王清林

(宣州區(qū)水務(wù)局，安徽 宣城 242000)

釘形水泥土雙向攪拌樁地基處理不僅具備常規(guī)水泥土攪拌樁的特點，還結(jié)合地基應(yīng)力傳遞規(guī)律，對軟基進行加固.東門渡節(jié)制閘地基處理加固施工時，對原來常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機械進行簡單改造加工,使用同心雙軸鉆桿，安裝專用的動力設(shè)備與多功能鉆頭,切土、噴漿、攪拌施工；加固工程施工具有效果好、施工機械簡單、施工速度快、造價低、振動小、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點.

1 釘形水泥雙向攪拌樁的原理及結(jié)構(gòu)

釘形水泥雙向攪拌樁是一種軟土地基處理的新技術(shù)，它吸收了常規(guī)水泥土攪拌樁的優(yōu)點，充分利用復(fù)合地基應(yīng)力傳遞規(guī)律，在攻克了常規(guī)攪拌樁的嚴重缺陷后形成的一種新樁型與全新的施工方法[1].釘形水泥雙向攪拌樁施工可利用現(xiàn)有的常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機械作為機架，或沉管灌注樁等通用設(shè)備上，配上專用的DM-3型雙向攪拌樁動力箱體設(shè)備與多功能鉆頭，采用同心雙軸鉆桿，通過內(nèi)外鉆桿上葉片的同時旋轉(zhuǎn)而形成樁體[2].在施工過程中，利用土體的主被動土壓力差，使鉆桿上葉片打開或收縮，樁徑隨之變大或變小，形成釘形樁.其他附屬設(shè)備均與常規(guī)水泥攪拌樁一致.目前該項技術(shù)已獲得多項國家專利，在多個項目得到應(yīng)用，原采用的四攪兩噴現(xiàn)僅需二攪一噴.最大的處理深度已達到26 m，最大的樁徑已達到1.3 m.釘形水泥雙向攪拌樁具體結(jié)構(gòu)構(gòu)造(見圖1).

圖1 釘形水泥雙向攪拌樁具體結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2 工程概況

東門渡節(jié)制閘位于長江一級支流水陽江支流裘公河左岸約600 m處的東門渡河上，具有防洪、排澇、灌溉蓄水等功能.水閘防洪設(shè)計標準20年一遇、校核標準50年一遇，工程排洪設(shè)計流量235 m3/s、校核流量358 m3/s.東門渡節(jié)制閘屬Ⅲ等中型水閘，5孔7.0 m×5.5 m(寬×高)，閘室為胸墻式鋼筋混凝土大小底板結(jié)構(gòu)，中間兩孔相連為大底板，邊孔與岸墻空箱相聯(lián)為大底板，第二、第五孔為小底板，閘墩坐落在大底板上，閘室底板尺寸53.8 m×18.0 m;潛孔式平面定輪鋼閘門;閘上設(shè)有6.4 m寬、汽車荷載為公路-Ⅱ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:①層重粉質(zhì)壤土，層厚度為0.90～2.80 m，層底高程為6.04～9.30 m(吳淞高程系，以下同);②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，厚度為1.50～9.70 m，層底高程為-2.74 ～5.20 m;③層重粉質(zhì)壤土，厚度為2.30～5.45 m，層底高程為-8.19～6.70 m(起伏也很大);④層殘積土，厚度為0.50～3.10 m，層底高程為-2.50～6.00 m;⑤層粉砂質(zhì)泥巖，該層未鉆穿，最大揭露層5.70 m.

3 基礎(chǔ)處理工程設(shè)計

3.1 工程地質(zhì)條件及承載分析

東門渡節(jié)制閘建基面高程為5.40 m，位于④層殘積土和②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層，④層殘積土承載力標準值為200 kPa,強度較高，②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土大部呈軟～流塑狀，強度低，屬軟弱地基；閘基土差異性大，如采用天然地基，易產(chǎn)生不均勻沉降問題.持力層為②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土經(jīng)野外標準貫入擊數(shù)1～2.5 m(上下游河道位置)，天然地基允許承載力低于50 kPa, 各建筑物基底應(yīng)力均大于地基允許承載力，根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL265—2001)規(guī)定，不宜直接采用天然地基承載，必需進行地基處理.

3.2 釘形水泥土雙向攪拌樁選用設(shè)計

按照江蘇省工程建設(shè)推薦性技術(shù)規(guī)程《釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》(蘇JG/T024—2007)進行設(shè)計，按復(fù)合地基要求計算，并進行地基變形驗算.地基加固處理設(shè)計范圍為閘室及空箱岸墻、上下游鋼筋混凝土扶壁式翼墻段[3].設(shè)計采用的水泥土無側(cè)限抗壓強度平均值為1.5 MPa；閘室單樁承載力299 kN，復(fù)合地基承載力233 kPa；上游翼墻單樁承載力257 kN,復(fù)合地基承載力214 kPa；下游翼墻單樁承載力201 kN,復(fù)合地基承載力163 kPa.根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，擬定釘形水泥土雙向攪拌樁樁徑為0.5 m，擴大段樁徑1.0 m、樁長5.0 m,樁距1.0 m，井格型布置，井格中心距3.0 m.平均設(shè)計樁長/根數(shù)分別為：上游翼墻段13.5 m/145根，閘身及岸墻段7.5 m/800根，下游翼墻段11.5 m/320 根.水泥選用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，樁身水泥摻入比取18%.釘形樁平面布置圖(見圖2).

圖2 釘形樁平面布置圖

4 釘形水泥土雙向攪拌樁施工準備

4.1 準備工作

根據(jù)施工圖紙、設(shè)計技術(shù)交底、工程地質(zhì)勘察報告、工程現(xiàn)場環(huán)境詳細編制施工組織設(shè)計，對施工組織設(shè)計進行審核確認[4].落實施工技術(shù)和安全保障措施，現(xiàn)場滿足具備施工用水、電、路等，施工地基應(yīng)確保排水暢通保障作業(yè)面的承載力滿足施工需要.

4.2 施工工藝參數(shù)確定

東門渡閘址處的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，根據(jù)設(shè)計要求選擇在水閘左案翼墻側(cè)下游試樁3組共9根確定施工工藝參數(shù).最終確定水泥摻入量18%，水灰比0.60，鉆桿下沉速度≥0.60 m/min，提升速度≥0.80 m/min，噴漿壓力0.30 MPa，內(nèi)鉆桿轉(zhuǎn)速≥60 r/min，外鉆桿轉(zhuǎn)速≥80 r/min，葉片寬度90 mm，葉片傾角15°，確保加固范圍內(nèi)任何一點的土體均能經(jīng)過20次以上攪拌.釘形水泥土雙向攪拌樁上游翼墻、閘室和下游翼墻參數(shù)要符合相關(guān)的標準(見表1).樁身結(jié)構(gòu)大樣(見圖3).

表1 釘形水泥土雙向攪拌樁特性表

圖3 樁身結(jié)構(gòu)大樣圖

5 釘形水泥土雙向攪拌樁施工

5.1 攪拌機定位

在規(guī)定樁位固定好攪拌機，之后打開攪拌機開關(guān)，讓其沿著導(dǎo)向架朝下切土，同時通過送漿泵將水泥漿噴注至被攪拌土體中，并且內(nèi)外鉆上的兩組葉片可以朝著正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)，讓土體被切割和攪拌，此時攪拌機將逐步下降，一直到擴大頭最大深度處.之后對內(nèi)外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向做出改變，收縮攪拌葉片，要與下部樁體直徑保持一致[5].接下來兩組葉片一起按照正方兩個方向旋轉(zhuǎn)，讓土體被切割和攪拌，攪拌機不斷噴漿和切土，并逐步下降至設(shè)計深度處.最后攪拌機停留于樁端不斷進行噴漿與攪拌，時間≥30 s[6].

5.2 提升攪拌

送漿泵停止工作，將攪拌機提起來，且兩組葉片一起按照正反兩個方向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，一直到擴大頭底面標高.對內(nèi)外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向做出改變，讓攪拌葉片和上部擴大頭直徑保持一致.將鉆桿提上來，讓兩組葉片一起按照正反兩個方向進行旋轉(zhuǎn)，不斷對水泥土進行攪拌，在設(shè)計樁頂高50 cm后停止.

5.3 切土下沉

攪拌機沿著導(dǎo)架不斷向下切土，將送漿泵開關(guān)打開，將水泥漿噴注在土體中，且內(nèi)外鉆上的兩組葉片一起按照正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，讓土體被切割和攪拌，此時攪拌機將逐步下降，一直到擴大頭最大深度處.停止噴注水泥漿，將兩組葉片一起按照正反兩個方向?qū)λ嗤吝M行攪拌，在設(shè)計樁頂高50 cm后停止，單樁施工結(jié)束.

6 質(zhì)量控制

(1)成樁質(zhì)量檢查

在整個施工階段，都需要控制好釘形水泥土攪拌樁的質(zhì)量，保證檢查的全面性，不能有遺漏的地方，所有指標與參數(shù)不得小于工藝試樁要求[7].施工之前需要認真檢查原材料質(zhì)量、攪拌葉片伸展直徑與機械安全性能等內(nèi)容，并做好樁位放樣，嚴格復(fù)核，加強對偏差的控制，不能超過規(guī)定的范圍.施工期間需要每隔一定時間，要認真對機架整體垂直度、攪拌機底盤水平度、噴注水泥漿比重和攪拌機提升與下降速度等進行檢查.

(2)樁身質(zhì)量檢測

當成樁已有一周，需要進行人工淺部開挖，全面掌握樁體是否成型、攪拌是否均勻等內(nèi)容，同時測量樁身的直徑，檢查頻率通常是1%，至少超過3根.在成樁一個月，以標準貫入試驗與取芯等方式，嚴格測試室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度，檢驗樁數(shù)隨機抽取一般為總樁數(shù)的5‰，且不少于3根[8].

(3)承載力試驗檢測

要認真檢驗釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基的承載力，且前提為樁身強度與荷載試驗條件相符，通常于成樁一個月后開展，通常檢驗數(shù)量約為總樁數(shù)的1%～2%，不少于3點.

7 結(jié) 語

東門渡節(jié)制閘地基處理工程中利用常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機械進行加工和改進為DM-2型，易于操作，便于推廣.擴大頭部分與樁一次連續(xù)施工，操作控制簡便.軟基處理主要借助土拱原理，并結(jié)合土內(nèi)應(yīng)力傳遞規(guī)律，獲得復(fù)合地基效果.攪拌樁與釘子形狀類似，可形成“承臺”的功能，通過將環(huán)形對稱邊載效應(yīng)發(fā)揮出來，能夠讓樁間距擴大，減少在褥墊層上的資金投入.在本工程項目中，通過在東門渡閘地基處理中應(yīng)用釘形水泥土雙向攪拌樁，達到了預(yù)期處理效果，承載力也能夠滿足規(guī)定要求，同時釘形水泥土雙向攪拌樁效益比較明顯，可以減少投資約20%～30%.隨著水利工程建設(shè)的進一步加快，釘形水泥土雙向攪拌樁技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛.

[1] 張麗娟.釘形和雙向水泥土攪拌樁與雙向攪拌技術(shù)[J].建筑工人,2011,32(12):14-15.

[2] 李 寧,張媛君.釘形水泥土雙向攪拌樁在深厚軟基加固中的應(yīng)用[J].路基工程,2015(1):172-176.

[3] 羅大生,陳星光,張可能,等.釘形水泥土雙向攪拌樁單樁承載特性的試驗研究[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2012(6):111-114.

[4] 譚麗清.釘形水泥土雙向攪拌樁在深層軟弱土路基中的應(yīng)用[J].廣東建材,2010(3):96-98.

[5] 方保富.水泥粘土灌漿在外沙海塘防滲中的應(yīng)用[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報,2016,28(4):32-35.

[6] 楊 武,譚劍波.天生橋水庫輸水隧洞安全復(fù)核及除險加固設(shè)計[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報,2016,28(4):36-39.

[7] 繆定武,許鋒雷.釘形水泥土雙向攪拌樁軟土地基加固中的控制和應(yīng)用[J].城市建筑,2013(6):61.

[8] 范 猛,金 濤.釘形水泥土雙向攪拌樁設(shè)計方法及應(yīng)用研究[J].特種結(jié)構(gòu),2015(1):60-64.