拌圍護結構技術參數的研究可為類似工程開展提供參考。

4 結 論

多頭小直徑攪拌樁作為基坑處理和基坑支護常用的樁機類型，具備經濟成本低、適用性廣和處理效果明顯等特點，以靖江市新小橋港新建閘站為基礎，對多頭小直徑攪拌樁的施工工藝及現場應用效果進行了研究，結論如下：

1) 分析了多頭小直徑攪拌樁施工工藝流程，得到了多頭小直徑攪拌樁施工過程中各道施工工藝的詳細做法，總結了多頭小直徑攪拌樁實施過程中工藝流程控制手段。

2) 水泥土攪拌樁圍護結構樁頂水平位移在基坑開挖、穩定與回填階段中，表現為先增加、后穩定、再小幅度收縮現象；水泥土攪拌樁上部滲透系數大于下部滲透系數，抗壓強度規律與滲透系數相反，這與樁體密實度與養護條件直接相關。

3) 依據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2014)要求，水泥土攪拌樁圍護結構樁頂位移最大值、滲透系數與抗壓強度均滿足規范要求，說明多頭小直徑水泥土攪拌樁應用效果較好，可為類似工程開展提供參考。