1、深層水泥攪拌樁在大型泵站地基處理中的應(yīng)用摘要：太浦河泵站工程主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強度較低，不能滿足泵房對地基的強度和變形要求，必須進展地基處理。經(jīng)過方案比選，主泵房地基采用水泥攪拌樁處理。檢測結(jié)果說明，加固后的地基到達了預(yù)期的效果。關(guān)鍵詞：地基處理水泥攪拌樁單樁承載力單樁復(fù)合地基承載力1概述太浦河泵站位于江蘇省吳江市太浦河上已建的太浦閘南側(cè)，是太浦河工程的重要組成局部，其修建目的主要是解決枯水年份太湖水位較低時抽取太湖水向下游上海市供水3003/s，以改善上海水質(zhì)。主泵房內(nèi)布置6臺斜15單機503/s的斜軸泵，底板長84.87，寬順?biāo)鞣较?0.45，采用二機一縫的布置，泵房底板共

2、分三塊，單塊底板長度為22.50。進水側(cè)底板底高程-8.05，出水側(cè)底板底高程-6.45，底板厚2。安裝間布置在泵房的北端，在泵房的南端布置一座35kV變電站。主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土層物理力學(xué)指標(biāo)較低，天然地基無法滿足泵房上部構(gòu)造對地基的強度和變形要求，必須進展地基處理。2工程地質(zhì)條件場地區(qū)地層為巨厚大于100第四紀(jì)河湖相、海相及沼澤相等沉積層，無活動斷裂構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，地震根本烈度為度。場地區(qū)土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。泵房建基于層土上，層為灰色粉質(zhì)粘土，標(biāo)貫擊數(shù)小于4，壓縮系數(shù)0.38pa-1，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為105Kpa，且層屬高中壓縮性土，天然地基不能滿足泵房上部構(gòu)造

3、對地基的強度和變形要求，由于軟土厚度較大，不宜用換填土處理。同時對層下伏軟弱下臥層需進展強度及變形驗算。表1地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)層號土層名稱土層厚度濕密度(kN/3)天然孔隙比天然含水量(%)塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL壓縮模量(Pa)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)1粉質(zhì)粘土0.43.120.00.7426.719.40.368.62552粉質(zhì)粘土0.35.119.40.8430.514.40.689.41503砂壤土0.95.219.00.8832.39.214.41201輕砂壤土1.53.119.00.9033.418.9120粉質(zhì)粘土4.47.519.00.9434.813.91.075.31

4、05粉質(zhì)粘土與粉質(zhì)砂壤土互層18.80.9635.79.27.1110粉質(zhì)粘土4.06.520.50.6523.520.30.1013.73001重粉質(zhì)粘土0.43.019.60.7727.713.50.512.62003泵房地基處理設(shè)計3.1地基處理方案泵房地基應(yīng)力計算以二機一聯(lián)段作為計算單元，經(jīng)過計算，控制工況為完建工況，泵房在控制工況時基底應(yīng)力最大值為198.9kPa，最小值為135.3kPa，平均地基應(yīng)力為167.1kPa，超過層土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。對層土進展寬度修正以后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為128.96kPa，亦不能滿足設(shè)計要求。層下部為層棕黃、灰綠色粉質(zhì)粘土，該土層厚約5.2，土質(zhì)

5、均一，呈硬塑狀態(tài)，屬中壓縮性土，其地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為300kPa，是泵房根底較好的淺層持力層。設(shè)計考慮了三個方案進展技術(shù)和經(jīng)濟比擬，方案一：預(yù)制鋼筋混凝土方樁方案；方案二：灌注樁方案；方案三：水泥攪拌樁方案。方案投資比擬見表2。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可知，水泥攪拌樁一般適用于軟弱粘性土和粉性土地基，由于受攪拌機械攪拌才能的限制，一般不適用于地基承載力設(shè)計值大于120kPa的粘性土和粉性土，而層灰色粉質(zhì)粘土經(jīng)寬深修正，其承載力設(shè)計值達128.96kPa，但經(jīng)過室內(nèi)水泥土試驗，層土經(jīng)攪拌以后能到達很好的加固效果，可滿足設(shè)計的要求。經(jīng)過綜合比擬，方案三因其投資盛抗?jié)B效果好以及能較好地適應(yīng)地基變形等優(yōu)點而被選為推薦

6、方案。表2泵房地基處理方案比擬表方案名稱單位主要工程量投資(萬元)預(yù)制鋼筋混凝土方樁混凝土31441.4268.0鋼筋t282.8混凝土灌注樁混凝土31950.8314.4鋼筋t160.6深層水泥攪拌樁水泥攪拌樁37729.4196.43.2地基處理設(shè)計水泥攪拌樁樁型采用雙頭攪拌樁斷面為2個直徑0.7搭接0.2的復(fù)合樁，固化劑采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量選用15%，設(shè)計樁長6.58.1，進入層持力層0.51。3.2.1水泥攪拌樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定根據(jù)?建筑地基處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?JGJ79-91，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按以下二式計算，并取其中的較小值。式中，為強度折減系數(shù)；為室內(nèi)加固土

7、試塊的無側(cè)限抗壓強度平均值；Ap為樁的截面積；為樁周土的平均摩擦力；qp為樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)；Up為樁周長；l為樁長。根據(jù)本工程的“水泥土檢測試驗報告，水泥摻量為15%，齡期為90天的水泥土無側(cè)限抗壓強度=2.31Pa，樁長考慮伸入持力層0.81，經(jīng)計算，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值由摩擦樁控制=322.8kN。3.2.2復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定及樁位布置根據(jù)?建筑地基處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?JGJ79-91，復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值由下式計算：式中，fs,k為樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值；為樁間土承載力折減系數(shù)本工程取0.1；為面積置換率。經(jīng)計算，面積置換率=41.2

8、%時復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值=196kPa。根據(jù)泵房地基應(yīng)力分析，平均地基應(yīng)力kPa，最大地基應(yīng)力1.2=235.2kPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。布置水泥攪拌樁時考慮了群樁橫截面的重心和荷載合力作用點一致的原那么，在泵房的上游側(cè)，樁中心間距為1.21.4，在下游側(cè)樁中心間距為1.21.525。考慮泵房地基的抗?jié)B要求，上、下游側(cè)第一排水泥攪拌樁布置成連續(xù)壁狀，搭接0.2，在主泵房地基外圍布置了應(yīng)力擴散樁。樁位布置剖面圖見圖1。在施工圖階段，對泵房集水井布置進展了優(yōu)化。集水井由原來的大開挖方案優(yōu)化為水泥攪拌樁垂直支護方案，集水井采用垂直開挖，一方面節(jié)約了土建工程量，另一方面，臨近集水井的工作面由斜坡面改為程

9、度面，方便了工程施工。3.2.3下臥層地基驗算因水泥攪拌樁置換率較大且為摩擦樁型，因此按群樁作用的原理，對下臥層地基進展驗算。驗算時將攪拌樁和樁間土視為一個假想的實體根底，考慮假想實體根底側(cè)面與土的摩擦力，驗算假想根底底面的承載力。加固地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rsp采用控制工況的平均地基應(yīng)力167.1kPa，實體根底的水下容重取8.8kN/3，經(jīng)計算假想根底底面的應(yīng)力Pa=217.35kPa。其下層土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk=300kPa，經(jīng)修正后的實體根底底面的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值R=348.4kPa，PaR，可見在上部荷載作用下下臥土層承載力能滿足要求。圖1水泥攪拌樁布置剖面圖3.2.4泵房根底地基變

10、形驗算泵房地基最終沉降量由復(fù)合土層的壓縮變形值S1和樁端以下未處理土層的壓縮變形值S2組成。S1按下式計算。式中，p為樁群體頂面的平均附加應(yīng)力；p為樁群體底面土的附加壓力；E為樁群體的變形模量；為加固地基的深度。樁端以下未經(jīng)處理土層的壓縮變形值S2按下式計算：式中，e1i、e2i為根底底面以下第i層土在平均自重應(yīng)力及平均自重應(yīng)力加平均附加應(yīng)力作用下由壓縮曲線查得的相應(yīng)孔隙比；hi根底底面以下第i層土的厚度。經(jīng)計算，控制工況時S1=1.2、S2=8.22，泵房的最終沉降量S=S1+S2=9.42，小于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議的沉降量控制范圍1015，滿足地基的變形要求。4成樁試驗試驗的目的是為了進一步理解施

11、工區(qū)域的水文地質(zhì)條件對攪拌樁施工的影響程度，并確定如水泥漿的配合比、攪拌提升速度、復(fù)攪深度、注漿壓力及電機工作電流等施工參數(shù)。4.1水泥土室內(nèi)配合比試驗通過水泥土室內(nèi)配合比試驗確定水泥土無側(cè)限抗壓強度與水泥摻入量及水灰比的關(guān)系。試驗時，在實地取5層土樣和拌和水，按水泥摻入比15%、水灰比0.5、0.6、0.7分別制作70.770.770.7的標(biāo)準(zhǔn)水泥土試塊,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護7天后做水泥土試塊抗壓試驗。試驗結(jié)果如表2-1示。表中水泥土90d無側(cè)限抗壓強度根據(jù)經(jīng)歷公式qu,7=0.30.5qu,90推算得到。由表2-1可知，三種不同水灰比的水泥土7d無側(cè)限抗壓強度都滿足到達90d標(biāo)準(zhǔn)強度2.31

12、pa的3050%0.691.16pa的要求。表3水泥土無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果統(tǒng)計序號水灰比水泥摻入比7d強度qu,7paqu,7/qu,90%10.515%1.356.320.615%1.251.930.715%1.043.34.2成樁試驗施工機械選用SJB-II型深層水泥攪拌機，水泥摻入比=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60、0.65分別進展試驗。試驗樁選擇底板外的擴散樁，實際共做試驗樁22根，最終確定攪拌樁的施工參數(shù)：1水泥摻入比=15%，單樁水泥用量不小于200kg/；2漿液比重不小于1.755kg/l，水灰比約為0.65；3噴漿提升速度不大于0.5/in，預(yù)攪下沉速度0.60

13、.7/in不大于2/in；4噴漿口噴漿壓力0.4.6pa；5樁尖標(biāo)高按進入持力層6土層的深度不小于30可根據(jù)工作電流的變化判斷是否已進入持力層且不得高于-13.1控制。5深層攪拌樁施工5.1施工機具及配套機械共采用6臺SJB-II型深層攪拌機同時施工，每臺攪拌機配置灰漿攪拌機、灰漿泵、電氣控制柜、自動流量計各一臺及其他輔助設(shè)備。5.2施工工藝1定位：攪拌機就位、對中；2預(yù)攪下沉：啟動攪拌機電機，放松卷揚機鋼絲繩，使攪拌機沿導(dǎo)向架切土下沉；3制備水泥漿：待攪拌機開場下沉即可開場按成樁試驗確定的配合比制備水泥漿；4噴漿提升：攪拌機下沉到達最大深度后，開啟灰漿泵開場噴漿攪拌提升；第一次噴漿量應(yīng)控制在

14、單樁總漿量的50%左右；5重復(fù)攪拌下沉；6重復(fù)噴漿攪拌提升：攪拌機提升到樁頂標(biāo)高時，漿液應(yīng)假設(shè)有剩余，可在樁身上部11.5米范圍內(nèi)重新攪拌噴漿；不得出現(xiàn)攪拌頭未到樁頂，漿液已噴完的現(xiàn)象；7上下往返復(fù)攪一次；8關(guān)閉機械；9重復(fù)上述步驟，開場下一根樁施工。6施工質(zhì)量控制與檢驗6.1施工質(zhì)量控制1根底底面以上至少留有50厚的土層，以保證噴漿攪拌至少高出根底底板底面高程50；2施工期間應(yīng)控制地下水位高程低于操作面2米以上；3預(yù)攪充分，以利于土和水泥漿均勻攪拌；4嚴(yán)格按預(yù)定配合比配置水泥漿液，并定期抽查；5保證足夠的注漿壓力；必須使用自動流量計控制實際噴漿量；6控制噴漿攪拌提升速度，段漿量l/要均勻；7

15、考慮到樁頂與根底底板接觸局部受力較大，因此對樁頂11.5米范圍應(yīng)加強攪拌，確保樁頭的均勻密實；8連鎖樁施工時，相臨樁的施工間隔不得超過24小時。6.2質(zhì)量檢驗1輕便觸探試驗按2%的比例共做了40組樁身7天強度的輕便觸探試驗，試驗指標(biāo)N10擊數(shù)100都在30擊以上，大于原狀土平均擊數(shù)14.6擊的兩倍，說明攪拌樁的現(xiàn)場強度到達了設(shè)計要求。2靜載荷試驗采用慢速荷載維持法共做了7組單樁靜載荷試驗和6組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗。試驗結(jié)果顯示：1單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于667KN，大于設(shè)計要求的660KN；2單樁復(fù)合地基承載力大于設(shè)計要求的最大加荷量380Kpa。表4單樁靜載荷試驗成果匯總表序號最大加載量

16、KN最大沉降回彈量回彈率%極限承載力KN166017.065.1530.19660266024.478.2333.6366036609.033.4938.6566046608.343.9947.84660566039.336.74179111.1618.03660779219.165.6129.28792表5單樁復(fù)合地基靜載荷試驗成果匯總表序號最大加載量KN最大沉降回彈量回彈率%極限承載力KN170017.508.2046.86700264013.906.4546.40640370012.315.9148.01700470024.277.1129.30700564037.368.5222.4464066409.047.2179.76640注：1、底板上、下游單樁承載面積分別為1.41.2和1.5