水利工程論文-水泥粉噴樁加固大型水閘地基的實踐和體會.doc

水利工程論文-水泥粉噴樁加固大型水閘地基的實踐和體會摘要：通過水泥粉噴樁加固技術(shù)成功運用于大型水閘的實踐，對設(shè)計與施工作用簡要論述，并結(jié)合工程實踐介紹了設(shè)計應(yīng)注意事項及施工工藝以及保證質(zhì)量的組織技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：水泥粉噴樁攪拌工藝試樁輕便觸探承載力靜載試驗1.概述粉體噴射攪拌法是近二十年來大規(guī)模發(fā)展起來的地基加固處理技術(shù)。該法由瑞典人KieldPaus提出設(shè)想，1974年在瑞典首都斯德哥爾摩以南約十公里處的Hudding首次用石灰粉體噴射攪拌法作為路堤和深基坑邊坡穩(wěn)定措施，并取得成功。我國鐵道部于1984年首次成功運用于廣東省云浮硫鐵礦鐵路專用線軟基加固。水泥粉噴法是利用噴粉樁機，將水泥干粉噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復(fù)合地基，達到提高承載力和減少沉降的目的。該技術(shù)成本低、工效快，曾大量運用于鐵路、建筑工程地基加固，但大型水利工程的運用較為鮮見。何巷閘將該技術(shù)成功運用于地基加固，開辟了一條新路。2.工程設(shè)計2.1工程概況何巷閘是治淮戰(zhàn)略骨干工程懷洪新河的進口控制工程，位于安徽省懷遠縣境內(nèi)淮北大堤渦河圈堤上，屬等1級建筑物，該閘以分洪為主，設(shè)計分洪流量2000m3/s，并兼有蓄水和引水作用，單孔凈寬8m，共分14孔，閘室為鋼筋砼胸墻式結(jié)構(gòu)，底檻高程15.37m，胸墻底高程21.37m，閘室高10.5m，順水流向長20m，閘室上游采用半徑為20m的圓弧型翼墻，下游采用緩變曲線型翼墻，翼墻擋土高度10.5m，采用鋼筋砼格倉式結(jié)構(gòu)。2.2地質(zhì)條件工程位于淮河、渦河沖積平原上，揭露的地層均為淮河、渦河的沖積、淤積層，具有較為典型的河流相沖淤積地層特征（即顆粒質(zhì)結(jié)構(gòu)大致辭上細下粗），從鉆探資料所揭示的地層來看，閘室底板以下地層分布如下：第一層：灰黃色淤質(zhì)重粉質(zhì)壤土，淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑軟塑狀，飽和、高壓縮性，含水量42.8%，干重度12.7KN/m3，孔隙比1.293，液性指數(shù)1.22，天然地基承載能力70Kpa。層底高程10.610.8m，厚約44.5m；第二層：黃、棕色重粉質(zhì)壤土，粉質(zhì)粘土，硬塑狀，中偏低壓縮性，含水量22.4%，干重度16.6KN/m3，孔隙比0.642，液性指數(shù)0.27，天然地基承載能力200Kpa，該層層厚約3m，層底高程7.58.5m；第三層：極細砂、細砂，黃色、中密狀，頂部約1m厚為砂壤土，下部夾有較厚的粉質(zhì)壤土透鏡體，本層已揭露厚度大于16m，天然地基承載能力200Kpa。場地地下水有兩種類型，層地下水為潛水，水位高低主要受大氣降水、河水位影響，雨季稍高，約1819.2m；層以下地下水具有承壓性，第二層重粉質(zhì)壤土為完整的隔水層，據(jù)大范圍地質(zhì)鉆孔資料分析，該層含水與渦河河槽不直接連通，地下水位主要受潛水越流補給，地下水位約17.518.5m。2.3地基處理設(shè)計2.3.1確定方案何巷閘閘室、岸墻及上游翼墻均座落于第一屋淤質(zhì)土層上，天然地基承載能力僅70Kpa，而它們的基底壓力則分別達到了100Kpa、190Kpa和200Kpa，顯然需采取加固措施。設(shè)計中曾考慮了鋼筋砼灌注樁、碎石振沖樁和水泥粉噴樁等方案，認為采用灌注樁需鉆穿第三層隔水層，引起該區(qū)域水文地質(zhì)條件變化，給以后的管理運行帶來復(fù)雜的不定因素；采用碎石振沖樁雖可解決承載力問題，但其抗?jié)B性能差，易產(chǎn)生滲透變形，而本閘防洪期持水水頭差又較大，水泥粉噴樁水僅可以提高地基承載力，抗?jié)B性能好，而且造價低，只要嚴格按設(shè)計要求控制進尺，噴粉量，采用全程復(fù)攪使樁身均勻，同時解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結(jié)合問題，該方案完全可以滿足本閘的承載力和沉降要求。2.3.2設(shè)計計算根據(jù)攪拌樁的作用機理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔建筑物荷載是較為復(fù)雜的問題，目前，可按下列經(jīng)驗公式計算。fsp.k=Rk.m/Ap+(1-m)fskEsp.k=1+m(n-1)Esk式中：fsp.k-復(fù)合地基承載力標準值(kpa)fsk-樁間土承載力標準值(kpa)m-樁土置換率Ap-水泥土樁體橫截面積(m2)-樁間土承載力拆減系數(shù)，樁間為硬土可取0.10.4Rk-單樁豎向承載力(KN)Esp.k-復(fù)合地基壓縮模量(Mpa)Esk-樁間土壓縮模量(Mpa)n-樁土應(yīng)力比通過計算，閘室底板、岸墻及上游翼墻樁土置換率分別為0.196、0.348和0.40，均采用正方形布置，樁徑0.5m，樁距依次為1.0、0.75和0.70m。考慮到水閘岸墻及引堤超載影響，為減少岸墻后引堤超載引起的后仰沉降量，岸墻后另布置三排護樁，其他結(jié)構(gòu)底板輪廓外布置一排護樁。3.施工控制粉噴樁地基加固技術(shù)成本低、工效快，曾大量運用于工民建工程，后因其噴粉量、攪拌均勻性等不易控制，一般重要建筑物特別是水平荷載較大的水利工程均不再推薦采用，何巷閘為大型級水閘，如何保證施工質(zhì)量是該閘地基加固處理的關(guān)鍵所在。3.1工藝性試樁為保證工程樁的成樁質(zhì)量，在正式實施粉噴樁之前，均應(yīng)按設(shè)計確定的初步施工工藝打設(shè)工藝試驗樁。何巷閘工程共布置了10根工藝性試樁，兩根為一組，分別以進入硬土層0.5m和1.0m，半程復(fù)攪和全程復(fù)攪。不同的鉆進速度和提升速度、噴灰時間、鉆機電流等參數(shù)成樁，試樁7天內(nèi)，在攪拌樁d/4位置鉆孔取芯，重點觀察樁底與硬土層結(jié)合面、樁進入硬土層質(zhì)量、樁身的均勻性，最后確定了詳細的成樁工藝：樁身進入下臥硬土層0.5m，此時鉆機電流約65A；鉆進和提升速度不大于1米/分鐘；成樁采用全程復(fù)攪；鉆頭到樁底時原地旋轉(zhuǎn)1分鐘，開啟灰罐，再間隔10秒后，鉆桿提升。工藝性試樁所確定的參數(shù)，為施工、監(jiān)理單位提供了操作性很強的量比指標，為保證工程質(zhì)量提供了可靠的依據(jù)。3.2工程樁施工粉噴樁的質(zhì)量除科學(xué)的設(shè)計作為保證之外，關(guān)鍵還在于施工質(zhì)量，何巷閘為淮北大堤上的級建筑物工程，保證工程質(zhì)量是建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理的共同目標，各參建單位領(lǐng)導(dǎo)也高度重視，在整個實施過程中，施工單位成立了以項目經(jīng)理為組長的地基處理領(lǐng)導(dǎo)小組，監(jiān)理單位全程旁站監(jiān)理，設(shè)計單位長駐工地配合，嚴格按照工藝樁所確定的各種參數(shù)有序施工，克服雨雪天氣，在一個月時間內(nèi)順利完成了4875根粉噴樁施工，經(jīng)對101根樁的抽樣輕便觸探試驗和靜載試驗，施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，達到了預(yù)期目的。3.3.1輕便觸探按照有關(guān)規(guī)范，對不少于2%樁數(shù)進行抽樣檢驗，根據(jù)輕便觸探擊數(shù)(N10)與水泥土強度對比關(guān)系來看，當樁身24h齡期30cm是入度的擊數(shù)N10大于15擊時，可以認為強度已能滿足設(shè)計要求，由于樁身較短(4.0m)，要求進行全程錘擊，在總共101根樁試驗中，其錘擊數(shù)N10均在1624擊之間，滿足規(guī)定要求。3.3.2靜載試驗為更加直觀的檢驗粉噴樁的加固效果，在閘底板范圍內(nèi)抽樣進行了單樁復(fù)合地基、四樁復(fù)合地基垂直承載力靜探試驗，同時進行了樁間土垂直承載力試驗。單樁復(fù)合地基承臺板面積為1.0x1.0m，四樁復(fù)合地基承臺板面積2.0x2.0m，均與設(shè)計置換率相同，加載方法為均勻堆載。試驗結(jié)果為：單樁復(fù)合地基垂直承載力標準值fk138kpa,沉降s=4mm；四樁復(fù)合地基fk120kpa,s=8mm,樁間土fk=72kpa，s=4mm。試驗結(jié)果表明，由于群樁效應(yīng)，四樁復(fù)全地基承載力小于單樁復(fù)合地基，但均已滿足閘室上覆荷載100kpa的要求。4.加固效果何巷閘天然地基承載力僅為70kpa（試驗值為72kpa），而閘室、岸墻及上游翼墻基底壓力分別達100kpa、190kpa和200kpa，盡管基礎(chǔ)下臥壓縮層不厚，但天然地基沉降量理論計算值分別達到了30mm、141.2mm和155mm，閘室與岸墻沉降差高達110mm，將嚴重影響閘門的開啟和封水效果。何巷閘完工近三年，采用粉噴樁加固后，經(jīng)沉降觀測，閘室最大沉降量為13mm，岸墻為18mm，閘室與岸墻沉降差僅為5mm，且從沉降曲線分析，已趨于穩(wěn)定，超預(yù)期達到了加固效果。5結(jié)語與體會粉噴樁是一種高效、經(jīng)濟和安全的地基處理技術(shù)，不僅可用于一般工民建和交通工程，也可用于大型水利工程，設(shè)計和施工中應(yīng)注意以下幾點：5.1適當?shù)貙訔l件擬加固的軟土地層厚度一般應(yīng)小于10m，且下臥硬土層天然地基承載能力以大于150kpa為宜，樁底進入硬土層的深度應(yīng)視硬土層含水量、強度、通過工藝樁取樣試驗確定，務(wù)必保證硬土層內(nèi)樁體攪拌均勻、固結(jié)良好和樁尖與硬土層的良好接觸，絕非進入硬土層越深越佳，避免因硬土層內(nèi)含水量過小，固結(jié)差而導(dǎo)致削弱樁體強度。5.2樁身均勻控制一般操作規(guī)程規(guī)定，粉噴樁復(fù)攪深度為1/2樁長或1/3樁長，從工藝樁取芯結(jié)果看，一次噴粉提升成樁樁體水泥土攪拌均勻性差，“干層”現(xiàn)象嚴重，影響了樁身強度，為保證樁身均勻性應(yīng)采用全程復(fù)攪工藝成樁。5.3鉆桿提升時間為保證樁尖成樁質(zhì)量，鉆至樁底后，鉆機應(yīng)在原地旋轉(zhuǎn)12分鐘，打開灰罐后，應(yīng)使粉體水泥從噴咀噴粉后才能提升，水泥干粉從鉆口到噴咀的時間與連接兩者的皮管長度和空氣壓力有關(guān)，應(yīng)由試驗確定。5.4護樁粉噴樁為復(fù)合地基，其加固范圍不能局限于基礎(chǔ)輪