水泥搅拌桩在船闸复合地基基础处理中的应用

刘昌鑫

【摘 要】 本文以青岛市窑头节制闸拆除重建工程为例，介绍水泥搅拌桩在船闸复合地基基础处理中的应用，该基础处理方法是水利工程中提高地基承载能力和地基土抗强度非常普遍的一种措施，可为相关工程提供技术参考。

1 引言

随着地基处理技术的普及、提高和发展，各类复合地基在工程中得到了愈来 愈多的应用。在水利工程施工中，水泥搅拌技术被广泛的应用于复合地基的形成，作为地基处理的一种特殊方法，桩体与桩间土形成复合地基可以有效的提高地基承载能力，减少地基的变形。在进行地基处理时，水泥搅拌桩常常在加固淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和其他软土等方面有着重要的作用。[1]本文以青岛市窑头节制闸拆除重建工程为例，介绍水泥搅拌桩在船闸复合地基基础处理中的应用，为相关工程提供技术参考。

2 工程概况

青岛市窑头节制闸位于即墨市通济街道办事处墨水河，闸址以上控制流域面积190.0 k㎡。根据工程地质勘察报告，窑头闸左岸地层自上而下为素填土、中粗砂、粗粒砂及强风化砂岩。闸底板坐落在含卵粒粉质粘土及强分化砂岩层上，地基承载力标准值分别为160kpa、400kpa，由于地基差异性很大，同时不均匀沉降对钢坝的影响非常大，因此拟对闸底板下地基根据不同情况进行不同方式的处理。

3 施工方法

3.1 水泥土搅拌桩的基本原理

水泥土搅拌桩是一种以水泥作固化剂，就地将原位土和水泥浆液强制搅拌，使原位土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土的软土地基处理方法。由于该法可最大限度地利用原位土，搅拌时无振动、无噪音和无污染，且具有对环境影响小、加固形式灵活和经济等优点，因而它在软基处理和复合地基等众多工程中得到了广泛应用。[2]

水泥土搅拌桩的基本原理是基于水泥加固上的物理化学反应过程。它通过搅拌机沿深度将固化剂灌入需处理的软土地层内，并在灌人过程中上下搅拌均匀，使水泥与土发生水解和水化反应，形成水泥水化物并形成凝胶体，将土颗粒或小土团凝结在一起形成一种稳固的结构整体。同时，水泥在水化过程中生成的钙离 子与土表面的钠离子发生离子交换作用，生成稳定的钙离子，从而进一步提高土体的强度，达到提高地基承载力的目的。

3.2 船闸工程水泥土搅拌桩施工工艺

3.2.1 船闸工程水泥土搅拌桩的设计技术要求[3][4]

①水泥搅拌桩桩身直径为0.8m；

②水泥搅拌桩的桩身长度为5—12m；

③固化剂选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水泥掺量为被加固土质量的15%；

④水泥浆的水灰比不能大于0.5；

⑤搅拌桩在成桩15天后，选取数桩进行开挖检查；

⑥搅拌桩的施工质量除按常规方法进行检查外，还需进行桩身抗压强度检验，检验数量为总桩数的0.5%，且不少于3根，桩身水泥土30天抗压强度不小于1.5Mpa。

3.2.2 施工工艺

①为寻求最佳的搅拌次数 、确定水泥浆的水灰比 、泵送时间 、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工，首先进行试桩。

②搅拌机自身调整定位，保证塔身与地面成90度，确保桩垂直度误差在1.5以内。

③预搅下沉至设计标高。

④待深层搅拌机下沉到一定深度时，开始按确定的配合比制备水泥浆。

⑤边喷浆边搅拌提升至预定的停浆面。

⑥全程复搅一遍。

⑦清洗设备移至下一根桩。

3.3 青岛市窑头节制闸拆除重建工程应用

3.3.1地基开挖

闸底板右岸26.5m范围内（包括右岸启闭机房）范围内由于岩层埋深较浅，故采用换填地基的处理方式。将此部分的地基开挖至强风化砂岩并清基后采用C20抛石混凝土回填补齐至闸底板底。当船闸主体开挖至设计基础开挖高程80cm 以上时，即进行水泥搅拌桩施工。水泥搅拌桩按上下闸首、闸室及消力池等部位分区段施工。区段内按先格栅桩后散桩的施工顺序。当每个区段完成后，进行开挖、取芯、动力触探及承载试验等检查，搅拌桩检查合格后，进行二次开挖和破桩头施工至设计桩顶高程，最后铺 30cm厚的砂褥垫层 ，再进行主体混凝土施工。

3.3.2 搅拌桩施工

搅拌桩桩体直径0.6m，纵横间距2.0m（每道分缝处桩中心距加密至1.0m），梅花状布置，要求固化剂选用强度等级不小于R32.5级的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为12～20%，具体掺入量以现场试验为准。在水利工程施工的过程中，为 了确保水泥浆液的原材料配比能够满足施工的要求 ，每根水泥桩所使用的水泥浆液量都必须均匀且充足。考虑到现代施工的混乱 ，施工单位必须在现场施工过程中安排专业人员进行操作，且有旁站人员进行监督。若所施工的桩长都有统一的长度，可以将单根桩所需的水泥浆液一次性进行搅拌或者分两次搅拌完成，当桩长较短时，也可以一次性搅拌2根或3根桩所需的水泥浆液。在使用时可在水泥浆罐的罐壁上焊接出每根桩需用水泥浆的深度刻度线，以确保搅拌浆液的质量与数量。桩体通常最多以进入持力层50cm为宜，不应当太过深入，否则将会产生以下严重危害。[5]

3.3.3 地基防渗

闸底板地基防渗满足要求可不予处理，但窑头闸左岸地层自上而下为素填土、中粗砂、粗粒砂及强风化砂岩，中粗砂及粗粒砂层渗透系数分别为1*10-2cm/s、5*10-2cm/s，需对其进行截渗处理，拟自左岸边墩背水侧向左50m范围内采用固结灌浆进行防渗。灌浆顶高程17.4m，孔距1.0m。灌浆分两序进行，一序孔距2.0m，二序加密至1.0m，孔深至弱风化一下0.5m，孔径108mm，浆液采用水泥浆，灌浆压力初拟为0.2Mpa，施工时应根据现场情况调整。水灰比由稀至浓，依次按5：1、2：1、1.5：1、0.8：1的比例进行调整，直至吃浆量小于0.4L/min，压力达0.2Mpa时持续灌浆60min即可结束灌浆。

4 小结

本文以青岛市窑头节制闸拆除重建工程为例，介绍水泥搅拌桩在船闸复合地基基础处理中的应用，船闸水泥搅拌桩在成桩达到凝期后，经试验检验，桩体完好无缺 陷，桩身强度满足设计要求，在使用过程中没有发现明显的下沉。船闸水泥搅拌桩在复合地基中的应用，既满足了地基承载力要求又加快了施工进度，为船闸顺利通航提供了有力保障。

参考文献

[1]黄茹红，等.水利施工中的水泥搅拌桩技术应用及质量控制 [J] 内蒙古水利，2012.4 （1）：99—100.

[2]郭光照，等.水泥土搅拌桩力学特性室内试验研究 [J] 路基工程，2012 （5）：72—78.

[3] 高明友，于涛，等.水泥土搅拌桩在长洲水利枢纽船闸的应用 [J] 吉林水利，2008 （9）：42—43.

[4] 彭忠强，等.浅谈复合地基水泥搅拌桩设计与计算 [J] 大科技，2012 （8）：283—284.

[5] 韩祚，等.软土地基处理中深层搅拌桩影响因素研究 [J] 路基工程，2012 （5）：108—110