張之峰 周 莉

(中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司 廣東中山 528403)

1 引言

我國沿海地區(qū)廣泛存在著軟土地基,主要為淤泥、淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粉砂等。軟土地基具有物理力學性質(zhì)較差、地基承載力低、含水量高、孔隙比大、透水性差、強度低、高壓縮性、高靈敏度等不良特殊性能。當其受到震動時,土層結(jié)構(gòu)易受破壞,抗剪強度和承載力隨之大幅下降,從而引起地面震陷,甚至成流塑狀態(tài)的特征。其承載能力不能滿足工程建設的要求,因而人們提出了各種軟土加固技術。

一般軟基承載力不足的處理方案有換填法、預壓法、深層攪拌樁法、混凝土預制管樁法、鉆孔灌注樁法等。建筑物基底防滲不足的處理措施有鋼板樁防滲、混凝土板樁防滲、攪拌樁防滲等。選擇地基處理方案的原則是:經(jīng)濟合理、安全可靠、符合環(huán)保要求。在沿海地區(qū)多選用水泥攪拌樁對軟土地基進行處理。

2 水泥攪拌樁應用于軟基處理的不足之處

2.1 水泥攪拌樁的基本原理

早在兩千多年以前,我國就廣泛地將三合土(石灰、粘土和砂)技術應用于建筑工程,二十世紀60年代,國外開始用水泥石灰等材料攪拌加固深層軟土地基,我國于二十世紀70年代后期也致力于深層攪拌技術的研究和應用。隨著這項技術的發(fā)展,目前,此法不僅應用于地基加固和邊坡支護,而且廣泛應用于防滲工程項目中。

水泥攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑,通過特制的攪拌機械,在地基深處,就地將軟土和固化劑強制攪拌,由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列的物理和化學反應,使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥攪拌樁。這種水泥攪拌樁與樁周土一起組成復合地基,從而提高地基承載力,減少地基沉降。

由于水泥攪拌樁施工簡單、造價低廉等特點,在我國沿海地區(qū)防滲工程中得到了廣泛應用。

2.2 水泥攪拌樁在軟基處理中的不足之處

近些年,水泥攪拌樁廣泛應用于水工建筑物地基處理和防滲處理,也漸漸反映出它的不足之處。

首先,水泥攪拌樁在軟土中所需的凝固時間過長,影響施工工期。由于沿海地區(qū)軟土地基多為淤泥或淤泥質(zhì)粉砂,含水量較大,水泥攪拌樁在軟土中凝固較緩慢,抽芯檢查常常呈流塑狀,復合地基承載力難以滿足設計要求。特別是對于破堤工程,需在枯水期施工,施工工期較短,水泥攪拌樁凝固時間過長直接影響工期,難以完成上部建筑物工程,從而增大防汛壓力。

其次,水泥攪拌樁防滲墻未凝固成形之前在軟土中自然沉降較快,在防滲工程中易與建筑物底板脫離,易發(fā)生透水事故。

水工建筑物軟基處理屬于隱蔽工程,如處理不

好,一旦被構(gòu)筑物所覆蓋,便構(gòu)成隱患且不易檢查及補救。

水泥攪拌樁樁體的變形、軸力和側(cè)阻力主要集中在樁頂?shù)脚R界樁長的范圍內(nèi),傳到樁端的荷載占樁頂荷載的比例較小,樁體的破壞主要發(fā)生在淺層。如何加快水泥攪拌樁樁頂?shù)脚R界樁長的范圍內(nèi)的固結(jié)速率成為解決水泥攪拌樁不足之處的核心問題。砂樁具有排水效果較好的作用,故提出了水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法。

3 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的工藝原理

3.1 砂樁的基本原理

砂樁在十九世紀30年代源于歐洲,直到二十世紀50年代,才在國內(nèi)外得以迅速發(fā)展,施工工藝才逐步走向完善和成熟。起初,砂樁法用于處理松散砂土地基,視施工方法不同,又可分為擠密砂樁和振密砂樁兩種,其加固原理是依靠成樁過程中對周圍砂層的擠密和振密作用,提高松散砂土地基的承載力,防止砂土振 (震)動液化。后來,國內(nèi)外也逐漸將砂樁用來處理軟弱粘性土,其加固原理是利用砂樁的置換作用和排水作用提高軟弱地基的穩(wěn)定性。砂樁在軟弱地基中可形成砂樁復合地基,如對它再行加載預壓,可進一步提高復合地基的承載力,減少地基沉降量,并改善地基的整體穩(wěn)定性。

在軟基處理中,通過砂樁置換,在軟土中形成大直徑密實砂樁體,形成排水通道,從而加速固結(jié)速率,達到排水固結(jié)的效果。利用砂樁在這方面的優(yōu)點,與水泥攪拌樁結(jié)合,彌補水泥攪拌樁的不足之處,從而形成了水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法。

圖1 砂樁結(jié)合攪拌樁防滲墻詳圖

3.2 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的施工方法

應用水泥攪拌樁結(jié)合砂樁對軟土地基進行處理時,先按砂樁的施工方法進行地基處理,一般砂樁處理軟土地基深度為水泥攪拌樁樁頂?shù)脚R界樁長的范圍內(nèi),即4～6m深度。通過砂樁置換,在軟土中形成大直徑密實砂樁體;然后在砂樁位置再施工樁徑稍小的水泥攪拌樁,為保證攪拌樁樁頂與建筑物底板連接牢固,可在樁頂插入4～6m長螺紋鋼筋,與建筑物底板鋼筋連接錨入底板I混凝土結(jié)構(gòu)中,如圖1和圖2所示。

圖2 1-1剖面圖

3.3 質(zhì)量檢驗

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的質(zhì)量檢驗仍按照水泥攪拌樁的檢驗方法。攪拌樁的檢驗指標主要有滲透系數(shù)、墻體厚度、允許比降和抗壓強度。對于防滲工程中的防滲墻來說,滲透系數(shù)和防滲墻厚度是重要的檢驗指標,允許比降和抗壓強度主要是用于反映墻體材料性能均勻程度的間接指標。

攪拌樁的質(zhì)量檢測形式主要有:

(1)外觀鑒定:要求樁體圓勻,無縮頸和回陷現(xiàn)象;攪拌均勻,凝體無松散;群樁樁頂齊,間距均勻。

(2)開挖檢測:作為建筑物防滲墻可由監(jiān)理工程師隨機指定一處,大堤防滲墻可沿堤線每500m開挖一處,每處長3～5m,深2.5～4m。要求墻體的外觀質(zhì)量好,整體性好,無蜂窩、孔洞,最小墻厚和垂直度實測值滿足設計要求。

(3)鉆孔取芯檢測:水泥攪拌樁成樁7d可在攪拌樁身中心鉆孔,取出樁芯,觀察其顏色是否一致,是否存在水泥漿富集的 “結(jié)核”或未被攪勻的土團。在施工28d后,采用鉆機抽芯取樣檢測水泥土的單軸抗壓強度、滲透系數(shù)、抗?jié)B比降及芯樣的完整性和均勻性評價。

(4)防滲墻圍井注水檢測:主要是檢測墻體的滲透系數(shù)是否滿足設計要求。

4 水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理效果

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法在廣東省中順大圍西河水閘重建工程、拱北水閘重建工程等項目中應用,技術成熟、效果理想。通過在軟土上采用水泥攪拌樁與砂樁結(jié)合的工程實踐,主要體現(xiàn)出以下幾方面優(yōu)點:

(1)水泥攪拌樁與砂樁結(jié)合,砂樁在軟土地基中能形成排水通道,水泥攪拌樁置于砂樁中心,從而加速水泥攪拌樁在砂樁中的固結(jié)速率,達到排水固結(jié)的效果,大大節(jié)省了工程施工工期,減少了地基的固結(jié)沉降量。

(2)從內(nèi)到外,使水泥攪拌樁、砂樁與軟土形成復合地基,共同承擔上部荷載,提高了地基承載力和整體穩(wěn)定性。

(3)將砂樁和水泥攪拌樁結(jié)合在一起形成防滲墻,提高了樁身強度,增大插筋在攪拌樁體中的粘著力,使防滲墻與建筑物底板有效連接,避免地基土下沉將防滲墻下拉脫離底板。比只用水泥攪拌樁處理的樁身強度90d齡期從1.0MPa提高到1.4MPa以上。

5 結(jié)語

水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法既可適應于地基承載力不足的軟土地基基礎處理工程中,也可應用于深厚軟土上采用剛性樁基礎的泵站、水閘及船閘等穿堤建筑物的防滲工程中。

綜上所述,水泥攪拌樁結(jié)合砂樁的軟基處理方法施工簡單、工期短、無公害、施工過程無振動、無躁音、不排污、造價低廉、實用可靠,值得在我國沿海地區(qū)軟基處理工程中推廣應用。

1 建筑地基處理技術規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002

2 建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社,2002

3 建筑基樁檢測技術規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

4 軟土地基深層攪拌加固法技術規(guī)程 [M].北京:中國冶金工業(yè)出版社,1991