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摘要:在水闸工程施工中，软土地基的加固是重点也是难点。水泥搅拌桩施工技术适用于处理软土，特别是在水利工程方面，处理效果显著。本文结合水泥搅拌桩工作机理，以水闸工程软基加固为例，探讨了施工具体情况及质量控制，实践表明，该法很好解决了水闸施工中软基加固问题。
关键词: 水泥搅拌桩；水闸；软基处理；施工；试验
一直以来，水闸都是水利工程中的重点建筑物工程。但是在广东珠江三角洲地区及沿海区域,软弱土地基分布很广,地基强度及承载力很低。在该地区修建水闸，软土地基处理是一个非常突出的问题。水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和,使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土,处理效果显著,处理后可很快投入使用。因此，水泥搅拌桩是水闸施工中常见的软基加固方法之一。
1工程概况
某水闸工程属Ⅲ级中型水闸工程，闸室共6孔(9m×6=54m)，总净宽54m，闸室结构为钢筋混凝土两孔一联山型结构，底板尺寸21．5m×18m；液压启闭平面钢闸门，设计流量280m3/s；闸上设有7m宽、汽车荷载20t级的交通桥。
据该工程地质钻孔资料，土层变化基本情况为:第1层:素填土。厚度为1．0m～3．5m，层底高程为1．2m～－0．2m(珠基)；第2层:全新世时期河流冲淤土。厚度为3．3m～10．6m，层底高程为－5．2m～－9．8m；第3层:粉质粘土－粉土。厚度变化大，为0．9m～13．0m，层底高程起伏也很大，为－7．3m～－19．4m；第4层:粉土。厚度为0．8m～12．2m，层底高程为－11．8m～＞－27．9m；第5層:灰岩。层顶高程－7．3m＞～－27．9m，高差起伏甚大，南北向起伏比东西向起伏大。
2试验桩施工情况
基础原设计采用D400混凝土预应力管桩，试桩发现，预制桩一进入岩层尚未达到收锤标准，4根试验桩均发生偏移现象，桩中心最大偏移250mm，桩中心最少偏移150mm，未能达到规范要求。造成此现象的主要原因是基岩高差起伏甚大，桩尖一接触坚硬的石灰岩产生滑移。后经业主、设计单位、监理单位商量决定，改为水泥搅拌桩基础，采用D550水泥搅拌桩。搅拌桩呈梅花形布置，桩距1200mm，设计桩长5．5m～10．1m，搅拌桩上端为21．5m×18m，C20混凝土底板厚1m，上部结构为C20墩墙，高7．2m。桩基水泥搅拌桩1157根，总进尺7770m。
为了摸清水泥搅拌桩的特性，于当天进场了1台PH－5A型搅拌桩机，按照常规的搅拌桩施工数据(水灰比0．5，水泥掺入量75kg/m)，于次日施工了4条试验桩(根据地质情况自西向东编号)，并于7d龄期时简易触探试验，结果试验桩的部分深度低于设计要求的40击。
试验结果表明，按常规经验施工的部分试验桩达不到设计要求，并且强度不足，主要分布在搅拌桩上部0～1．5m的范围中。经过对比地质资料分析，主要原因如下:
(1)根据地质资料显示4#桩位于水闸东部，建基面土层为淤泥质粉质粘土，以淤泥为主，局部淤泥质土，黑灰色，以细粒土为主，含有机质，夹含腐殖质、粉砂，呈流塑状、高压缩。天然含水量一般为67．3%～92．9%。该土层与水泥浆液搅拌后，物理～化学作用较慢。其它试验桩建基面土层为淤质粉砂，土层与水泥浆液搅拌后，物理～化学作用较快，能满足设计要求。
(2)在搅拌桩上部2m范围内，由于侧限减少及基坑排水原因，容易造成水泥浆液扩散，造成局部强度偏低。
(3)水泥浆泵站离深层搅拌机较远，水平距离大于100m。通过对照地质资料分析认为，要达到设计要求，同时又不造成浪费，须对改进成桩的工艺及进行现场试验配比。
3成桩方法的改进和施工控制
根据试验结果，如果要达到设计要求，必须改进成桩的工艺，在此基础上分析了影响成桩的关键要素，有区别做了编号为5#、6#、7#、8#(自西向东编号)的第2批试验桩。其成桩要点如下:
(1)提高桩体上部2m的水泥掺入量。水闸东面底板基础为淤泥质粉质粘土，搅拌桩上部2m范围内水泥掺入量提高20%，水泥掺入量提高为90kg/m。
(2)加入外加剂(早强剂)有利于减少水泥在高含水量淤泥层中的扩散，7#、8#桩加入三乙醇胺，用量为水泥含量的0．5%。
(3)调整水灰比。水灰比由原来的0．5降为0．45。
(4)校正喷浆口位置。将搅拌叶片的喷浆口位置校正到搅拌轴中心线1/3位置处，使水泥浆更集中。
(5)严格管理。搅拌系统采用两级搅拌，一搅浆池，一输浆池，保证水灰比的稳定。搅拌灰浆时，应先加水，然后按水泥、减水剂、石膏顺序投料，每次灰浆搅拌时间不得少于2min，应将水泥浆充分拌匀。水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，必须过滤筛，把水泥硬块剔出。严格控制提升速度，提升速度不得大于0．8m/min。全线交接手续明确，全过程进行严格的技术监督。
(6)在搅拌桩上部2m范围内，由重复搅拌2次改为3次，提高土体与水泥浆液的拌和均匀性。
(7)在水泥浆泵站离深层搅拌机应小于50m，越近越好。
4 2次试验桩检测结果
2次试验桩施工完毕后1周立即进行了简易触探试验，结果见表1。
表1 水泥搅拌桩触探试验成果
表1试验结果全部符合设计要求。为深入直观了解搅拌桩的桩体情况，在30d龄期时进行了34#、67#桩的抽芯试验，结果岩芯完整。抽芯试验结果见表2。
表2 水泥搅拌桩抽芯试验成果
表2表明，无侧限抗压强度达到设计要求的1．2MPa。根据上述结果，采用了75～90kg/m水泥渗入量，外加0．5%乙醇胺，水灰比为0．45的水泥搅拌桩施工。施工完毕后，共抽查了46根搅拌桩进行简易触探，其简易触探抽芯试验结果全部符合设计要求。搅拌桩龄期达到30d后，立即进行底板及上部结构施工，并在底板的4个角点(通水后移至闸墩)设立沉降观测点，观测结果(观测至水闸通水后1年，见表3)累积最大沉降不大于30mm，达到设计规范要求。
表3 水泥搅拌桩沉降观察成果
5 结束语
实践证明，在水闸工程施工中运用水泥搅拌桩处理软基是成功的，试验表明多方面指标均能满足设计要求，达到预期的目标。随着水利工程建设的进一步加快，水泥搅拌桩技术的应用将更为广泛。
参考文献
[1] 关国青，水泥搅拌桩在水口水闸高翼墙软基加固中的应用[J]甘肃水利水电技术，2003.02
[2] 梁春梅，浅谈水泥搅拌桩在水闸工程软基处理中的应用[J]科技信息，2011.11
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 水泥搅拌桩；水闸；软基处理；施工；试验
一直以来，水闸都是水利工程中的重点建筑物工程。但是在广东珠江三角洲地区及沿海区域,软弱土地基分布很广,地基强度及承载力很低。在该地区修建水闸，软土地基处理是一个非常突出的问题。水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和,使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土,处理效果显著,处理后可很快投入使用。因此，水泥搅拌桩是水闸施工中常见的软基加固方法之一。
1工程概况
某水闸工程属Ⅲ级中型水闸工程，闸室共6孔(9m×6=54m)，总净宽54m，闸室结构为钢筋混凝土两孔一联山型结构，底板尺寸21．5m×18m；液压启闭平面钢闸门，设计流量280m3/s；闸上设有7m宽、汽车荷载20t级的交通桥。
据该工程地质钻孔资料，土层变化基本情况为:第1层:素填土。厚度为1．0m～3．5m，层底高程为1．2m～－0．2m(珠基)；第2层:全新世时期河流冲淤土。厚度为3．3m～10．6m，层底高程为－5．2m～－9．8m；第3层:粉质粘土－粉土。厚度变化大，为0．9m～13．0m，层底高程起伏也很大，为－7．3m～－19．4m；第4层:粉土。厚度为0．8m～12．2m，层底高程为－11．8m～＞－27．9m；第5層:灰岩。层顶高程－7．3m＞～－27．9m，高差起伏甚大，南北向起伏比东西向起伏大。
2试验桩施工情况
基础原设计采用D400混凝土预应力管桩，试桩发现，预制桩一进入岩层尚未达到收锤标准，4根试验桩均发生偏移现象，桩中心最大偏移250mm，桩中心最少偏移150mm，未能达到规范要求。造成此现象的主要原因是基岩高差起伏甚大，桩尖一接触坚硬的石灰岩产生滑移。后经业主、设计单位、监理单位商量决定，改为水泥搅拌桩基础，采用D550水泥搅拌桩。搅拌桩呈梅花形布置，桩距1200mm，设计桩长5．5m～10．1m，搅拌桩上端为21．5m×18m，C20混凝土底板厚1m，上部结构为C20墩墙，高7．2m。桩基水泥搅拌桩1157根，总进尺7770m。
为了摸清水泥搅拌桩的特性，于当天进场了1台PH－5A型搅拌桩机，按照常规的搅拌桩施工数据(水灰比0．5，水泥掺入量75kg/m)，于次日施工了4条试验桩(根据地质情况自西向东编号)，并于7d龄期时简易触探试验，结果试验桩的部分深度低于设计要求的40击。
试验结果表明，按常规经验施工的部分试验桩达不到设计要求，并且强度不足，主要分布在搅拌桩上部0～1．5m的范围中。经过对比地质资料分析，主要原因如下:
(1)根据地质资料显示4#桩位于水闸东部，建基面土层为淤泥质粉质粘土，以淤泥为主，局部淤泥质土，黑灰色，以细粒土为主，含有机质，夹含腐殖质、粉砂，呈流塑状、高压缩。天然含水量一般为67．3%～92．9%。该土层与水泥浆液搅拌后，物理～化学作用较慢。其它试验桩建基面土层为淤质粉砂，土层与水泥浆液搅拌后，物理～化学作用较快，能满足设计要求。
(2)在搅拌桩上部2m范围内，由于侧限减少及基坑排水原因，容易造成水泥浆液扩散，造成局部强度偏低。
(3)水泥浆泵站离深层搅拌机较远，水平距离大于100m。通过对照地质资料分析认为，要达到设计要求，同时又不造成浪费，须对改进成桩的工艺及进行现场试验配比。
3成桩方法的改进和施工控制
根据试验结果，如果要达到设计要求，必须改进成桩的工艺，在此基础上分析了影响成桩的关键要素，有区别做了编号为5#、6#、7#、8#(自西向东编号)的第2批试验桩。其成桩要点如下:
(1)提高桩体上部2m的水泥掺入量。水闸东面底板基础为淤泥质粉质粘土，搅拌桩上部2m范围内水泥掺入量提高20%，水泥掺入量提高为90kg/m。
(2)加入外加剂(早强剂)有利于减少水泥在高含水量淤泥层中的扩散，7#、8#桩加入三乙醇胺，用量为水泥含量的0．5%。
(3)调整水灰比。水灰比由原来的0．5降为0．45。
(4)校正喷浆口位置。将搅拌叶片的喷浆口位置校正到搅拌轴中心线1/3位置处，使水泥浆更集中。
(5)严格管理。搅拌系统采用两级搅拌，一搅浆池，一输浆池，保证水灰比的稳定。搅拌灰浆时，应先加水，然后按水泥、减水剂、石膏顺序投料，每次灰浆搅拌时间不得少于2min，应将水泥浆充分拌匀。水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，必须过滤筛，把水泥硬块剔出。严格控制提升速度，提升速度不得大于0．8m/min。全线交接手续明确，全过程进行严格的技术监督。
(6)在搅拌桩上部2m范围内，由重复搅拌2次改为3次，提高土体与水泥浆液的拌和均匀性。
(7)在水泥浆泵站离深层搅拌机应小于50m，越近越好。
4 2次试验桩检测结果
2次试验桩施工完毕后1周立即进行了简易触探试验，结果见表1。
表1 水泥搅拌桩触探试验成果
表1试验结果全部符合设计要求。为深入直观了解搅拌桩的桩体情况，在30d龄期时进行了34#、67#桩的抽芯试验，结果岩芯完整。抽芯试验结果见表2。
表2 水泥搅拌桩抽芯试验成果
表2表明，无侧限抗压强度达到设计要求的1．2MPa。根据上述结果，采用了75～90kg/m水泥渗入量，外加0．5%乙醇胺，水灰比为0．45的水泥搅拌桩施工。施工完毕后，共抽查了46根搅拌桩进行简易触探，其简易触探抽芯试验结果全部符合设计要求。搅拌桩龄期达到30d后，立即进行底板及上部结构施工，并在底板的4个角点(通水后移至闸墩)设立沉降观测点，观测结果(观测至水闸通水后1年，见表3)累积最大沉降不大于30mm，达到设计规范要求。
表3 水泥搅拌桩沉降观察成果
5 结束语
实践证明，在水闸工程施工中运用水泥搅拌桩处理软基是成功的，试验表明多方面指标均能满足设计要求，达到预期的目标。随着水利工程建设的进一步加快，水泥搅拌桩技术的应用将更为广泛。
参考文献
[1] 关国青，水泥搅拌桩在水口水闸高翼墙软基加固中的应用[J]甘肃水利水电技术，2003.02
[2] 梁春梅，浅谈水泥搅拌桩在水闸工程软基处理中的应用[J]科技信息，2011.11
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。