水泥搅拌桩在提高堤岸整体稳定中的应用

■娄红岩 ■广州市水务规划勘测设计研究院，广东 广州 510640

1 绪言

水泥搅拌桩法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基［1］。它是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的复合地基［2］。水泥搅拌桩法形成的水泥土加固体，可作为竖向承载的复合地基;基坑工程维护挡墙、被动区加固、防渗帷幕、大体积水泥稳定土等。

2 工程概况及地质条件

(1)工程概况。本工程为河涌综合整治工程，堤防级别为4级，设计水位为0．61m。根据工程实际，从安全性、景观性、亲水性的角度出发，采用直斜结合的复式断面——荣勋生态挡墙+绿地缓坡。该断面扬长避短，充分发挥了直墙、斜坡式断面的优点，是安全性、稳定性、景观性、生态性、自然性和亲水性的完美结合。

(2)地质条件。根据相关地质报告，本工程范围内分布有淤泥、淤泥质土，层顶标高 -0．84m ～0．87m，层底标高 -6．75m ～ -2．36m，层厚3．10m～6．00m。淤泥、淤泥质土为海陆交互相沉积的软土层，呈流塑～软塑状态，其天然孔隙比为1．571，大于1．0，天然含水率53．6%，液限38．5%，天然含水率大于液限，并具有抗剪强度低、承载力低、压缩性高以及触变性和流变性等特点。该层不宜直接作为基础持力层。

3 地基处理方案比选

本工程堤岸断面采用采用荣勋生态挡墙+缓坡绿地，地基应力小。但由于淤泥层较厚，未进行地基处理前，需计算堤岸的整体稳定。堤岸整体稳定性计算采用中国水利科学研究院研制的土质边坡稳定分析程序STAB2009进行计算，采用瑞典条分法的总应力法的计算方法。

通过计算，堤岸整体稳定系数分别为:设计水位骤降1m工况，Ks=0．884，规范要求 Ks≥1．15;施工期工况 Ks=0．68，规范要求 Ks≥1．05，均不满足规范要求。故需做基础处理。

一般来说，对于较浅的淤泥层进行换填处理，对于较厚的淤泥层则采用其他方法做基础处理。根据相关地质勘察报告，本工程中淤泥层较厚，厚度为3．10m～6．00m，不宜采用换填处理的方法。

水泥搅拌桩对于加固淤泥等含水率很高的流塑性软弱土体有较好效果，施工技术较成熟，造价较低，在广州地区运用较多，效果较理想。根据本工程的地质情况，推荐采用水泥搅拌桩进行处理。拟采用水泥搅拌桩直径为500mm，由于本工程可能存在深层滑动问题，故桩间距适当减小，取间距为1m，梅花形布置。

4 处理后复合地基抗剪强度及处理后堤岸整体稳定计算

(1)复合地基抗剪强度计算。采用水泥搅拌桩处理后，应计算复合地基的抗剪强度，重新验算复合地基条件下堤岸的整体稳定。通过对比，分析水泥搅拌桩在提高堤岸整体稳定性中的作用。

根据《广东省海堤工程设计导则》(试行)(DB44/T182-2004)中附录R计算搅拌桩复合地基的等效强度指标。

搅拌桩复合地基的等效强度指标可按下式计算［5］:

其中:m——面积置换率;

c1——搅拌桩桩身粘聚力，kPa，可按附录中式(R．1．2)计算;

φ1——搅拌桩桩身内摩擦角，取 φ1=20°;

c2——软土层粘聚力，kPa，根据相关地质勘察报告，c2取6．5kPa;

φ2——软土层内摩擦角，根据相关地质勘察报告φ2取3．5°;

K1——搅拌桩的刚度，kN/m，可按式(R．1．3-1)计算;

K2——桩周软土部分的刚度，kN/m，可按式(R．1．3-2)计算;

β——桩的沉降S1和桩周软土S2部分沉降之比，S1＜S2，可取S1/S2=0．5。

搅拌桩及桩周软土刚度可按式(R．1．3-1)～(R．1．3-5)计算确定:

式中fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70．7mm的立方体，也可采用边长50mm的立方体)在标准养护条件下28d龄期的立方体抗压强度平均值，kPa。查《广东省地基基础处理规范》，取 fcu=580kPa。

η——桩身强度折减系数，干法可取0．20 ～0．30;湿法可取0．25 ～0．33。根据工程实际取 =0．25。

经计算，搅拌桩桩身粘聚力c1=47．08kPa。复合地基等效强度指标分别为 c=31．25kPa，φ =15．89°。

(2)地基处理后堤岸整体稳定计算。根据规范要求，堤岸的地基应力及抗滑稳定计算分为正常工况和非正常工况。本工程工况选择如下:①正常工况:墙前设计水位(0．61m)骤降1m工况;②非常工况:施工期工况。安全系数不应小于以下数值:正常工况:抗滑稳定Ks≥1．15;非常工况:抗滑稳定 Ks≥1．05。

同样，堤岸整体稳定性计算采用中国水利科学研究院研制的土质边坡稳定分析程序STAB2009进行计算，采用瑞典条分法的总应力法的计算方法。

经过计算，采用水泥搅拌桩进行地基处理后，本工程堤岸的整体稳定系数如下:正常工况，Ks=1．48;非常工况下，Ks=1．48。均满足规范要求。

5 处理效果对比及结论

(1)处理效果对比。采用水泥搅拌桩处理前后，软土土体及处理后复合地基的c、值以及堤岸整体稳定系数对比如下表。

水泥搅拌桩处理前后各参数对比表

(2)结论。①软土经过水泥搅拌桩处理后，复合地基的c、值较现状软土的c、值有了很大的提高，提高将近5倍。②水泥搅拌桩对提高软土地区堤岸整体稳定性是可行的，并且效果比较明显，造价又经济。在工程中可以根据实际情况进行选用。③土体的c、值对堤岸整体稳定性影响比较大，因此当堤岸整体稳定不能满足规范要求时，应通过工程措施提高土体的c、值，进而提高堤岸整体稳定性。

［1］JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》［S］．北京:中国建筑工业出版社，2012．

［2］李立华，范大林，金国强．．水泥土搅拌桩在地基整体稳定加固中的应有［J］．港工技术，2008．2．

［3］SL 379—2007．水工挡土墙设计规范［S］．北京:中国水利水电出版社，2007．

［4］GB50286-2013．堤防工程设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2013．

［5］DB44/T182-2004．广东省海堤工程设计导则(试行)［S］．北京:中国水利水电出版社，2004．