水泥攪拌樁在某堤防軟基處理中的應用

陳和鋒 陸佳煒 呂曉威 顧春新

【摘要】水泥攪拌樁樁基屬于復合地基，可提高地基承載力，還可提高加固土體的快剪指標，進而提高堤防整體抗滑穩(wěn)定，近幾年被廣泛運用于水利工程。通過對溫州市某堤防工程水泥攪拌樁應用實例，介紹了水泥攪拌樁復合地基特性參數(shù)取值的計算方法，以供類似工程參考。

【關鍵詞】水泥攪拌樁；軟基；處理

水泥深層攪拌樁復合地基主要適用于淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的地基承載力標準值不大于120 kPa的黏性土、粉土等軟土地基，目的是增加軟土地基的承載力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性等。

1、工程概況

無錫市某河道治理工程整治河道長773. 3 m，防洪堤堤距80 ～ 126. 7 m，兩岸防洪堤總長1 520. 8 m。防洪堤為土石混合堤，堤頂寬度為5. 0 m，河底高程0. 00 m，堤頂高程為7. 30 m。防洪堤橫斷面采用上斜下直結構復式斷面，下部為重力式擋墻，上部為斜坡綠化帶。防洪堤擋墻采用漿砌塊石砌筑，迎水、背水坡為1∶ 0. 1、1∶ 0. 4，擋墻頂親水平臺寬4. 0 m，高程4. 50 m，平臺后為1∶ 3. 0斜坡綠化帶。

根據(jù)地質(zhì)勘探成果，地基土層從上到下依次為： ①素填土； ②粉質(zhì)黏土； ③ - 1 淤泥質(zhì)黏土； ③ - 2 淤泥； ③3 -2： 圓礫/淤泥夾圓礫夾層； ④卵石； ⑤含角礫粉質(zhì)黏土；。

2、堤身抗滑穩(wěn)定計算

2.1 計算方法

堤身穩(wěn)定分析采用stab 邊坡穩(wěn)定分析程序計算，計算方法采用瑞典條分法，其公式如下：

2.2 計算工況

由于內(nèi)坡無需穩(wěn)定計算，故僅對外坡失穩(wěn)情況進行計算，計算工況如下：

1） 正常運用情況。填土綠化后堤頂高程7. 30 m，適當考慮頂部活荷載，轉化為土體高度輸入計算分析。河道內(nèi)水位為多年平均低潮位0. 00 m，地下水位取日常水位3. 0 m。土體指標選用直剪固快指標，計算方法采用總應力法。

2） 非常運用情況。工程施工至堤頂高程7. 30 m，適當考慮頂部活荷載，轉化為土體高度輸入計算分析，堤后填土在堤防建成后再進行施工加載。河道內(nèi)水位為多年平均低潮位0. 00 m，地下水位取日常水位3. 0 m。土體指標選用直剪快剪指標，計算方法采用總應力法。

2.3 計算結果

選取最不利斷面左岸樁號0 + 000 為計算典型斷面，通過計算可知，由于存在淤泥等軟弱土層，在非常運用工況下，堤身抗滑安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，需要進行地基加固處理。

3、基礎處理設計

3.1 處理方案選擇

針對無夾層軟基處理方案，擬定水泥攪拌樁、灌注樁兩種方案進行技術經(jīng)濟比選，見表3。

1） 水泥攪拌樁方案。水泥攪拌樁按等邊三角形布置，中心距1. 4 m，直徑φ600，采用42. 5 水泥，水泥摻入量15%，攪拌樁面積置換率m 為16. 6%，基礎處理寬度9. 7～ 12. 5 m，樁長8. 0 ～ 11. 0 m。

2） 灌注樁方案。φ800C25 鋼筋砼灌注樁設兩排，梅花型布置，橫向間距為2. 4 m，底部進入砂卵石層1. 6 m，樁長9. 6 ～ 12. 6 m。本工程水泥攪拌樁長9. 7 ～ 11. 1 m，對于墻后側高回填土水泥攪拌樁還可減小沉降，且工程投資要優(yōu)于灌注樁方案，因此推薦水泥攪拌樁方案。

3.2 復合地基土體強度指標選取

用高壓三軸儀進行剪切試驗表明，水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增加而提高。當抗壓強度qu 為500 ～ 4 000 kPa時，其黏聚力C 為100 ～ 1 100 kPa，一般約為qu 的20% ～ 30%，其內(nèi)摩擦角變化在20° ～ 30°之間。

根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（ JGJ 79 - 2002） 條文說明，當水泥摻入量比大于10%時，水泥土強度可達0. 30～ 2. 0 MPa以上，一般水泥摻入比采用12% ～ 20%。綜上所述，結合類似工程經(jīng)驗，設計取水泥土抗剪強度100 kPa，內(nèi)摩擦角φ 為20°。

復合地基抗剪強度Cc和φc分別按下式計算：

3.3 地基加固后穩(wěn)定計算成果

加固后的堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，堤防抗滑穩(wěn)定安全。

3.4 地基承載力復核

水泥攪拌樁復合地基的承載力特征值按中下式計算：

經(jīng)計算，基底最大壓應力為62. 67 kPa，采用水泥攪拌樁加固后，其復合地基承載力標準值為fspk = 106. 88 kPa，大于62. 67 kPa，應力滿足要求。

4、結語

本工程天然地基經(jīng)水泥攪拌樁加固后，加固土體的快剪指標得到提高，提高了堤防整體抗滑穩(wěn)定性，方法非常有效。工程完工驗收投入運行至今已一年半，后期沉降在2 ～ 5 mm，沒發(fā)生滑坡崩塌現(xiàn)象，堤岸整體穩(wěn)定安全。與灌注樁加固地基處理相比，采用攪拌樁段堤防節(jié)省了數(shù)百萬元。而且該基礎處理方法施工簡單、工期短、投資省，是水利工程中提高地基承載力和地基土抗剪強度較為普遍采用的一種基礎處理措施，其他軟土地基上的堤防工程可以借鑒使用。

參考文獻：

[1] 地基處理手冊編寫委員會. 地基處理手冊[K]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 1993.

[2] 龔曉南. 復合地基[M]. 杭州： 浙江大學出版社，1992.