1、深层搅拌桩在河口橡胶坝基础加固中应用摘要：深层搅拌桩是用于加固饱和软土地基的一种方法，分为湿喷法与干喷法。本文结合新蔡县小洪河河口橡胶坝工程实例，简单介绍了深层搅拌桩在软基处理中的应用设计。 关键词：深层搅拌桩 河口橡胶坝 软基处理 中图分类号：TU74 文献标识码：A 深层搅拌桩是用于加固饱和软土地基的一种较新的方法。它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻进边往土中喷射浆液或雾状粉体，在地基深处将软土与固化剂强制搅拌，使固化剂与软土充分拌合，由固化剂与软土之间产生一系列物理化学作用，形成比天然土强度高的多的，具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体。由桩柱体与桩间土构成的
2、复合地基。 深层搅拌技术最初是美国在第二次世界大战后研制成功的，当时桩径为 0.30.4 米，桩长 1012 米。20 世纪 50 年代传入日本后得到了较快的发展，出现了湿喷法与干喷法。70 年代末我国开始深层搅拌技术的引进、消化和开发工作。国内多家科研、设计、制造单位根据我国国情，开发出价格低、机型轻便的成套施工设备。近年来广泛地在公路、铁路的路基加固，水利、市政民建基础处理中应用。特别是 1998 年发生特大洪水后，全国范围内开展堤防、水库除险加固。深层搅拌法以费用低、施工快，因而大规模用于堤防、土坝坝体防渗处理，深层搅拌技术迅速在水利工程得到普及。 本文结合新蔡县小洪河河口橡胶坝工程实例
3、，谈谈深层搅拌桩在软基处理中的应 用设计。 1、 橡胶坝基础处理设计 1.1 工程概况 新蔡县小洪河河口橡胶坝位于新蔡县顿岗乡祖师庙村河口桥下游 100米，设计坝高为 5 米，坝长 90 米，坝顶高程 31.2 米，坝底板顶高程26.20 米，蓄水库容约 915 万立方米，工程属 IV 等 IV 级建设物。该坝以灌溉为主，同时兼引水入县城，改善县城水环境，解决县城内部分环境、工业用水，库区回水 30 余公里，同时沿河两岸地下水可以得到有效补充。工程结构型式：进口段为 15 米长钢筋砼铺盖，橡胶坝坝基为厚 1.2 米长65 米的钢筋砼底板，下游连接段消力池及海漫段等构成。橡胶坝型式为斜坡式，滩地
4、左岸设供水泵房。 1.2 地质条件 河口橡胶坝坝址位于淮河冲洪积平原河谷地形，河谷两侧地形较平坦开阔，从可研及初设报告中钻探资料所揭示的地层来看，坝底板以下地层分布如下： 第一层：中、轻粉质壤土，灰色，青灰色，含水量大，湿、软可塑状，具有粘性，含蚌壳及腐殖质。含水量 28.7%，干重度 14.8kN/m3,孔隙比 0.823，液性指数 0.73，天然地基承载力 100kPa，层厚 5.0 米，层底高程 20.0 米； 第二层：粉细砂与轻粉质壤土互层：灰色，中密。含水量 27.4%，干重度 15.4KN/m3，孔隙比 0.756，液性指数 0.73，天然地基承载力150kPa，层厚 4.4 米，
5、层底高程 15.6 米； 第三层：中重粉质壤土：浅灰色，灰黄色，湿，硬可塑状，含铁锰质结核及钙质结核。分布高程 15.6 米以下，揭示厚度 3.0 米，天然承载力 200kPa。 据此进行工程设计，橡胶坝底板计算应力最大 =89.6kPa，最小应力 =64.5kPa 小于地基承载力，基础满足要求。 工程施开始后，在开挖基础探槽时发现基底土明显与勘探结果有出入，由原勘探单位对坝基进行了补充勘探。补充勘探结果表明：原第一层分二层，第一层之一承载力为 60kPa，厚 3 米，第一层之二承载力为100kPa 厚 2 米。由于坝基最大应力 =89.6kPa1.2fak=1.260=72kPa 不能满足原
6、设计要求，必需对地基进行加强处理，以满足设计要求。 1.3 地基处理设计 1.3.1 确定处理方案 河口橡胶坝位于小洪河下游，每年的防汛任务繁重，为避免影响河道行洪，工程需要在来年汛前完成河道内主要建筑物工程施工，以免影响河道行洪。施工时间只有短短的五个月时间，所以在考虑基础处理方案应以安全可靠、施工方便，工期短为优选方案。河口橡胶坝坝下地基为饱和轻中粉质壤土，若采用碎(砂)石桩，对饱和软土处理效果不太好，排水固结方案时间需要很长。综合考虑决定采用深层搅拌桩喷干水泥粉搅拌法复合地基处理方案。 基底处理面积，橡胶坝坝型斜坡式，两岸斜坡下应力较小，仅处理坝基直段下地基。坝下基础面积 A=17 65
7、=1105 m2，设计桩长 8 米，采用双头水泥土搅拌桩，桩的横截面积 Ap=0.196m2,周长 Up=1.57m，水泥渗入量 14%（32.5 普通硅酸盐水泥） ，根据室内水泥土配比试验，相应于水泥渗入比 14%的水泥土试块 90d 龄期的无侧限抗压强度为fcu,k=1200kPa，桩侧平均摩阻力 s=10kPa，按考虑摩擦桩计算，则单桩承载力标准值。 桩身水泥土强度 fcu,kAp=0.512000.196=117.6(kN) 土对桩的支承力 pli=1.57108=125.6(kN) 根据以上计算单桩承载力设计值(kN) 面积置换率确定 坝基的基底压力为 89.6kPa，因此复合地基承
8、载力取fsp,k=100kPa。按下式计算复合地基置换率 m 及总桩数 N： m= = N= （根） 式中：fs.k 为桩间土承载力，取基底持力层天然土承载力，fs.k=60kPa， 为桩间土承载力折减系数， 取 0.7，A 为基底面积，A=1105m2 由面积置换率 0.105，工程采用直径 0.5 米桩，桩距 1.5 米，等边三角形分布。 桩的平面布置图（略） 软弱下卧层强度验算 软弱下卧层强度验算公式按基础规范公式进行 坝其基础宽 b=17 米，长 l=65 米，基底压力 p=89.6kPa，复合地基扩散角取 =230，基底蓰自重压力 pc=(19.5-9.81)1.2=11.63kPa
9、，则软弱层下卧层顶面处的附加应力 pz 为： 取水泥土搅拌桩复合地基平均容重 ，则软弱下卧顶面处的自应力 为： 式中： d 为基础埋深，计算进地下水以下复合地基以浮容重计。 软弱下卧层顶面处深度修正后的基础承载力设计值 fz 为： 式中： 为地基深度修正系数，取 1.0； 为桩端以上土的平均浮容重 9.69。 下卧层满足要求。 沉降验算 由于本工程为五级建筑物，加之橡胶坝荷载较小，依规范规定可不进行沉降计算。 2、 搅拌桩施工与质量控制 施工场地平整 清理坝基建基面淤泥，回填至桩设计平面以上。 搅拌桩施工 材料要求：喷粉使用的粉体固化剂为 32.5 普通硅酸盐水泥，新鲜无结块，入罐时应经筛网过
10、筛，最大粒度不得大于 5mm。 机具设备：机具使用二台 PH-5B 深搅钻机及配套的水泥罐、灰罐及喷粉系统、空压机系统等。 施工要点：成桩时，先按设计图定位，钻至设计深度后，将粉喷钻头以 1.01.2m/min 速度边旋边提升，同时通过喷粉系统将水泥通过钻杆端喷嘴定时、定量向搅动的土体喷粉，使土体与水泥充分搅拌混合。施工中喷粉要求一气呵成，不得中断，每根桩宜装一镒灰并搅喷完，喷粉深度在钻杆上标线控制，喷粉压力 0.50.8Mpa。送灰一定要连续，若中断，搅拌机重新启动时，将搅拌轴下沉 0.5m 再继续制桩。当钻头提升到设计桩底 500mm，喷粉系统停止向孔内喷射水泥，桩体完成。 质量保证：施工
11、前，对水泥采取随机抽样送检，确保各项指标满足要求后方可使用。试机，以确保施工设备各系统运转正常，计量设备。压力表等完好，同时就检查各项施工参数，每台机均应配深度计，以便准确启记录桩深。施工中时，桩机正面和侧面各吊铅直线一根，分别测试桩机的水平和钻杆的垂直度。定期检查成桩的直径及搅拌均匀度。对使用的钻头定期检查。在桩头 1m 范围内，进行一次复喷，喷粉至设计桩顶标高上 200mm，以保证桩头强度。 3、结语 水泥搅拌桩处理软土基地在于以强度较高的桩与软土形成复合地基，来提高软土的承载力，满足设计要求。干喷法搅拌桩比较适合含水量较大的软土。通过该橡胶坝基础处理实例表明，工程设计，以准确的地质勘探为前提。对于不满足设计要求的地基，应根据不同工程地质条件来确定正确基础处理方法。根据建筑物的布置及荷载分布来确定合理的桩径、桩长及桩的布置，使得工程技术上合理、施工可行、经济上效益明显。 参考文献 1、 JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范 2、 GB50007-2011 建筑基础设计规范 3、 水利工程基础处理 刘川顺编著 4、 杨居峰 新蔡县河口橡胶坝工程初步设计 驻马店市水利勘测设计研究院 2009
