水泥固化桩在水库坝体的应用浅析

水泥固化桩在水库坝体的应用浅析

励健1, ,陈明1 ,汪艳2

1浙江浙勘检测责任有限公司

2 浙江省工程勘察设计院集团有限公司

【摘要】水库工程作为工程建设中最为常见的一种，其在建设过程中，坝体的制作材料主要包括相应的粘土，存在地基复合强度低，渗透性能差等缺点。水泥固化桩具有施工方便，工程造价低，可靠性高等优点，可很大程度上降低使用过程中的风险。本文将阐述软土地区的水库坝体在水泥固化桩工艺的应用。

【关键词】水泥固化桩；软土地基；无侧限抗压强度

【引言】随着经济迅速发展，水利工程设施建设对我国的重要作用不言而喻，但是我国的该工程发展起步晚，水平较低，于是在施工建设中，往往会遇到各种问题，比如，某些土地性质奇特复杂，无法达到施工要求，甚至引发已完成多年的建筑物发生不均匀地沉降，不仅严重影响到建筑物的安全使用，而且有可能损害到人民的生命财产安全，百害而无一利。那么，在工程施工之时，加固地基就变得至关重要。由于水泥固化桩便宜，低廉、加固效果强、压缩性低和渗透性高等优点，因此在国内地基加固工程中具有广泛的关注和应用[1]场景。

一．工程地质条件及处理方法

1.1、工程地质条件

根据地质报告，项目所在区域表层为淤泥质黏土（厚度3-6m)，力学性质很差（见表1）。由于坝基填土高度较高，根据坝基稳定性验算，需进行软基处理。前期方案阶段对一般软基处理方案进行了论证，最终确定坝基采用淤泥固化桩进行处理软基。

表一：

坝基填筑后采用等载预压，预压高度 1m ，预压期≥8个月，预压期间同步通车预压，施工期沉降方按20cm（宕渣）计，卸载高度按0.8m计。同时考虑纵、横向预抛高，横向预抛高按照2.5％横坡设计，纵向预抛高厚度暂按0.1m 计，施工过程中可根据沉降观测情况调整预抛高厚度。

1.2、处理方法

设计采用淤泥固化桩对一般段进行处理，标准段采用长桩处理，桩径 lm ，桩长6m，间距2m，采用正方形布置。坝基边部6m范围均考虑采用短桩加密处理，短桩桩径1m 桩长2m，间距1m。

为保证施工质量，在施工之前应进行工艺性试桩。水泥固化剂掺入量按原状土天然密度1.6g/cm3的12%、14%、16%控制，试桩完成后将通过现场开挖和钻芯取样试压进行评价。其中，工艺性试桩打设深度＝底高程＋设计桩深。试桩完成后，对试桩进行抽样检查，抽样检测时间分别在成桩龄期7天、14天、28天，进行取芯检测。

现场质量检测要求：淤泥固化桩28天无侧限抗压强度应达到1.0MPa。

二．水库坝体软土地基水泥固化桩的应用分析

2.1施工前的准备工作

首先，清理好施工现场。如果说没有彻底清除地面上的垃圾、丢弃物、杂物等，导致施工地面不平整，就无法保证水泥搅拌桩在钻孔时符合相关需求。如果是地面坑洼的情况，则需要展开适当填压处理来保障水泥搅拌桩顺利置入地基；其次，选择合适的喷射材料。喷射材料的选择在很大程度上会影响到水泥搅拌桩施工的工程质量，而水泥作为该工程最重要的原料，其选择也应和所需软土地基相适应，与此同时，水泥凝固后的加固效果也必须符合相关规定和要求[2]。一般来说，我们会选择较高等级的硅酸盐水泥；最后，准备好适当的工程设施。钻机作为水泥搅拌桩施工的核心设备，应当尤为注重该设备的精密调试并展开测试，还要严格检查其他进场设备，确保安全性能完好无缺。

2.2如何使用水泥固化桩

①放线定位固化桩的位置，勘测人员应当严格按照工程设计图纸，根据水泥固化桩的实际位置开展放线操作，范围控制在允许误差内。

②将钻机设施放置在搅拌桩口正上方，依据放线定位，保证钻孔垂直度，使桩位、钻头中心处于同一水平直线。另外，还要调整层向轨至垂直于搅拌轴处，确保钻机主轴倾斜度低于1%。

③保证钻机部位处理的最佳位置，然后开启钻机，施工时保证钻机深处的合理性以及钻入时需要开启喷浆泵，使水泥自喷浆泵能够充分进入搅拌的泥土中，并且对水泥固化剂和土进行混合搅拌。在钻机钻进过程中，还要做好相关数据的记录，达到钻期预期的深度及位置。

④为了保障地基含有充足的水泥固化剂掺量，增强软土地基的承载力和抗压性，应当在水泥固化剂喷射至桩底后，立即搅拌，搅拌完成后从桩底部开始直到顶部进行复捣，结束后可终止桩底喷射。

2.3施工时的注意要点

水泥固化剂浆液配置与输送。固化剂配置时先放水再放料，根据计量称读数严格控制固化剂各成分重量

，保证水泥与固化剂配比量。

严格按照掺量控制水灰比，水泥固化浆剂配制后需不间断搅拌并保证浆液材料均匀且不沉淀，施工前必须根据供浆量调节各供浆泵的供浆流量。

2.3.1施工时控制质量

施工前，严格按设计施工图放样，施工过程中做好施工记录，现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括施工桩位、固化深度、施工时间。

严格按照设定喷浆嘴孔径大小、泥浆泵电机频率及其开启时间和停止时间，以保证淤泥固化掺入量，上升至工作基准面后应立即停止，防止固化剂流失。

严格控制搅拌时的下钻、提升速度及搅拌次数，确保加固范围内土体与固定通化剂得以充分搅拌影响喷浆或搅拌次施数，必须重新加固施工。

淤泥固化桩在施工过程中发现地基情况与设计资料不符，应及时停工联系监理、设计、业主单位。

2.3.2 检测成桩后的质量

（1）开挖前的检查。检验加固搅拌桩的外形特征，选择合适数量进行开挖检测工作。

（2）钻探取芯。能够直观水泥固化剂体和软土地的拌合状况，桩身完整性和无侧限抗压强度是否满足设计要求。

（3）平板载荷试验。对现场的平板载荷试验是否满足复合地基、单桩承载力的规范要求。

2.3.3控制标准

（1）测量桩距，桩位标高。

（2）水泥用量，选取有合格证以及有质检报告的42.5Mpa普通硅酸盐水泥，再用电子秤称量好水泥固化剂用量，再进行搅拌。

（3）桩长控制。在钻杆上标好实验前设计好的长度，根据钻机进桩时的负载电流数据变化，一直到桩杆不再进尺，实测桩长。

三．桩身的质量检验与分析

1.成桩一周后，挖开0.5m，查看外观，刨去桩头0.3-0.5m表层水泥土，检查外观的圆顺情况，是否搅拌均匀等。

2.成桩一周、两周、四周时，通过钻取芯样检测桩体搅拌情况，有无断桩，桩长是否达标，加工芯样，磨制等高试件规格为高径比1：1的圆柱体。在芯样的各部位各取一组，以便于评定桩体强度大小。强度见表2：1

表2

根据不同龄期的无侧限抗压强度数据可以看出：7天龄期的强度基本在0.20MPa左右，离散较小；14天龄期的强度开始出现明显的变化，水泥固化剂掺量越大强度越大；28天龄期的强度基本达到稳定，掺量12%的平均强度基本与14天相近，掺量14%的平均强度（1.15MPa）较14天增长161%，掺量16%的平均强度（1.06MPa）较14天增长32.5%。强度趋势效果见图1.

图1.成桩龄期与抗压强度关系

四、结论

水泥固化桩在水利工程施工应用场景较为常见，它亦是水利工程中不可或缺的一项工程技术，只有不断加强和创新我国的水泥固化搅拌桩工程技术，才能使我国水利工程质量行稳致远。通过三种掺量的试桩比较，不同龄期强度差异较大。从试桩的强度效果，结合设计强度要求，最后选用固化剂掺量14%的工艺。

固化剂掺量14%的水泥固化桩是一个快捷、经济、效率高的软土地基处理方式，通过水泥固化剂搅拌成桩，让软土地基中形成硬度大的桩体，而且还能改善搅拌桩周围的土质。桩与桩体之间结合成复合地基，大大提高了土地承载力，减少土地沉降量，使地基稳定性提高增强抗压强度和抗剪强度，加快施工进度并且提高了工作效率。同时，短时间内可以完成路基沉降，在施工后一般沉降小。综上所述，水泥固化桩的应用技术适应于水库坝体软土地基，可以被我们推广和发展使用。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

【参考文献】

[1]中华人民共和国行业标准YBJ225-91,软土地基深层搅拌加固法技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社。

[2]吕春法，潘运方.东深供水改造工程监理玉标水泥搅拌桩施工与监理控制[J].水利建设与管理，2014，02：31-33+35

[3]金鑫.深层搅拌桩技术在水利工程地基施工处理中的应用[J]中国水运（下半月），2015，01：126-127.

[4]钱国超.高速公路软土地基水泥搅拌桩加固技术.人民交通出版社，2008.