深層水泥攪拌樁在大型泵站地基處理中-應(yīng)用

1、深層水泥攪拌樁在大型泵站地基處理中-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(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形要求，必須進(jìn)行地基處理。經(jīng)過方案比選，主泵房地基采用水泥攪拌樁處理。檢測(cè)結(jié)果表明，加固后的地基達(dá)到了預(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部分，其修建目的主要是解決枯水年份太湖水位較低時(shí)抽取太

2、湖水向下游上海市供水300m3/s，以改善上海水質(zhì)。主泵房?jī)?nèi)布置6臺(tái)斜15°單機(jī)50m3/s的斜軸泵，底板長(zhǎng)84.87m，寬（順?biāo)鞣较颍?0.45m，采用二機(jī)一縫的布置，泵房底板共分三塊，單塊底板長(zhǎng)度為22.50m。進(jìn)水側(cè)底板底高程-8.05m，出水側(cè)底板底高程-6.45m，底板厚2m。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結(jié)構(gòu)對(duì)地基的強(qiáng)度和變形要求，必須進(jìn)行地基處理。2 工程地質(zhì)條件場(chǎng)地區(qū)地層為巨厚（大于100m）第四紀(jì)河湖相、海相及沼澤相等沉積層，無活動(dòng)斷裂構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，

3、地震基本烈度為度。場(chǎng)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)0.38Mpa-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結(jié)構(gòu)對(duì)地基的強(qiáng)度和變形要求，由于軟土厚度較大，不宜用換（填）土處理。同時(shí)對(duì)層下伏軟弱下臥層需進(jìn)行強(qiáng)度及變形驗(yàn)算。表1    地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)層號(hào)土層名稱土層厚度m濕密度(kN/m3)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(MPa)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)    2007-04-25 &

4、#160;      1粉質(zhì)粘土0.4"3.120.00.7426.719.40.368.62552粉質(zhì)粘土0.3"5.119.40.8430.514.40.689.41503砂壤土0.9"5.219.00.8832.39.2 14.41201輕砂壤土1.5"3.119.00.9033.4  18.9120粉質(zhì)粘土4.4"7.519.00.94    2007-04-25    

5、;    34.813.91.075.3105粉質(zhì)粘土與粉質(zhì)砂壤土互層 18.80.9635.79.2 7.1110粉質(zhì)粘土4.0"6.520.50.6523.520.30.1013.73001重粉質(zhì)粘土0.4"3.019.60.7727.713.50.512.62003泵房地基處理設(shè)計(jì)3.1地基處理方案 泵房地基應(yīng)力計(jì)算以二機(jī)一聯(lián)段作為計(jì)算單元，經(jīng)過計(jì)算，控制工況為完建工況，泵房在控制工況時(shí)基底應(yīng)力最大值為198.9 kPa，最小值為135.3 kPa，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。

6、對(duì)層土進(jìn)行寬度修正以后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為128.96 kPa，亦不能滿足設(shè)計(jì)要求。層下部為層棕黃、灰綠色粉質(zhì)粘土，該土層厚約5.2m，土質(zhì)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，是泵房基礎(chǔ)較好的淺層持力層。設(shè)計(jì)考慮了三個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，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。方案投資比較見表    2007-04-25        2。根據(jù)規(guī)范可知，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

7、機(jī)械攪拌能力的限制，一般不適用于地基承載力設(shè)計(jì)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(jì)值達(dá)128.96 kPa，但經(jīng)過室內(nèi)水泥土試驗(yàn)，層土經(jīng)攪拌以后能達(dá)到很好的加固效果，可滿足設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)過綜合比較，方案三因其投資省、抗?jié)B效果好以及能較好地適應(yīng)地基變形等優(yōu)點(diǎn)而被選為推薦方案。表2     泵房地基處理方案比較表方    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m31441.4268.0鋼筋t282.8混凝土灌注樁混凝土m31950.8314.4鋼筋t160.6深層水泥

8、攪拌樁水泥攪拌樁m37729.4196.43.2地基處理設(shè)計(jì)水泥攪拌樁樁型采用雙頭攪拌樁（斷面為2個(gè)直徑0.7m搭接0.2m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(jì)樁長(zhǎng)6.58.1m，進(jìn)入層持力層0.51m。3.2.1水泥攪拌樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下列二式計(jì)算，并取其中的較小值。                    式中，為強(qiáng)度折減系數(shù)；為樁周土的平均摩擦力；qp為樁端天

9、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(zhǎng)；l為樁長(zhǎng)。根據(jù)本工程的“水泥土檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告”，水泥摻量為15%，齡期為90天的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值由摩擦樁控制確定及樁位布置根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91），復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值式中，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）；m為面積置換率。經(jīng)計(jì)算，面積置換率m=41.2%時(shí)復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa <<1.2其下層土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk=300kPa，經(jīng)修正后的實(shí)體基礎(chǔ)底面的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值R=348.4kPa，PaR

10、，可見在上部荷載作用下下臥土層承載力能滿足要求。    2007-04-25        圖1  水泥攪拌樁布置剖面圖3.2.4泵房基礎(chǔ)地基變形驗(yàn)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(jì)算。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(jì)算：，滿足地基的變形要求。    4成樁試驗(yàn)試驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步了解施工區(qū)域的水文地質(zhì)條件對(duì)攪拌樁施工的影響程度，

11、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(jī)工作電流等施工參數(shù)。4.1水泥土室內(nèi)配合比試驗(yàn)通過水泥土室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入量及水灰比的關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)，在實(shí)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70.7×70.7×70.7mm的標(biāo)準(zhǔn)水泥土試塊,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7天后做水泥土試塊抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2-1示。表中水泥土90d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式qu,7=（0.30.5）qu,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(qiáng)度都滿足達(dá)到90d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度2.31Mpa的30

12、"50%（0.69"1.16Mpa）的要求。表3   水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)序號(hào)水灰比水泥摻入比7d強(qiáng)度qu,7（Mpa）    2007-04-25        qu,7/qu,90（%）10.515%1.356.320.615%1.251.930.715%1.043.34.2成樁試驗(yàn)施工機(jī)械選用SJB-II型深層水泥攪拌機(jī)，水泥摻入比w=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60、0.65分別進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)樁選擇底板外

13、的擴(kuò)散樁，實(shí)際共做試驗(yàn)樁22根，最終確定攪拌樁的施工參數(shù)：（1）       水泥摻入比w=15%，單樁水泥用量不小于200kg/m；（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0.5m/min，預(yù)攪下沉速度0.60.7m/min（不大于2m/min）；（4）      噴漿口噴漿壓力0.4.6Mpa；（5） &#

14、160;    樁尖標(biāo)高按進(jìn)入持力層6土層的深度不小于30cm（可根據(jù)工作電流的變化判斷是否已進(jìn)入持力層）且不得高于-13.1m控制。5深層攪拌樁施工5.1施工機(jī)具及配套機(jī)械共采用6臺(tái)SJB-II型深層攪拌機(jī)同時(shí)施工    2007-04-25        ，每臺(tái)攪拌機(jī)配置灰漿攪拌機(jī)、灰漿泵、電氣控制柜、自動(dòng)流量計(jì)各一臺(tái)及其他輔助設(shè)備。5.2施工工藝（1）       定位：攪拌機(jī)就位

15、、對(duì)中；（2）       預(yù)攪下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土下沉；（3）       制備水泥漿：待攪拌機(jī)開始下沉即可開始按成樁試驗(yàn)確定的配合比制備水泥漿；（4）       噴漿提升：攪拌機(jī)下沉到達(dá)最大深度后，開啟灰漿泵開始噴漿攪拌提升；第一次噴漿量應(yīng)控制在單樁總漿量的50%左右；（5）       重復(fù)攪拌下沉；（6）&#

16、160;      重復(fù)噴漿攪拌提升：攪拌機(jī)提升到樁頂標(biāo)高時(shí)，漿液應(yīng)若有剩余，可在樁身上部1"1.5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(jī)械；（9）       重復(fù)上述步驟，開始下一根樁施工。6施工質(zhì)量控制與檢驗(yàn)6.1施工質(zhì)量控制（1）  

17、0;    基礎(chǔ)底面以上至少留有50cm厚的土層，以保證噴漿攪拌至少高出基礎(chǔ)底板底面高程50cm； （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

18、用自動(dòng)流量計(jì)控制實(shí)際噴漿量；    2007-04-25        （6）       控制噴漿攪拌提升速度，段漿量（l/m）要均勻；（7）       考慮到樁頂與基礎(chǔ)底板接觸部分受力較大，因此對(duì)樁頂1"1.5米范圍應(yīng)加強(qiáng)攪拌，確保樁頭的均勻密實(shí)；（8）       連鎖樁施工時(shí)，相

19、臨樁的施工間隔不得超過24小時(shí)。6.2質(zhì)量檢驗(yàn)（1）       輕便觸探試驗(yàn)按2%的比例共做了40組樁身7天強(qiáng)度的輕便觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)N10擊數(shù)100mm都在30擊以上，大于原狀土平均擊數(shù)14.6擊的兩倍，表明攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。（2）       靜載荷試驗(yàn)采用慢速荷載維持法共做了7組單樁靜載荷試驗(yàn)和6組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)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(jì)要求的660KN；（2）單樁復(fù)合地基承載力大于設(shè)計(jì)要求的最大加荷量380Kpa。表4    單樁靜載荷試驗(yàn)成果匯總表序號(hào)最大加載量（KN）最大沉降（mm）回彈量（mm）回彈率（%）極限承載力（KN）166017.065.1530.19660266024.47    2007-04-25        8.2333