水泥搅拌桩在水利工程中的运用

　　1定义
　　水泥搅拌桩是软基处理的一种有效形式，它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基，以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的[1]。
　　2适用范围
　　该工艺主要用于软土地基的处理。适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉性土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30%、大于70%或地下水的pH小于4时不宜采用干法；当用于处理有机质土、塑性指数Ip大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时及无工程经验的地区，必须通过现场试验来确定其适用性。
　　3软土地基的特点及危害
　　软土主要是指滨海相、三角洲相和湖沼相沉积的淤泥质土或者是具有高灵敏度、高压缩性、低强度的其他类型土，其多数属于高液限的细粒土，一般在静水或者缓流环境中沉积下来并经生物化学作用后形成的。软土在我国沿海地区分布较广，而归属于长江三角洲的上海就是软土地区的典型代表。软土的天然含水率一般大于液限且孔隙比大于1，当天然孔隙比大于1.5时为淤泥，天然孔隙比大于1，小于1.5时为淤泥质土。正因为软土具有高含水率、高压缩性、高灵敏度、低强度等特性，容易导致加载后变形大或者产生滑动破坏等问题。
　　4水泥搅拌桩的优点
　　水泥搅拌桩的优点：
　　（1）施工时无振动、噪声及污染，且不会对周边地基产生侧挤效应，所以对周围现有建筑物影响很小，可在市区内和密集建筑群中进行施工；
　　（2）可根据上部结构的特点和对地基承载力及变形的要求，灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固方法；
　　（3）水泥搅拌桩将固化剂和地基软土就地搅拌混合，充分地利用了原土和地下水，且不需另加水分；
　　（4）水泥搅拌桩形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基、围护挡墙、被动区加固、防渗帷幕、洞门加固等。
　　（5）与钢筋混凝土桩相比，能节省大量钢材从而降低工程造价。
　　5水泥搅拌桩的设计
　　水泥搅拌桩设计主要是确定桩长、置换率及水泥掺量。水泥一般采用强度等级为32.5级及以上的水泥，对于单、双轴水泥搅拌桩的水泥掺量的取值范围一般为13%~15%，而对于三轴水泥搅拌桩的水泥掺量的取值范围一般为20%~22%。对于湿法中的单、双轴水泥搅拌桩加固深度一般不大于20m，三轴水泥搅拌桩加固深度一般不大于35m，而干法的加固深度一般不大于15m，其桩径不小于500mm。通过上部结构对承载能力及变形要求来确定竖向水泥搅拌桩的长度及置换率，并且最好穿透软弱土层至承载力相对高的土层。竖向水泥搅拌桩的单桩极限承载力或复合地基承载力标准值应该通过现场载荷试验来确定，对于初设时可通过单桩极限承载力或复合地基承载力计算公式来估算，并且应该满足由桩身材料强度确定的承载力不小于由桩周土所提供的承载力[1]。
　　6工程应用实例
　　6.1实例一
　　闵行区沙溪圩区茜浦泾泵闸位于茜浦泾支河入六磊塘河口处，泵闸底板底高程为-1.50m，位于灰色砂质粉土上，按该层作为持力层，经计算，所有工况下泵闸抗滑、抗浮、地基不均匀系数以及地基承载力均满足规范要求。但是泵闸持力层下存在软弱下卧层灰色淤泥质黏土，同时基础下持力层厚度与基础宽度之比小于0.5且大于0.25，故需考虑软弱下卧层的影响。根据地质报告提供的淤泥质黏土层土的允许承载力[R] 50kPa，经复核，地基允许承载力[R＂] 66.6kPa，小于地基压应力，不满足地基承载力要求。故需要对泵闸基础进行加固处理，经计算，泵闸底板基础采用桩径为700mm，桩间距1.50m，桩长为6.0m的水泥搅拌桩后，地基承载力大于地基压应力，满足规范要求，地基沉降量为45mm，小于允许值150mm，也满足规范要求。同时泵闸基础位于灰色砂质粉土，在水力作用下，砂质粉土极易产生流沙、管涌等不利地质条件，故在底板上下游段采用密排桩径700mm，桩长为6.0m的水泥搅拌桩。
　　6.2实例二
　　静安区徐家宅河泵闸位于徐家宅河入东茭泾河口处，泵闸北侧为国药集团医药物流有限公司，南侧为DS4S店，两侧建筑物离泵闸距离均约为9m。泵闸地面高程约4.2m，其主体结构基础底高程-0.80m，由此可知，基坑深度约5.0m，由于两侧建筑物对基础的沉降及位移要求较高，所以本工程对基坑采取围护措施。根据DG/TJ08-61—2010《基坑工程设计规范》的规定，基坑工程安全等级为三级，环境保护等级为三级。设计采用SMW工法支护结构型式，设计原地面按1 2.0坡开挖至4.0m，设1排水沟，采用准850mm，间距650mm，桩长L=12m的三轴水泥搅拌桩支护，插二跳一设置H700mm 300mm型钢，桩顶设C30钢筋混凝土冠梁（1200mm 800mm），采用直径609mm钢管撑。
　　7水泥搅拌桩施工
　　7.1施工注意事项
　　施工注意事项包括以下几方面：
　　（1）施工准备。施工现场要先前做场地要整平，清除地上和地下的所有障碍物，在有明浜或者有坑洼的地方应先清淤再回填黏性土并夯实。所有机械都要合理布置，保证机械的性能。
　　（2）成桩试验。施工前应该根据设计要求做成桩试验，数量不得小于2根，以确定各项施工参数。
　　（3）施工注重点。主要是工艺流程控制，在水泥搅拌桩开钻之前确保所有管道都干净，不能有堵塞，所有施工都要符合规范要求，每根桩柱水泥用量，搅拌时间等都要严格控制。
　　7.2施工质量控制及质量检验
　　7.2.1质量控制。质量控制从以下几个方面进行：
　　（1）浆液拌制必须按预定配合比进行，拌制好的浆液应无离析现象，且放置时间不宜超过2h；
　　（2）泵送前，应保持管路处于潮湿状态以便浆液顺利输入，现场施工时应对浆液拌制、泵送全程进行记录；
　　（3）施工中供浆必须连续，如果因不可抗因素停浆，为避免断桩，应将喷浆搅拌机放置在停浆面以下1.0m处，等供浆回复正常后再喷浆提升；
　　（4）喷浆施工过程中，搅拌机施工至地面以下2m左右时提升速度应减慢；停浆面应高于桩顶设计标高500mm；
　　（5）施工时如果喷浆量不足使得该桩失去设计功效时，须在旁边补一根新桩，补桩施工与其他桩的施工质量相同；
　　（6）施工结束并经检验合格后，方可进行下一道工序。7.2.2质量检验。质量检验包括以下几个方面：
　　（1）质检项目。其中主控项目包括水泥及外掺剂等原料的质量、水泥掺量和浆液配比、提升喷浆速度、桩体强度、地基承载力；一般项目包括桩顶和桩底标高、桩位偏差、桩径、垂直度及搭接长度。
　　（2）无侧限抗压强度试验。可在桩头截取试块或钻取桩芯做无侧限抗压强度试验，宜在桩顶以下1m处钻取，每单元检测数量不小于3根桩。水泥土试块的龄期：基础桩90d，支护桩28d；无侧限抗压强度不应低于设计值。
　　（3）承载力检验。承载力检验可用单桩或复合地基载荷试验方法检验。荷载试验应在成桩28d后进行，检验点的数量不小于总桩数的1%，且每单元不得少于3点，承载力不应低于设计值。
　　8结语
　　可靠、耐久性好等优点，是一种经济、有效的软土地基处理方法，值得广泛推广应用。
　　参考文献
　　[1]唐旭东,方萍.小议水利工程中软基处理的水泥搅拌桩施工技术[J].中国新技术新产品,2011
　　(2):63.