水泥搅拌桩在东江堤防基础处置中的应用.docx
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水泥搅拌桩在东江堤防基础处置中的应用
水泥搅拌桩在东江堤防基础处置中的应用
2021-01-3115:
56:
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个人日记| 标签：
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胡涛 金德钢
宁波市水利水电计划设计研究院
摘要：
水泥搅拌桩适用于含水率高、孔隙比大、抗剪强度低、紧缩系数高的软土地基的加固。
如何更好的利用搅拌桩的物理力学特性，本文通过对东江堤防基础处置方案的比较，提出水泥搅拌桩在水利工程中加固地基的方式，并在实验段工程实践中取得了成功。
关键词：
水泥搅拌桩堤防固化剂复合地基
1、引言
随着宁波市城市化进程的快速推动，专门是奉化市的社会经济进展，区域防洪平安显得尤其重要，东江河道整治工程的实施能够提高两岸防洪标准，能够减缓鄞奉平原的防洪压力，爱惜江口平原开发区的生命财产平安。
东江堤防整治工程是《甬江流域综合计划》和《甬江流域防洪治涝计划》中计划的中疏工程中的重要工程之一，承担着奉化江流域，乃至整个甬江流域防洪重任，也是保障两岸平原防洪排涝平安的重要方法。
2工程大体情形
东江发源于葛岙乡南端薄刀岭岗，自南向北流，上游称白溪，又名牌溪，在尚田孙家村前与朱溪（方门江）汇合称东江，后折向北，通过上宅村、下宅村至高楼张堰，高楼张堰以上属于山区性河道，集水面积约119km2，河道长约28km，高楼张堰以下属于平原河道，坡降明显变缓。
东江堤防整治工程为甬江流域防洪工程的重要组成部份，工程要紧任务是提高干流防洪标准，保障奉化市、鄞州区，乃至宁波市社会经济可持续进展。
本次东江堤防整治工程范围自高楼张至方桥三江口，河长。
3 工程地质
地形地貌
工程区位于鄞奉平原，为冲海积平原，地形较为平坦，河网密布，地面高程一样为～。
工程区南侧为天台山脉的东北端，以丘陵低山、残丘为主。
地层岩性
区内基岩要紧为侏罗系上统火山碎屑岩与白垩系下统紫红色的砂砾岩及砂岩。
覆盖层为第四系（Q）松散堆积物，成因复杂，岩相多变，要紧为第四系冲积、冲海积和海积等为主，其厚度受基底起伏操纵，转变较大，山麓沟谷区第四系厚度一样小于40m，平原区第四系最大厚度达120m。
地层由老到新分述如下：
1、侏罗系上统
茶湾组（J3c）：
灰绿色、灰黄色凝灰质砾岩、凝灰质含砾砂岩、凝灰质砂岩、粉砂质泥岩等夹流纹质玻屑凝灰岩及沉凝灰岩，厚度＞200m。
要紧散布于工程区南部。
九里坪组（J3j）：
灰色、灰紫色、浅灰绿色流纹（斑）岩、球泡流纹岩、霏细（斑）岩夹不稳固脱玻珍珠岩、流纹质角砾熔岩，厚度1475m。
散布于工程区南部。
2、白垩系下统
方岩组（K1f）：
下部为灰紫色砂砾岩、砾岩夹紫红色粉砂岩；中部为灰紫色中细粒砂岩、粉细砂岩、泥质粉砂岩为主，夹砂砾岩及少量薄层状凝灰岩、沉凝灰岩及泥灰岩透镜体；上部以紫色夹黑色泥质粉砂岩为主，间夹凝灰质砂砾岩，其底为流纹质玻屑凝灰岩，厚度＞1730m，零星散布于测区中南部。
3、第四系上更新统（Q3）
海、陆相彼此叠置的沉积层，成因类型以冲积（alQ3）、冲湖积（al-lQ3）、冲海积（al-mQ3）及海积（mQ3）为主，要紧由粉质粘土、砂及砂砾石组成。
4、第四系全新统（Q4）
成因类型以冲积（alQ4）、冲海积（al-mQ4）、冲湖积（al-lQ4）和海积（mQ4）等为主。
冲积一样以粉土、砂、砂砾石等为主；冲海积、冲湖积和海积一样以淤泥质土、含有机质粘土、粉土等为主。
地质构造与地震
依照《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区设防水准为50年超越概率10%的地震动峰值加速度为，地震动反映谱特点周期为（按Ⅰ区软弱场地划定）。
工程地质条件
要紧土（岩）层自上而下可分为：
Ⅰ层人工堆积层（rQ）
Ⅰ1层杂填土，以人工抛石、砼块、碎石夹泥等组成为主，要紧散布于砖瓦厂、村落及集镇周围。
该层层厚一样小于，局部厚达。
Ⅰ2层素填土，以灰黄色碎块石夹泥组成，松散，为桥墩、堤岸地基，该层层厚一样小于。
Ⅱ1层粘土（alQ4）
灰色～灰黄色，以粘土为主，局部为粉质粘土，湿，软塑~可塑，中高紧缩性，俗称“硬壳层”，表层多含植物根系等，该层层厚～。
qc=～MPa；fs=～kPa。
Ⅲ1层淤泥（mQ4）
灰色～青灰色，饱和，流塑，高紧缩性，含少量有机质，局部含量较高。
本单元散布较稳固，顶板高程在～之间，厚度～，局部厚达。
qc=～MPa；fs=～kPa；十字板剪切强度Cu=+kPa，线性相关性较好。
该层局部地段夹粉砂（Ⅲ1s）透镜体，厚约。
Ⅲ2层粘土、淤泥质粘土（mQ4）
青灰色～灰色，饱和，软塑～流塑，高紧缩性。
其顶板高程在～左右，厚度～，局部地段缺失。
qc=～MPa；fs=～kPa。
十字板剪切强度Cu与深度Z线性相关性不行，强度在～kPa。
Ⅲ3层淤泥质粘土（mQ4）
灰色～青灰色，饱和，软塑～流塑，高紧缩性，局部为淤泥，深部含少量贝壳碎屑，微层理发育。
其顶板高程在～左右，大体呈两头高中间低的形态，厚度受下伏硬地层操纵，转变较大，为～。
qc=～MPa；fs=～kPa。
十字板剪切强度Cu=+ kPa,线性相关性较好。
Ⅲ4层粘土（al-mQ4）
灰色，湿，可塑，高中紧缩性。
顶板高程在左右，厚约。
该层仅在陡门桥左岸ZK26揭露，透镜体状散布，为软土层向硬土层转变的过渡层。
Ⅳ1层粘土（alQ3）
灰色、灰黄色，稍湿，硬可塑，中紧缩性。
该层在陡门桥上游散布较持续，埋深相对较浅，往下游埋深增大，其顶板高程在～左右，厚度＞，下游仅老方桥右岸ZK30揭露，其顶板高程在左右，厚度＞，透镜体状散布。
qc=；fs=kPa。
Ⅶ层含碎石粉质粘土（dlQ3）
灰褐色，湿，可塑，碎石粒径一样2~4cm，最大达10cm，中等紧缩性。
该层顶板高程受基底阻碍起伏大，孙家山~茅山残丘揭露。
厚约6m。
Ⅷ层基岩
白垩系下统方岩组（K1f）：
岩性为灰紫色～紫红色砂砾岩夹泥质粉砂岩，勘探深度内多呈全强风化状，顶板埋深受残丘阻碍起伏较大，天然容重γ=m3，饱和抗压强度Rc=10～20MPa。
4.堤防基础处置方案设计
、河道断面型式
河道断面型式设计的大体原那么：
在知足排涝要求前提下，结合生态、景观等要求，将防洪排涝与环境整治有机结合起来。
断面过水面积不小于计划要求。
水清、岸绿和景美，平安、经济和高效。
在充分表现生态观，知足防洪、排涝等大体功能的前提下，注重水利设施的造型美观及河滨的绿化、休闲等，知足人们亲水及休息游乐的要求。
依照生态水利的要求，在堤防设计进程中，尽可能的维持河道的自然形态，尽可能幸免裁弯取直。
除保证河道减轻洪水患害的功能外，还要保护河流的生态系统，以制造人与自然和谐相处的环境。
为此，在河道两岸护坡设计中尽可能设计成生态护坡，在垂直方向自上而下布置软木林带（设计高水位以上）、湿声植物带（常水位与设计高水位之间）、挺水植物带（常水位变幅间）、浮水植物（常水位水面）及沉水植物（常水位以下），以有利于改善水质，进而改善水生态环境。
同时，在居民区段岸坡上布置亲水平台或河埠头，令人与水和谐共处，以改善人居环境。
另外，建议尽可能截断及操纵污染源，避免河道水质恶化，从全然上改善河道水质，进而改善水生态环境。
依照以上原那么选择最危险的斜坡堤典型断面型式作为本次基础处置分析比较的重点。
图4-1 典型堤型
.基础处置
由于河堤最大高差近9m，且工程区地基土除表层硬层粉质粘土性质较好外，其余下卧层均较差。
堤基稳固要紧受制于淤泥层和淤泥质粘土层，该土层厚度大且埋藏深；且老东江主河道、剡江均有通航功能，不能断流，感潮水位不能受人为操纵。
如此恶劣的受制条件因素促使本河道堤防的地基处置难度较大，也加大了工程建设的投资。
通过计算假设不采纳地基处置，堤防施工期平安系数不能知足标准要求。
因此，本工程堤防需要进行地基处置，才能保证工程施工期和运行期的平安。
合理的地基处置方案，不仅能保障堤防工程的平安建设，发挥工程的防洪行洪效益，也是降低工程建设投资费用的要紧方法。
本次要紧依照河道不同地质条件、水位条件，并参考周边类似堤防工程，提出不同的地基处置方案。
堤防中经常使用的基础处置方式有：
碎石振冲桩、水泥搅拌桩、砼预制短桩及塑料排水板等，结合本工程的实际情形对几种方案进行比选、组合。
碎石振冲桩：
适用于碎石土、砂土、粘性土、人工填土及湿陷性土的地基加固处置，关于不排水抗剪强度小于20KPa的淤泥、淤泥质土应通过实验确信。
依照地质资料，本工程的深厚淤泥层，其不排水抗剪强度小于10KPa，关于强度很低的淤泥层，由于土的约束力不能平稳填料挤入孔壁的力，故碎石振冲桩始终不能形成完整的桩体，也就不能形成复合地基。
鉴于本工程地基土强度较低的特点，为确保防洪堤工程的平安，咱们以为碎石振冲桩不适合本工程的地基加固处置。
水泥搅拌桩：
是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处当场将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反映，使软土硬结成具有整体性、水稳固性和必然强度的优质地基。
水泥搅拌桩较碎石振冲桩适用范围更广，可用于淤泥、淤泥质土和含水率高且地基承载力低于120KPa的粘性土等软土地基的加固。
关于本工程地基存在深厚淤泥层，含水率较高，不排水抗剪强度小于10KPa的淤泥，其适用性应是超级好的。
经常使用水泥搅拌桩的布置型式有柱状式、块状式和壁状式三种，详见图4-3。
图4-2 常见水泥搅拌桩的布置形式
表4-1 水泥搅拌桩布置型式比较表
布置型式
特点说明
适用范围
备注
柱状式
每距离必然距离打设一根搅拌桩，即成为柱状加固型式。
适用于独立桩基础和条形基础下的地基加固。
依照本堤防工程及搅拌桩布置形式的特点，柱状式能够利用于堤下或斜坡下，块状式及壁状式能够利用于岸下，在知足抗剪强度要求的情形下，考虑到节约投资，本工程岸下推荐利用块状式。
块状式
将搅拌桩纵横两个方向的相邻桩搭接，中间设肋，即成为块状加固型式。
适用于上部结构单位面积荷载大，对不均匀下沉操纵严格的构筑物的地基加固。
壁状式
将相邻搅拌桩部份重叠搭接，即成为壁状加固型式。
适用于深基坑开挖时的软土边坡加固。
砼预制短桩：
是挤密桩的一种，通过砼预制短桩的打设使桩间土挤压密实，从而提高基础承载力及整体稳固性。
该种方式适用于岸墙基础处置。
塑料排水板：
通过向地基土中打入用于垂直向排水的排水板，可有效排出地基土中的水分，加速固结速度，再结合面层的土工织物及碎石垫层的水平向排水通道，将水排出。
通过这种地基处置方式，可有效提高地基的固结度及强度，增强堤身稳固性，并将堤防沉降在施工期大量释放，有效减少工后沉降量，避免堤防的不均匀沉降。
依照上述各类基础处置方式的论证，结合东江、剡江地质土层的散布情形，提出基础处置方案组合如下：
方案一：
岸下水泥搅拌桩（块状式）、堤下塑料排水板
堤下设塑料排水板的目的是排出地基淤泥层中的水分，加速固结速度，将防洪堤沉降在施工期大量释放，有效减少工后沉降量。
但由于本工程工期的限制及堆载高度的因素阻碍，塑料排水板方案不能完全发挥作用，在排水固结时刻为3个月，排水板深为10m的情形下，防洪堤基础平均固结度为，因此仅依托排水板不能知足防洪堤稳固的要求。
为此在岸下设水泥搅拌桩，改善地基土特性，形成复合基础，提高防洪堤的稳固性。
依照类似工程的体会，设计采纳双头水泥搅拌桩直径为700mm，块状布置，中间设肋，以每3m为一单元，共设四排，相邻桩间搭接长度为20cm。
水泥搅拌桩28d抗压强度取，抗剪强度为。
经计算，施工期防洪堤最小平安系数为，知足要求。
方案二：
水泥搅拌桩柱状式布置
由于防洪堤下布设塑料排水板不能完全发挥作用，本方案中取消防洪堤下的排水板，同时取消土工布及碎石垫层，别离在岸墙及斜坡下打水泥搅拌桩，桩径为700mm，桩距纵向为，横向为，按梅花型柱状式布置。
水泥搅拌桩28d抗压强度取，抗剪强度为。
经计算，施工期防洪堤最小平安系数为，知足要求。
方案三：
岸下水泥搅拌桩（块状式）、堤下基础不处置
依照方案一的论述，防洪堤下布设塑料排水板并非能完全发挥作用，经计算防洪堤总沉降量仅为45～60cm，施工期沉降量为25～40cm，工后沉降量较小，塑料排水板就失去了要紧的功能，因此为减少工程投资，取消防洪堤下布设塑料排水板，仅在岸墙下布置水泥搅拌桩以知足结构稳固需要，工后沉降通过施工期预留沉降量予以平稳。
水泥搅拌桩的布置形式同方案一，经计算，施工期防洪堤最小平安系数为，知足要求。
三个方案每延米造价及其优缺点详见表4-2、4-3。
表4-2 基础处置方案每延米造价比较表
序号
项 目
单位
单价
方案一
方案二
方案三
工程量
合价
工程量
合价
工程量
合价
1
3t编织土工布
m2
0
0
0
0
2
排水板
m
0
0
0
0
3
碎石垫层
m3
0
0
0
0
4
Φ700双头水泥
搅拌桩
m3
330
9108
0
0
9108
5
Φ700单头水泥
搅拌桩
m3
360
0
0
9000
0
0
合 计
10008
9000
9108
图4-3 方案一计算简图
图4-4 方案二计算简图
图4-5 方案三计算简图
表4-3 基础处置方案优缺点比较表
方案
方案一
方案二
方案三
主
要
特
点
利用塑料排水板、碎石垫层、土工布使地基产生固结，提高地基强度，同时在岸墙下增设水泥搅拌桩（块状式），提高防洪堤稳固性。
在防洪堤及岸墙下别离设水泥搅拌桩（柱状式），提高防洪堤稳固性。
取消排水板及其碎石垫层、土工布。
仅在岸墙下设水泥搅拌桩（块状式），提高防洪堤稳固性。
防洪堤基础不处置。
主
要
优
点
理论上地基强度随着时刻的增加能取得必然提高，工后沉降较小。
适用于本工程的地基加固处置；
有效提高防洪堤基础承载力。
造价较低。
适用于本工程的地基加固处置；
搅拌桩整体性较好；
稳固性能高；
主
要
缺
点
须堆载预压，施工工艺复杂，工期较长；
堤身不高，施工期沉降不明显；
造价较高。
施工周期较长。
可能由于施工不均匀难以达到设计指标。
防洪堤地基强度不能随着时刻的增加而提高，工后沉降较大；
（工后沉降能够通过施工期预留沉降平稳）
造价略高。
结
论
比较方案
比较方案
推荐方案
依照上面的论述及三个方案组合的经济技术比较，咱们以为碎石振冲桩方案不能适用于本工程的地基加固处置，而水泥搅拌桩由于对加固淤泥、含水量较高、强度较低土层有更多的适用性，因此在本工程地基加固处置中，咱们以为，水泥搅拌桩是适用的。
水泥搅拌桩布置型式上，从理论上分析，块状式布置与柱状式布置没有原那么不同，都可知足复合地基的要求，起到抗滑稳固作用。
但由于施工工艺的不同，柱状式布置可能由于施工质量的不均匀性，形成的复合地基难以达到设计指标；而块状式布置就可幸免施工上的缺点，可不能因施工的缘故造成复合桩基的设计指标不同，工程平安度能取得最大限度的保证，最终推荐方案三。
设计确信将水泥搅拌桩作为基础处置的方案后，浙江大学水工结构与水环境研究所对其合理性及水泥搅拌桩的布置形式进行复核，复核结论与设计结论大体一致，证明本工程采纳水泥搅拌桩作为基础处置方式是合理的。
5、结语
东江奉化段堤防整治工程是《甬江流域综合计划》和《甬江流域防洪治涝计划》中确信的中疏工程中的重要工程之一，承担着奉化江流域，乃至整个甬江流域防洪重任，也是保障两岸平原防洪排涝平安的重要方法。
本工程的实施，将有效的提高奉化市东江、剡江干流的防洪能力和干流双侧平原的排涝能力，改善区域水环境，关于维持本地域国民经济持续、健康、快速进展和进一步提高本地人民生活水平和质量有着重要的作用和意义。
基础处置方案选择的成败，直接阻碍到工程整体造价，本次我院在方案比较的同时也请浙江大学对基础处置方案进行复核，以为水泥搅拌桩由于对加固淤泥、含水量较高、强度较低土层有更多的适用性，因此在本工程地基加固处置中，水泥搅拌桩是适用的。
参考文献：
[1]周国均，叶观宝.地基处置手册.北京.中国建筑工业出版社[M].2020年6月：
465－546.
[2]JTJ/T259－2004.水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程[S].
[3]DL/T5214－2005.水利水电工程振冲法地基处置技术标准[S].
[4]DB33/1001－2003.建筑地基基础设计标准[S].
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