水泥土搅拌桩在河道工程中的应用研究

牛林芳

【摘要】水泥土搅拌桩在河道工程中具有重要作用，因此本文主要结合工程实例，探讨了水泥土搅拌桩在河道工程中的应用，以此促进河道工程的发展。

【关键词】水泥土搅拌桩；河道工程；应用研究

随着我国社会经济的不断发展，环境问题日益加剧，给人们的生活带来了不利影响，特别是一些河道工程，其环境污染问题，已经造成了河道堵塞，使河道局部产生了滑坡、塌岸等现象，严重过影响两岸人们的财产安全，因此必须要加强河道工程的施工技术水平，保证河道工程的质量，这对于河道工程的发展具有重要作用，因此本文在此探讨了水泥土搅拌桩在河道工程中的应用，以此提高河道工程地基的承载力以及抗滑能力。

1工程实例

某河道工程，其位置处在与轨道交通12号线临近的地方，最窄处的距离为8m，其地面标高在3.84-4.18m左右，其中该工程长约为440m的河道蓝线部分位于12号线保护范围内，因此当该工程进行桩基工程以及土方开挖卸载时，可能会对隧道产生影响，本文在此以本次河道工程为例，分析水泥土搅拌桩在河道工程中的应用。

2水泥土搅拌桩原理

水泥土搅拌桩作为一种常用的软基处理技术，主要用于加固饱和黏土地基，按照施工方法的不同，可以将水泥搅拌桩分为两种，一种为水泥浆搅拌桩，主要原料包括水泥浆和地基，另一种为粉体喷射搅拌桩，主要包括水泥粉和地基土，水泥搅拌桩是采用搅拌机械对地基中的土体以及固化剂进行拌和，并产生一定物理、化学反应，从而形成整体性、水稳定性以及强度较好的桩体，以此增加变形模量，提高地基土承载力，当处理软土地基时，采用水泥土搅拌桩，就会形成桩土复合地基，以此降低地基的沉降量，提高地基的承载力。

3河道开挖对地铁12线的影响

由于河道工程中约为440m的河道蓝线部分位于12号线保护范围内，因此在施工过程中，该部分进行土方卸载等施工，可能会对地铁12号线运行产生不利影响，因此为了保证地铁12号线的正常运营，并结合工程的实际情况，决定采用直立式驳岸结构，其主要的工艺流程如下：首先应做好施工准备工作，了解施工部分的地质情况以及周围的情况，其次应准确的进行测量放样，再次应进行基坑开挖以及护坡结构施工，并做好土方回填工作，最后为河道开挖工作，在施工过程中，需要注意的是施工人员应按照工程实际情况，采取分段开挖基坑的方法，并合理的埋设沉降观测点。

计算工况分为施工期及正常运行期，分析河道开挖对轨道交通 12 号线区间隧道的影响，首先分析施工期河道基坑开挖对隧道的影响，之后分别按照不同水位来分析正常运行期对隧道的影响，在施工期，坡前水位为0.50m，坡后地下水位为3.70m，运行期又分为突击预降期、地震期以及高水位期，其中突击预降期的坡前水位为2.00m，坡后地下水位为3.70m；地震期的坡前水位为2.50m，坡后地下水位为3.70m，VII度设防；高水位期的坡前水位为3.75m，坡后地下水位为3.70m。

为了较准确的反映河道开挖施工时填土卸荷对盾构隧道的附加变形影响，计算采用弹塑性有限元分析方法，准确考虑各结构的空间位置和刚度大小，按实际施工工序，精确模拟河道开挖对盾构隧道的影响。因河道与盾构隧道相对位置恒定，故计算采用岩土专用有限元分析软件Plaxis进行三维有限元模型的平面计算，数值计算中充分考虑了河道开挖的影响范围建立计算模型，其中模型长（x 方向）95m，深度方向（y 方向）为 30m。数值计算中，土体采用实体单元进行模拟；盾构隧道采用板单元模拟，并根据截面进行刚度换算。其中，土体采用莫尔-库仑模型模拟；围护结构材料考虑为弹性受力阶段，设为弹性材料。计算中考虑地下水的渗流影响，以及初始固结沉降和初始应力的影响，并通过施工阶段来模拟施工工况。根据计算，若无土体变形控制措施，施工及运营过程中盾构隧道最大累计位移量为 11.83mm。根据上海市城市轨道交通網络建设标准化技术文件《地下空间土压平衡盾构施工风险控制建设指导意见》第6.4.2 地铁保护标准，河道开挖施工时盾构隧道各方向位移量不得大于 5mm，则无土体变形控制措施时，计算盾构隧道位移量不满足变形控制要求。

2.3 水泥土搅拌桩设计研究

由于计算得出的盾构隧道位移量不满足要求，必须采取一定的变形控制措施。河道开挖过程中涉及大面积卸土，卸土面下方土体由于正应力消失而上拱变形，土体上拱变形引起下方土侧移，从而导致临近的隧道结构侧移，因此可从两个方面控制变形：1.河道卸土区正下方地基加固，提高土体强度及弹性模量，从而控制整个土体变形；2.河道卸土区与隧道间设置支护结构，以控制临近隧道的土体变形。经计算比较，若仅在河道卸土区正下方地基加固，如压密注浆、旋喷桩、水泥土搅拌桩，加固效果一般，且加固土体量较大，费用较高；若在河道卸土区与隧道间设置支护结构，验算看出，水泥土搅拌桩墙控制变形能力较好，且造价经济合理。经试算得出造价合理且控制变形效果较好的方案，拟采用Φ850@600 三轴深层水泥土搅拌桩墙，搅拌桩桩长 28m，其中固化剂采用 425 号普通硅酸盐水泥，水泥搅拌桩水泥掺量为 20%，桩体无侧限抗压强度（28 天龄期）不小于 1.4MPa，墙厚 5.05m。

根据计算结果，采用水泥土搅拌桩墙后，隧道最大累计变形为驳岸基础开挖阶段的隧道累积位移，位移量为 3.93mm。因此，水泥土搅拌桩墙作为河道开挖过程中的土体变形措施，能有效将盾构隧道变形量控制在允许范围内。

水泥土搅拌桩利用水泥等材料作为固化剂的主剂，通过特制的搅拌机械就地将软土和固化剂强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使土体硬结成具有整体性，水稳定性和一定强度的桩体，从而减少软土地基的沉降量，抑制土体侧向变形。经过三维有限元模型计算，水泥土搅拌桩能够有效的控制土体位移，从而解决河道开挖对地铁盾构隧道的影响问题

总结：

综上所述，水泥土搅拌桩具有施工操作简单、方便、无废水污染和无噪音等特点，而且能够保护环境，提高河道工程的质量，由此可见水泥土搅拌桩在河道工程中能够发挥重要作用，因此必须科学合理的应用水泥土搅拌桩，以减少地基的沉降量，保证桩体的稳定性和强度，从而实现河道工程的快速发展，本文在此探讨了水泥土搅拌桩在河道工程中的应用，希望文中内容对相关工作有所帮助，相信通过对水泥土搅拌桩在河道工程中不断的应用研究，我国河道工程的施工技术会越来越完善，会为我国的经济发展做出更多的贡献。

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