陳和鋒 陸佳煒 呂曉威 顧春新
【摘要】水泥攪拌樁樁基屬于復(fù)合地基,可提高地基承載力,還可提高加固土體的快剪指標(biāo),進(jìn)而提高堤防整體抗滑穩(wěn)定,近幾年被廣泛運(yùn)用于水利工程。通過(guò)對(duì)溫州市某堤防工程水泥攪拌樁應(yīng)用實(shí)例,介紹了水泥攪拌樁復(fù)合地基特性參數(shù)取值的計(jì)算方法,以供類(lèi)似工程參考。
【關(guān)鍵詞】水泥攪拌樁;軟基;處理
水泥深層攪拌樁復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)錫市某河道治理工程整治河道長(zhǎng)773. 3 m,防洪堤堤距80 ~ 126. 7 m,兩岸防洪堤總長(zhǎng)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(jié)構(gòu)復(fù)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(tái)寬4. 0 m,高程4. 50 m,平臺(tái)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(jì)算
2.1 計(jì)算方法
堤身穩(wěn)定分析采用stab 邊坡穩(wěn)定分析程序計(jì)算,計(jì)算方法采用瑞典條分法,其公式如下:
2.2 計(jì)算工況
由于內(nèi)坡無(wú)需穩(wěn)定計(jì)算,故僅對(duì)外坡失穩(wěn)情況進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算工況如下:
1) 正常運(yùn)用情況。填土綠化后堤頂高程7. 30 m,適當(dāng)考慮頂部活荷載,轉(zhuǎn)化為土體高度輸入計(jì)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(biāo)選用直剪固快指標(biāo),計(jì)算方法采用總應(yīng)力法。
2) 非常運(yùn)用情況。工程施工至堤頂高程7. 30 m,適當(dāng)考慮頂部活荷載,轉(zhuǎn)化為土體高度輸入計(jì)算分析,堤后填土在堤防建成后再進(jìn)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(biāo)選用直剪快剪指標(biāo),計(jì)算方法采用總應(yīng)力法。
2.3 計(jì)算結(jié)果
選取最不利斷面左岸樁號(hào)0 + 000 為計(jì)算典型斷面,通過(guò)計(jì)算可知,由于存在淤泥等軟弱土層,在非常運(yùn)用工況下,堤身抗滑安全系數(shù)不能滿(mǎn)足規(guī)范要求,需要進(jìn)行地基加固處理。
3、基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)
3.1 處理方案選擇
針對(duì)無(wú)夾層軟基處理方案,擬定水泥攪拌樁、灌注樁兩種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選,見(jiàn)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(chǔ)處理寬度9. 7~ 12. 5 m,樁長(zhǎng)8. 0 ~ 11. 0 m。
2) 灌注樁方案。φ800C25 鋼筋砼灌注樁設(shè)兩排,梅花型布置,橫向間距為2. 4 m,底部進(jìn)入砂卵石層1. 6 m,樁長(zhǎng)9. 6 ~ 12. 6 m。本工程水泥攪拌樁長(zhǎng)9. 7 ~ 11. 1 m,對(duì)于墻后側(cè)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(fù)合地基土體強(qiáng)度指標(biāo)選取
用高壓三軸儀進(jìn)行剪切試驗(yàn)表明,水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高。當(dāng)抗壓強(qiáng)度qu 為500 ~ 4 000 kPa時(shí),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(shù)規(guī)范》( JGJ 79 - 2002) 條文說(shuō)明,當(dāng)水泥摻入量比大于10%時(shí),水泥土強(qiáng)度可達(dá)0. 30~ 2. 0 MPa以上,一般水泥摻入比采用12% ~ 20%。綜上所述,結(jié)合類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)取水泥土抗剪強(qiáng)度100 kPa,內(nèi)摩擦角φ 為20°。
復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度Cc和φc分別按下式計(jì)算:
3.3 地基加固后穩(wěn)定計(jì)算成果
加固后的堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求,堤防抗滑穩(wěn)定安全。
3.4 地基承載力復(fù)核
水泥攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值按中下式計(jì)算:
經(jīng)計(jì)算,基底最大壓應(yīng)力為62. 67 kPa,采用水泥攪拌樁加固后,其復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為fspk = 106. 88 kPa,大于62. 67 kPa,應(yīng)力滿(mǎn)足要求。
4、結(jié)語(yǔ)
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(biāo)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(yàn)收投入運(yùn)行至今已一年半,后期沉降在2 ~ 5 mm,沒(méi)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(wàn)元。而且該基礎(chǔ)處理方法施工簡(jiǎn)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(qiáng)度較為普遍采用的一種基礎(chǔ)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(xiàn):
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