水泥粉喷桩在河床地基处理中的应用

(抚顺市水利勘测设计研究院，辽宁 抚顺 113008)

水泥粉喷桩是一种施工方便、操作简单、价格便宜的软土地基处理方法，具有地基处理效果好、操作方便和经济等优点，广泛应用于桥梁、泵站和水闸等涉水工程。相关学者对此进行了研究，张永刚[1]研究了水泥粉喷桩在高填方软土路基施工中的应用及对公路质量的影响。杨益[2]通过分析水泥粉喷桩在输水工程中的应用，得到水泥土桩体对双南干渠灌排的影响。罗晓光[3]根据设计方案，研究了水泥粉喷桩在水闸工程中的施工控制措施。河床地基的处理不仅影响建筑的稳定性、强度与工程造价，而且直接影响水土建筑的稳定性能与质量安全及人民财产安全[4]。本文根据水泥粉喷桩复合地基主固结沉降的计算公式得到灯塔灌区与大伙房水库的单桩沉降计算Q-s图与单桩复合地基沉降计算p-s图，进行了灯塔灌区与大伙房水库的单桩竖向抗压静载试验与单桩复合地基静载试验，确定了不同地质条件对桩基的影响，为相关研究提供了理论指导。

1 水泥粉喷桩的沉降计算

1.1 复合地基主固结沉降计算

复合地基主固结沉降主要包括加固区土层压缩量s1与下卧区土层的压缩沉降量s2两部分，即

s=s1+s2

(1)

式中s——总沉降量，mm；

s1——加固区土层沉降量，mm；

s2——下卧区土层沉降量，mm。

加固区土层压缩量s1与下卧区土层的压缩沉降量s2通过分层总和法进行计算：

(2)

式中s′——沉降量，mm；

Hi——土体厚度，mm；

ΔPi——第i层附加应力增加值，kN；

E——土层的复合模量。

现场施工一般通过应力扩散法计算传送至下卧区土层的荷载：

(3)

式中P——复合地基荷载,kN；

P0——基底附加应力,kN；

h——复合地基加固厚度,mm；

B——复合地基荷载作用宽度,mm；

β——扩散角,(°)。

1.2 灯塔灌区的沉降计算

根据相关计算公式，得到灯塔灌区单桩沉降计算Q-s图与单桩复合地基沉降计算p-s图(见图1和图2)。

图1 灯塔灌区单桩沉降计算Q-s

图2 灯塔灌区单桩复合地基沉降计算p-s-

由图1和图2可以得出两点相同的结论：ⓐ地基固结时间直接影响沉降量，沉降量随着固结时间变长而增大，当到达一定时间以后，沉降量达到稳定；ⓑ上部荷载决定沉降量，沉降量随着上部荷载增长而变大。经过计算，大伙房水库单桩沉降、复合地基沉降与灯塔灌区的沉降具有相同的规律。

2 水泥粉喷桩的检测

2.1 检测方法

2.1.1 单桩竖向抗压静载检测

单桩竖向抗压静载试验通过压重平台反力装置(包括位移表与刚性承压板),采用“慢速维持荷载法”进行试验，沉降数值为各表数值平均值。当50min内连续两次出现柱顶沉降量小于0.10mm时，视为沉降稳定。

终止加载标准：达到最大设计值；桩顶沉降高于上一级荷载沉降量的2倍，36h未稳定；桩顶沉降高于上一级荷载沉降量的5倍。

2.1.2 单桩复合地基静载检测

单桩复合地基静载试验方法同单桩竖向抗压静载试验。记录荷载前后沉降量，当50min内出现沉降量小于0.10mm时，进行下一级加载。加载荷载的一半视为卸载，25min记录一次回弹量，完全卸载后3.5h记录最终回弹量。

终止加载标准：加载压力高于设计的2倍仍达不到荷载极限；累计沉降量高于承压板直径或宽度的5%；承压板或者周围土隆起。

2.2 灯塔灌区检测结果分析

2.2.1 单桩竖向抗压静载荷试验

抽选桩号为55号、225号、885号三根桩进行灯塔灌区单桩竖向抗压静载荷试验。225号桩试验结果见表1。

表1 225号桩检测数据

由表1可见，225号桩荷载为126kN时，沉降量对应为3.42mm，荷载为253kN时，最大沉降量对应为31.66mm，稳定抗压而没有到达荷载极限，最大回弹量为8.45mm，残余沉降量为23.21mm，与沉降计算相符合，满足设计要求。

2.2.2 单桩复合地基静载荷试验

抽选桩号为445号、525号、815号三根桩进行灯塔灌区单桩复合地基静载荷试验。桩号525号试验结果见表2。

表2 525号桩检测数据

由表2可见，桩号525号荷载为176kN时，沉降量对应为4.70mm，荷载为353kN时，最大沉降量对应为29.70mm，稳定抗压而且没有到达荷载极限，最大回弹量为9.21mm，残余沉降量为20.49mm，与沉降计算相符合，满足设计要求。

2.3 大伙房水库检测结果分析

2.3.1 水泥土搅拌桩检测

大伙房水库水泥土搅拌桩分布于上游段、闸室段及下游段，检测结果见表3。

由表3可见，大多数检测位置都能满足设计要求，不满足要求的部位集中在大伙房水库闸上两侧翼墙，经现场开挖检测，682号桩桩下55cm出现桩体裂开现象，583号桩桩下75cm出现夹泥层，土壤为褐色淤质，导致桩身搅拌不均匀。经研究采取换填水泥土进行人工分层压实加固。大伙房水库闸上左岸翼墙挖去60cm原土，换为水泥土加固；闸上右岸翼墙挖去80cm原土，换为水泥土加固。经检测，均能达到设计要求。

表3 大伙房水库水泥土搅拌桩检测结果

2.3.2 水泥土揽拌桩复检分析

为了保证地基均衡与满足设计要求，大伙房水库闸下两侧翼墙进行550mm水泥土换填，闸室进行650mm水泥土换填，闸上左岸翼墙进行850mm水泥土换填，然后对水泥土换填的地基进行检测，结果显示大伙房水库各部位均能达到设计要求。闸室中部242号桩具体检测结果见表4。

表4 242号桩检测数据

续表

由表4可见，242号桩荷载为148kN时，沉降量对应为5.18mm，荷载为296kN时，最大沉降量对应为23.79mm，稳定抗压而没有到达荷载极限，最大回弹量为9.90mm，残余沉降量为13.31mm，与沉降计算相符合，满足设计要求。

3 结 论

水泥粉喷桩是一种施工方便、操作简单、价格便宜的软土地基处理方法，具有地基处理效果好、操作方便和经济等优点。本文通过灯塔灌区与大伙房水库的单桩竖向抗压静载试验与单桩复合地基静载试验，得到以下主要结论：灯塔灌区利用桩基处理地基，结果与沉降计算相符合，满足设计要求；大伙房水库上游段、闸室段及下游段水泥土搅拌桩应用性能均能满足设计要求；通过相同的施工方法对灯塔灌区与大伙房水库进行桩基处理，灯塔灌区喷桩处理地基效果良好，而大伙房水库由于地质复杂导致检测结果与沉降计算出现偏差，表明不同地质条件对桩基具有决定性影响。

[1] 张永刚,李俊才,邓亚光,等.管桩水泥土复合桩挤土效应现场试验[J].地下空间与工程学报,2015,11(3):601-606.

[2] 杨益.水泥粉喷桩在泵站地基处理中的设计计算[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2013,13(1):17-18.

[3] 罗晓光,张瑜.水泥粉喷桩在水闸淤泥软基处理工程中的应用[J].水利技术监督,2008,16(1):48-50.

[4] 叶常桃.高压旋喷桩在船坞堵漏中的应用[J].水利建设与管理,2015,35(12):16-19.