水泥土搅拌桩在宝射河治理工程软土地基处理中的应用

张云华 郝中文 乔生华

一、工程概述

宝应县中小河流宝射河位于宝应运东地区，是宝应县五横四纵的河道之一，也是里下河地区的骨干排涝河道之一。该河道东西走向，西起宝应船闸与里运河相通，向东经望直港、卞家大树、牌楼庄、王家大桥、高夏至大黄土沟与黄沙港衔接，全长37.52km，是里下河腹部地区主要航道之一。流域面积近284km2，保护人口25万，保护耕地面积27万亩。河道运行数十年，沿线穿城区、集镇、村庄，淤积堵塞严重，过水断面萎缩，南堤局部堤防标准偏低、河坡损毁、塌坍，排涝标准不足五年一遇，防洪标准不足10年一遇，加之沿线工程老化失修，大部分涵闸因病险等原因无法正常运行，致使宝射河效益衰减，成为经济发展的瓶颈，综合整治宝射河，提高该区防洪排涝标准，从而为经济发展奠定良好的基础。要解决该片地区的水利矛盾，针对该片地区的地形特点，对中小河流进行整治、扩大外排出路、加强河网沟通等措施均为有效途径。因此宝射河上段整治已列入《扬州市重点地区中小河流治理近期建设规划》中治理项目。

根据《扬州市重点地区中小河流治理近期建设规划》以及江苏省水利厅《关于做好重点地区中小河流治理建设规划编制有关工作的通知》，本着轻重缓急、兼顾全局的原则，对宝射河上段先行整治，起点宝应大河，终点营沙河，工长11.3km，主要工程内容包括老河道疏浚、圩堤加固、块石护砌及沿线配套建筑物等。

二、工程地质

在场地勘深范围内，根据土层的成因类型，物理力学性指标，描述如下。

第1层：人工堆土，灰黄色粘土，表层含植物根系，结构松散，土质不均。多位于地下水位以上，多处于不饱和状态，标准贯入击数N＝4击，比贯入阻力Ps＝1.18MPa，层厚0.5～4.2m，平均层厚2.4m，场地普遍分布。

第2层：灰黄色粘土，多数软塑～流塑状态，少数可塑状态，N＝2击，允许承载力建议值[R]＝70kPa，压缩模量Es＝4.46MPa。层厚 0.7～3.2m,平均层厚1.9m，场地普遍分布，局部缺失。

第2-1层：灰色淤泥，流塑～软塑状态。N＝1 击，[R]＝50kPa，Es＝0.51MPa。层厚1.5～4.3m,平均层厚3.1m，场地普遍分布，局部缺失。

第3层：灰黄色粘土，含铁锰质结核，可塑状态。N＝8.8击，Ps＝2.29MPa，[R]＝180kPa，Es＝6.00MPa，层厚1.5～3.5m，平均层厚2.2m，场地普遍分布，局部缺失。

第4层：灰黄色粘土夹壤土，多数可塑状态，少数硬塑状态。N＝9.2击，Ps ＝2.96MPa，[R] ＝140kPa，Es ＝10.13MPa，层厚 1.0～4.7m，平均层厚2.5m，场地普遍分布。

第5层：灰黄、黄色壤土夹砂壤土，其中壤土多数可塑状态，少数硬塑状态；砂壤土密实状态。N＝14.6击，Ps ＝5.29MPa，[R] ＝160kPa，Es ＝14.81MPa。部分钻孔揭穿，层厚1.4～6.8m，平均层厚2.4m，场地普遍分布。第6层：灰黄色壤土夹粘土，含铁锰质结核、砂礓，其中粘土硬塑状态；壤土多数硬塑状态，局部可塑状态。N＝20.5击，[R]＝320kPa，本次勘察未穿透该层，最大揭示厚度6.1m。

三、工程设计

根据设计要求，结合宝射河航道“五改四”升级，确定河底高程位于-2.5m，将护砌翻砌为块石驳岸墙，顶高程为 2.8m，底板顶高程 0.0m。

结合土层土质情况，基础大部分在第3层土、第4层土，局部在第2-1层土上，第3层、第4层土可作为河道疏浚基础的天然地基持力层。但由于第2-1层土强度低，压缩性高，不宜作基础持力层，需对第2-1层土进行强度和变形验算，或进行局部处理。第4～6层土力学强度一般或较高，作为下卧层可以满足设计要求。

（一）地基处理

由于局部驳岸墙底高程位于第2-1层为灰色淤泥，流塑～软塑状态。N＝1击，[R]＝50kPa，土强度低且沿线土质变化较大，土质力学指标离散性大，需进行地基处理。根据地质勘探报告，推荐采用深层搅拌桩加固地基。在本工程中，桩号 10+000～11+175采用深层搅拌桩。具体布置：深层搅拌桩在平面纵横方向上呈等间距排列，间距为 1.1m，桩长为7.0m，直径为0.50m（详见图1）。

（二）地基加固机理

水泥加固土体的原理是利用水泥作为主固化剂，通过特别的搅拌机械将被加固土和水泥浆（粉）强制拌和，通过水泥水解，水化反应所生成的水泥水化物与土颗粒发生离子交换，团粒化作用、碳酸化反应以及硬凝反应等一系列物理、化学反应，形成具有一定强度和水稳定性的水泥加固土（搅拌桩体）。水泥加固土的强度取决于被加固土的性质（含水量、有机质含量及烧失量等）和加固所使用的水泥品种、强度等级，掺入量以及添加剂等。加固土的抗压强度随着水泥掺入量的增加而增大。工程常用的水泥掺入比为10%～20%，本工程采用16%。

四、施工方法与施工步骤

水泥土搅拌桩施工方法有湿法施工工艺和干法施工工艺，在本工程中采用湿法施工工艺。

（一）水泥土配比试验确定施工工艺及施工参数

正式施工搅拌桩前，应进行现场采集土样的室内水泥土配比试验，当场地存在成层土时应取得各层土土样，至少应取得最软弱层土样。通过室内水泥土配比试验，测定各水泥土试块不同龄期、不同水泥掺入量、不同外加剂的抗压强度，为深层搅拌施工寻求满足设计要求的最佳的水灰比、水泥掺入量及外加剂品种、掺量。利用室内水泥土配比试验结果进行现场成桩试验，以确定满足设计要求的施工工艺和施工参数。

（二）湿法施工工艺及参数

1.施工工艺

①定位。将深层搅拌机移到指定桩位，对中。当地面起伏不平时，应调整塔架丝杆或平台基座，使搅拌轴保持垂直。一般对中误差不宜超过2.0cm，搅拌轴垂直度偏差不超过10%。

②浆液配制。严格控制水灰比，一般为0.45～0.55，在本工程中采用的水灰比为0.6。水泥应抽检，加水应经过核准的定量容器。

水泥浆必须充分拌和均匀。使用砂浆搅拌机制浆时，每次投料后拌和时间不得少于3min。

为改善水泥和易性，可加入适量的外加剂，尤其在夏季施工时应加适量的减水剂，如木质素磺酸钙，一般掺入量为水泥用量的0.2%。

③送浆。将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶，开动灰浆泵，将浆液送至搅拌头。

④钻进喷浆搅拌。证实浆液从喷嘴喷出并具有规定压力后，启动桩机搅拌头向下旋转钻进搅拌，并连续喷入水泥浆液。

根据设计要求和成桩试验结果调整灰浆泵压力档次，使喷浆量满足要求。

钻进喷浆搅拌至设计桩长或地层后，应原地喷浆搅拌30s。

⑤提升搅拌喷浆。将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，并继续喷入水泥浆液，直至地面。

⑥重复钻进喷浆搅拌。

⑦重复提升搅拌。如喷浆量已达设计要求时，可只复搅不再送浆，但需注意此时喷浆口易于堵塞。

⑧当搅拌轴钻进、提升速度为0.65～1.0m/min时，应重复搅拌一次。

⑨成桩完毕，清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口，桩机移至另一桩位施工。

2.施工参数

为使水泥搅拌桩能满足设计要求，其施工参数应根据成桩试验确定。该工程中具体施工参数有：

搅拌钻杆的钻进、提升速度一般为0.5～1.0m/min，该工程中为0.8m/min；搅拌钻杆（轴）的转速（60r/min）；施工桩径0.5m；施工桩长为7m；水泥浆液配合比，水灰比为0.6；采用海螺P.C32.5水泥，每米桩长水泥用量为56.5kg，按原状湿土重的16%，每根水泥桩的水泥用量为424kg；垂直度偏差限值，参照同径钻孔灌注桩，垂直度不超过1%，桩位偏差限值，参照同径钻孔灌注桩，不大于D/6且不大于100mm，为 83mm。

五、结语

水泥土搅拌桩在水利工程中用以加固淤泥、淤泥质土、粉土、粉质黏土，具有以下特点：

一是加固效果显著。采用此法对软土地基加固后效果非常显著。采用水泥土搅拌桩加固淤泥土地基后，桩和桩间土形成复合地基后，强度得到明显增强。按照水泥土抗压强度检测报告，水泥土标养28d强度达到0.9Mpa，静载试验复合地基极限承载力为140 KN，复合地基承载力特征值为70 KN，桩间土承载力明显提高。

二是形式灵活多样。可根据上部结构需要灵活采用柱状、壁状、格栅状和块状等多种加固形式。

三是充分利用原土。利用专用机械在地基中就地将土体和少量固化剂强制进行搅拌，使地基土的复合强度得到提高。

四是对周围环境无污染。在加固过程中对周围土体无扰动，不会造成软土侧向挤出；施工时无振动、无噪声，对周围环境无污染。

五是施工机具简单，施工方法简易。所用的施工机具比较简单，便于制作和推广应用，适合于我国的经济技术条件。

六是节约资金。加固费用低廉，适宜于大规模地基加固工程