劉明慧?胡俊影
摘 要:改革開放以來,我國經(jīng)濟迅速騰飛,水利工程建設(shè)事業(yè)取得了令人矚目的成績,建設(shè)規(guī)模逐年擴大。然而,在長期使用過程中,水利工程因使用時間的不斷增加,病害情況也逐步加劇,如何改善工程使用性能成為當(dāng)前亟待解決的問題。本文以某堤防工程為例,分析了水泥攪拌樁在淤泥堤基處理中的施工過程及應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:水泥攪拌樁;水利工程;作用機理
中國是一個資源豐富、地域遼闊的發(fā)展中國家,水利工程作為極為重要的基礎(chǔ)建設(shè)工程,多修建于工程地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)。近年來,隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,水利工程建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大,在有限的建設(shè)資金條件下如何保證水利工程質(zhì)量和安全成為工程行業(yè)研究的重點課題。在這種背景下,復(fù)合地基技術(shù)在我國水利工程施工中得到了廣泛應(yīng)用與推廣。水泥攪拌樁采用水泥土作為增強體材料,因此,被叫做水泥土樁復(fù)合地基。由于施工工藝不同,則被稱為水泥攪拌樁復(fù)合地基。相比其他技術(shù),水泥攪拌樁具有施工方便、成本低、無污染、操作簡單等優(yōu)勢,因此,在水利工程堤基處理中得到了廣泛應(yīng)用。
1 水泥土加固作用機理
水泥攪拌樁一種成熟的飽和軟黏土地基加固方法,其固化劑主要為水泥、石灰等材料,利用深層攪拌設(shè)備,可強制攪拌軟土和固化劑,從而產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng),增強地基的強度、整體性。作為一種性質(zhì)良好的地基處理技術(shù),水泥攪拌樁因其施工便捷、成本低、加固效果良好等優(yōu)點在水利工程堤防加固工程中得到了廣泛應(yīng)用,其功能為控制軟弱地基不均勻沉降,提升地基承載力。
水泥攪拌樁加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程,相比混凝土硬化機理,兩者存在顯著區(qū)別?;炷劣不窃诖痔畛淞蟽?nèi)水泥的一個水解和水化過程,因此,具有較快的凝結(jié)速度。相比之下,水泥加固土當(dāng)中,水泥摻量偏低,只有加固土重量的7%~20%,因此,必須在土這一活性介質(zhì)的配合下才能進行水泥水解和水化反應(yīng)。對加固土質(zhì)而言,土質(zhì)條件影響較大,土體的物理化學(xué)性質(zhì)不僅會影響水泥土強度增加情況,還會影響水泥土攪拌的均勻性。
2 工程概況
某水利新筑堤防工程中,全長275m,填土高度6.2m。本段堤基屬于淤泥質(zhì)土,為達到抗滑穩(wěn)定需求,決定采用水泥攪拌樁加固堤基。主要、次要建筑物分別為3級、4級。根據(jù)地勘報告顯示,基面以下土層分別為粉質(zhì)黏土-淤泥-粉砂-強風(fēng)化巖。其中,粉質(zhì)黏土土層厚度為2.75m,淤泥土層厚度為9.75m,粉砂為2m。通過各種工況抗滑穩(wěn)定計算,0.6為外江側(cè)最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),與規(guī)定要求不符,其他工況穩(wěn)定系數(shù)均可達到規(guī)定值。該情況下,若采用排水固結(jié)法進行地基處理,將獲得良好的經(jīng)濟效益。然而,該施工方案存在一定弊端,即施工時間長,施工控制難度大,極易出現(xiàn)地基失穩(wěn)等問題。為保證工期,加快施工進度,經(jīng)多方討論最終決定采用水泥攪拌樁加固地基。
3 水泥攪拌樁施工技術(shù)要點
3.1 攪拌樁布設(shè)
根據(jù)施工要求,本工程地基承載力為112KPa。該工程采用矩形布樁,500mm為樁徑,10.5m為樁長,需向淤泥層內(nèi)伸入8m左右。由于本工程堤頂和堤坡之間存在顯著填土高度差,因此,布樁時可采用3種不同形式。堤頂向外江側(cè)12m范圍內(nèi),縱橫布樁1×1m,21.2%為實際面積置換率。再過6m范圍縱橫布樁1×1.2m,最外側(cè)9m范圍縱橫布樁1×1.5m,17.4%為整個布樁的平均置換率。
3.2 施工工藝
1)樁機定位。按照樁位平面布置圖等相關(guān)資料要求,在指定位置,樁機就位,鉆頭中部應(yīng)與樁位對準(zhǔn),通過水平尺將樁機調(diào)平,使鉆桿處于鉛錘狀態(tài)。
2)攪拌鉆進至孔底設(shè)計高程。經(jīng)檢驗,樁機定位和垂直度達到設(shè)計要求后,可將傳動系統(tǒng)開啟,一邊旋轉(zhuǎn),一邊鉆進,直到鉆進設(shè)計深度為止。鉆進前,需通過鋼尺進行鉆具長度測量,并采取紅漆材料將設(shè)計孔深位置準(zhǔn)確標(biāo)注出來,便于后期查驗。
3)提升、噴漿及攪拌。按照設(shè)計配合比,合理控制水泥、外加劑等材料的用量,并攪拌均勻。漿液配制是否合理直接影響整體施工質(zhì)量。因此,水量可采用電子計數(shù)器控制,嚴(yán)格按照設(shè)計配合比進行漿液配置,并通過比重計量等方法進行漿液比重控制。或?qū)⑦^濾網(wǎng)設(shè)于灰漿攪拌機和集料斗間,用于過濾水泥漿液。水泥將應(yīng)隨配隨用,不宜過多,需不斷攪拌攪拌機和料桶內(nèi)的水泥漿。當(dāng)鉆頭到達設(shè)計深度之后,需將傳動系統(tǒng)進行反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié),并開啟輸漿程序,水泥漿灌注用量達到鉆頭噴漿口,即可一邊旋轉(zhuǎn)提升,一邊噴漿,同時進行均勻攪拌,確保噴漿量滿足規(guī)定。在攪拌施工過程中,同樣要做好攪拌時間管控,和攪拌深度記錄等工作。
4)復(fù)攪。施工至設(shè)計樁頂高程后,需停止提升,調(diào)整傳動系統(tǒng)為正轉(zhuǎn),從設(shè)計樁頂高程部位向下進行噴漿、復(fù)攪施工,直至達到設(shè)計樁底高程,隨后復(fù)攪提升到地面,從而形成一個完整的樁體。完成上述施工后,先將一定量的清水注入集料斗內(nèi), 啟動灰漿泵, 將所有管路內(nèi)剩余的水泥漿清理干凈, 同時需清理附著于攪拌頭上的軟土。
5)現(xiàn)場驗收。整個施工環(huán)節(jié)要落實好每一道工序的質(zhì)量控制工作,保證每一根攪拌樁質(zhì)量合格,并準(zhǔn)確記錄每根攪拌樁的開鉆和結(jié)束時間,每米的噴漿量和總噴漿量,復(fù)攪深度等等,待相關(guān)部門和人員確定且簽認后,才能進行下一樁位施工。
4 水泥攪拌樁質(zhì)量檢測分析
4.1 抗滑穩(wěn)定性分析
水庫大壩堤基采用水泥攪拌樁加固后,需計算分析其抗滑穩(wěn)定性能。經(jīng)計算可知,復(fù)合地基土的凝聚力為39.32KPa,內(nèi)摩擦角為12.9°,天然容重為16.8KN/m?,飽和容重為17.0KN/m???紤]到施工時堤身為分期填筑,每期填土間隔時間在30天以上,且填筑速度緩慢,因此,可認為淤泥層具有一定固結(jié)度,能夠適當(dāng)提升淤泥層的抗剪強度指標(biāo)。經(jīng)計算,1.292為堤外坡完建工況最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),可滿足堤防設(shè)計要求。
4.2 沉降分析
將沉降板設(shè)于堤防堤頂中心線處,共設(shè)3個,間隔距離為100m。沉降觀測時間為1年,共測量43次,經(jīng)觀測,最大沉降量為151mm,該工程最大沉降量略微大一些。經(jīng)計算分析,沒有打攪拌樁的淤泥層②-2層(2.55m厚)計算沉降量為105.14mm,在總計算沉降量中所占比例為63%,因此,可認為淤泥層沉降量太大。若采用攪拌樁處理該淤泥層,通過計算可知8.04mm為該層沉降量,此時總沉降量僅為69.02mm。表明若能打穿該淤泥層,可大幅降低堤基沉降量。基于經(jīng)濟性考慮,在滿足穩(wěn)定性需求的前提下,可采用長短樁布置,僅50%攪拌樁打穿淤泥層,經(jīng)計算,74.87mm為總沉降量,仍可滿足規(guī)范要求。
5 結(jié)束語
綜上所述,隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,我國水利事業(yè)得到了長足發(fā)展。在水利工程建設(shè)中,施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。水泥攪拌樁作為一種新型地基處理方法,因其施工便捷、成本低、加固效果良好等優(yōu)點在水利工程地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。將其用于堤防工程軟土地基處理,可軟弱地基不均勻沉降,提升地基承載力,且具有良好的防滲效果。
參考文獻
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