水泥搅拌桩在南北大涌挡土墙软土地基处理中的应用

罗素莉

中图分类号：TU471.8

摘要：在软土地基上修筑挡墙需重视地基的变形和稳定问题，目前软土地基处理措施有很多种，本文结合某水利工程挡土墙的设计，对水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用做了一些探讨。

关键词：挡土墙设计；软土地基处理；搅拌桩设计；搅拌桩计算

1概述

南北大涌位于佛山市禅城区西侧，紧邻建设中的禅西大道，是禅城区城西片区的主要排涝通道，与多条内河涌相连，北端过城北电排站与汾江河相连，南端经海口水闸及海口电排站出东平河，河涌全长约5.10km。根据排涝规划，南北大涌规划宽度为28m～35m。而现状涌宽约为14～22m，过水面积远远小于规划要求，蓄涝容积严重不足，成为了该片区域提高排涝能力的最大“瓶颈”。同时，沿涌两岸环境较差，尤其是一些工业废水未经处理直接排入涌内，造成部分涌段水质发黑发臭，直接影响汾江河的水环境质量。2008年2月，佛山市政府将南北大涌综合整治纳入汾江河（佛山水道）综合整治二期28项工程之中，决定采取清淤疏浚、河道拓宽、河涌护岸及绿化美化，同时与截污工程建设、清障及征地拆迁等多项措施相结合，全面进行综合整治，在提高南北大涌周边环境质量的同时，进一步改善汾江河水环境，重现岭南水乡特色的现代化城市品位，实现人与水的和谐。根据禅城区的工作安排，南北大涌综合整治工程计划分段实施，庞氏宗祠至海口水闸是该工程的末端，总长0.86km。

南北大涌综合整治工程中河涌断面大部分采用梯形断面，涌底高程按规划要求-1.50m设计。靠近海口水闸段（桩号4+370～4+500）东岸有房屋临近河涌，为避免拆迁和过多束窄河涌宽度，该段东岸采用悬臂式砼挡墙结合钻孔排桩护岸。该区域属珠江三角洲冲积平原腹部、三水盆地中部，根据地质勘查报告，砼挡墙分布堤段地质分层如下：①填筑土，灰褐色，由中、细砂、砖块、少量粘土等混杂组成，层厚1.20～4.30m。②淤泥质土：深灰色，饱和，流塑。含腐殖质，含粉砂。层厚6.4m，地基承载力特征值的经验值fak=68～88kpa，平均fak＝66kpa，为保证挡墙整体稳定，设计时需对该软土层进行地基处理。

2 地基处理方案选定

软土是淤泥和淤泥质土的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、 灵敏度高、扰动性大、透水性差等特点。目前软土地基处理措施常采用换土法、强夯法、振冲碎石桩和水泥搅拌桩法等。

本工程考虑到挡土墙基底以下淤泥质土层厚度约6.4m，不算厚但采用换土垫层法实现难度大，而挡墙墙高4.40m，挡墙基底应力值不大，借鉴同类工程经验，经综合考虑采用水泥搅拌桩较为合适。

3 悬臂式钢筋混凝土挡土墙设计

悬臂式挡土墙在东岸分部两段，分别为桩号4+370.86～4+434段及桩号4+450.79～4+500段，底板顶高程-1.5m，墙高4.0m，挡墙结构尺寸见表1

表1挡土墙结构尺寸表

挡土墙稳定计算成果见表2

表2悬臂挡土墙稳定计算成果表

根据地质资料，悬臂式挡土墙地基允许承载力为66kPa。由表2可看出，挡土墙抗滑稳定安全系数、基底应力不均匀系数均满足规范要求，但平均基底应力大于地基允许承载力，不满足规范要求，需要进行地基处理。

4 水泥搅拌桩加固设计

水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度，有效减少地基沉降、改善岸坡稳定条件。

本次整治工程在挡墙基底矩型布置水泥搅拌桩，桩径50cm，桩长5m，桩间距1.0m×1.0m。桩顶设置褥垫层，褥垫层采用0.5m厚中粗砂。

4.2 水泥土搅拌桩计算

(1)单桩竖向承载力计算

单桩竖向承载力特征值（Ra）应通过现场载荷试验确定。初步设计按式（1）估算，是由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。并应同时满足由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力小于（或等于）由桩身材料强度确定的单桩承载力，即式（2）的要求：

(1)

≤η×fcu× （2）

式中:

fcu—与搅拌桩水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70．7mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期抗压强度（kPa），本例取值1000kpa；

η—桩身强度折减系数，取0.33；

up—桩的周长（m）；

n—桩长范围内所划的土层数（本工程桩长范围内土层数为1）；

qsi—桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），淤泥质土可取6～12kpa，本例取值6kpa；

li—桩长范围内第i层土的厚度（m），本例取桩长L＝5m；

qp—桩端地基土未修正的承载力特征值（kPa），取130kPa；

α－为桩尖天然地基土的承载力折减系数，取0.4；

根据以上公式，由式（1）计算单桩竖向承载力特征值为66.8kN；由式（2）计算单桩竖向承载力特征值为64.8kN；单桩竖向承载力特征值取64.8kN。

(2)复合地基承载力特征值计算

处理后的复合地基承载力特征值按下列公式计算：

fspk=m•(Ra/Ap)+β•（1-m）•fsk

式中:

fspk—复合地基的承载力标准值；

m—面积置换率，计算得m＝0.176；

Ap—桩的截面积；

fsk—桩间天然地基土承载力标准值，取82kPa；

β—桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值小于桩周土的承载力特征值的平均值时可取0.5～0.9，本例取0.7；

Ra—单桩竖向承载力标准值，Ra＝64.8kPa；

根据以上公式计算出复合地基承载力特征值fspk＝71.1kPa，满足挡土墙地基承载力要求。

4结束语

本文针对南北大涌软土地基的天然地质条件，利用水泥搅拌桩加固处理方法来提高堤岸挡墙的地基承载力是非常有效的，而且施工简单、工期短，是水利工程中提高地基承载力加固地基土体较为普遍采用的一种地基处理措施。

参考文献

[1] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

[2] 《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。