水泥攪拌樁在水閘軟基施工中的應(yīng)用
摘要:在水閘工程施工中，軟土地基的加固是重點也是難點。水泥攪拌樁施工技術(shù)適用于處理軟土，特別是在水利工程方面，處理效果顯著。本文結(jié)合水泥攪拌樁工作機理，以水閘工程軟基加固為例，探討了施工具體情況及質(zhì)量控制，實踐表明，該法很好解決了水閘施工中軟基加固問題。
關(guān)鍵詞: 水泥攪拌樁,水閘,軟基處理,施工,試驗
一直以來，水閘都是水利工程中的重點建筑物工程。但是在廣東珠江三角洲地區(qū)及沿海區(qū)域,軟弱土地基分布很廣,地基強度及承載力很低。在該地區(qū)修建水閘，軟土地基處理是一個非常突出的問題。水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和,使軟土硬結(jié)而提高地基強度。這種方法適用于處理軟土,處理效果顯著,處理后可很快投入使用。因此，水泥攪拌樁是水閘施工中常見的軟基加固方法之一。
1工程概況
某水閘工程屬Ⅲ級中型水閘工程，閘室共6孔(9m×6=54m)，總凈寬54m，閘室結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土兩孔一聯(lián)山型結(jié)構(gòu)，底板尺寸21.5m×18m;液壓啟閉平面鋼閘門，設(shè)計流量280m3/s;閘上設(shè)有7m寬、汽車荷載20t級的交通橋。
據(jù)該工程地質(zhì)鉆孔資料，土層變化基本情況為:第1層:素填土。厚度為1.0m～3.5m，層底高程為1.2m～-0.2m(珠基);第2層:全新世時期河流沖淤土。厚度為3.3m～10.6m，層底高程為-5.2m～-9.8m;第3層:粉質(zhì)粘土-粉土。厚度變化大，為0.9m～13.0m，層底高程起伏也很大，為-7.3m～-19.4m;第4層:粉土。厚度為0.8m～12.2m，層底高程為-11.8m～>-27.9m;第5層:灰?guī)r。層頂高程-7.3m>～-27.9m，高差起伏甚大，南北向起伏比東西向起伏大。
2試驗樁施工情況
基礎(chǔ)原設(shè)計采用D400混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，試樁發(fā)現(xiàn)，預(yù)制樁一進(jìn)入巖層尚未達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)，4根試驗樁均發(fā)生偏移現(xiàn)象，樁中心最大偏移250mm，樁中心最少偏移150mm，未能達(dá)到規(guī)范要求。造成此現(xiàn)象的主要原因是基巖高差起伏甚大，樁尖一接觸堅硬的石灰?guī)r產(chǎn)生滑移。后經(jīng)業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位商量決定，改為水泥攪拌樁基礎(chǔ)，采用D550水泥攪拌樁。攪拌樁呈梅花形布置，樁距1200mm，設(shè)計樁長5.5m～10.1m，攪拌樁上端為21.5m×18m，C20混凝土底板厚1m，上部結(jié)構(gòu)為C20墩墻，高7.2m。樁基水泥攪拌樁1157根，總進(jìn)尺7770m。
為了摸清水泥攪拌樁的特性，于當(dāng)天進(jìn)場了1臺PH-5A型攪拌樁機，按照常規(guī)的攪拌樁施工數(shù)據(jù)(水灰比0.5，水泥摻入量75kg/m)，于次日施工了4條試驗樁(根據(jù)地質(zhì)情況自西向東編號)，并于7d齡期時簡易觸探試驗，結(jié)果試驗樁的部分深度低于設(shè)計要求的40擊。
試驗結(jié)果表明，按常規(guī)經(jīng)驗施工的部分試驗樁達(dá)不到設(shè)計要求，并且強度不足，主要分布在攪拌樁上部0～1.5m的范圍中。經(jīng)過對比地質(zhì)資料分析，主要原因如下:
(1)根據(jù)地質(zhì)資料顯示4#樁位于水閘東部，建基面土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，以淤泥為主，局部淤泥質(zhì)土，黑灰色，以細(xì)粒土為主，含有機質(zhì)，夾含腐殖質(zhì)、粉砂，呈流塑狀、高壓縮。天然含水量一般為67.3%～92.9%。該土層與水泥漿液攪拌后，物理～化學(xué)作用較慢。其它試驗樁建基面土層為淤質(zhì)粉砂，土層與水泥漿液攪拌后，物理～化學(xué)作用較快，能滿足設(shè)計要求。
(2)在攪拌樁上部2m范圍內(nèi)，由于側(cè)限減少及基坑排水原因，容易造成水泥漿液擴散，造成局部強度偏低。
(3)水泥漿泵站離深層攪拌機較遠(yuǎn)，水平距離大于100m。通過對照地質(zhì)資料分析認(rèn)為，要達(dá)到設(shè)計要求，同時又不造成浪費，須對改進(jìn)成樁的工藝及進(jìn)行現(xiàn)場試驗配比。
3成樁方法的改進(jìn)和施工控制
根據(jù)試驗結(jié)果，如果要達(dá)到設(shè)計要求，必須改進(jìn)成樁的工藝，在此基礎(chǔ)上分析了影響成樁的關(guān)鍵要素，有區(qū)別做了編號為5#、6#、7#、8#(自西向東編號)的第2批試驗樁。其成樁要點如下:
(1)提高樁體上部2m的水泥摻入量。水閘東面底板基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，攪拌樁上部2m范圍內(nèi)水泥摻入量提高20%，水泥摻入量提高為90kg/m。
(2)加入外加劑(早強劑)有利于減少水泥在高含水量淤泥層中的擴散，7#、8#樁加入三乙醇胺，用量為水泥含量的0.5%。
(3)調(diào)整水灰比。水灰比由原來的0.5降為0.45。
(4)校正噴漿口位置。將攪拌葉片的噴漿口位置校正到攪拌軸中心線1/3位置處，使水泥漿更集中。
(5)嚴(yán)格管理。攪拌系統(tǒng)采用兩級攪拌，一攪漿池，一輸漿池，保證水灰比的穩(wěn)定。攪拌灰漿時，應(yīng)先加水，然后按水泥、減水劑、石膏順序投料，每次灰漿攪拌時間不得少于2min，應(yīng)將水泥漿充分拌勻。水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時，必須過濾篩，把水泥硬塊剔出。嚴(yán)格控制提升速度，提升速度不得大于0.8m/min。全線交接手續(xù)明確，全過程進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)監(jiān)督。
(6)在攪拌樁上部2m范圍內(nèi)，由重復(fù)攪拌2次改為3次，提高土體與水泥漿液的拌和均勻性。
(7)在水泥漿泵站離深層攪拌機應(yīng)小于50m，越近越好。
4 2次試驗樁檢測結(jié)果
2次試驗樁施工完畢后1周立即進(jìn)行了簡易觸探試驗，結(jié)果見表1。
表1 水泥攪拌樁觸探試驗成果
表1試驗結(jié)果全部符合設(shè)計要求。為深入直觀了解攪拌樁的樁體情況，在30d齡期時進(jìn)行了34#、67#樁的抽芯試驗，結(jié)果巖芯完整。抽芯試驗結(jié)果見表2。
表2 水泥攪拌樁抽芯試驗成果
表2表明，無側(cè)限抗壓強度達(dá)到設(shè)計要求的1.2MPa。根據(jù)上述結(jié)果，采用了75～90kg/m水泥滲入量，外加0.5%乙醇胺，水灰比為0.45的水泥攪拌樁施工。施工完畢后，共抽查了46根攪拌樁進(jìn)行簡易觸探，其簡易觸探抽芯試驗結(jié)果全部符合設(shè)計要求。攪拌樁齡期達(dá)到30d后，立即進(jìn)行底板及上部結(jié)構(gòu)施工，并在底板的4個角點(通水后移至閘墩)設(shè)立沉降觀測點，觀測結(jié)果(觀測至水閘通水后1年，見表3)累積最大沉降不大于30mm，達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求。
表3 水泥攪拌樁沉降觀察成果
5 結(jié)束語
實踐證明，在水閘工程施工中運用水泥攪拌樁處理軟基是成功的，試驗表明多方面指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。隨著水利工程建設(shè)的進(jìn)一步加快，水泥攪拌樁技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛。
參考文獻(xiàn)
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