水泥搅拌桩在某堤防软基处理中的应用

陈和锋 陆佳炜 吕晓威 顾春新

【摘要】水泥搅拌桩桩基属于复合地基，可提高地基承载力，还可提高加固土体的快剪指标，进而提高堤防整体抗滑稳定，近几年被广泛运用于水利工程。通过对温州市某堤防工程水泥搅拌桩应用实例，介绍了水泥搅拌桩复合地基特性参数取值的计算方法，以供类似工程参考。

【关键词】水泥搅拌桩；软基；处理

水泥深层搅拌桩复合地基主要适用于淤泥、淤泥质土和含水量较高的地基承载力标准值不大于120 kPa的黏性土、粉土等软土地基，目的是增加软土地基的承载力，减少沉降量，提高边坡的稳定性等。

1、工程概况

无锡市某河道治理工程整治河道长773. 3 m，防洪堤堤距80 ～ 126. 7 m，两岸防洪堤总长1 520. 8 m。防洪堤为土石混合堤，堤顶宽度为5. 0 m，河底高程0. 00 m，堤顶高程为7. 30 m。防洪堤横断面采用上斜下直结构复式断面，下部为重力式挡墙，上部为斜坡绿化带。防洪堤挡墙采用浆砌块石砌筑，迎水、背水坡为1∶ 0. 1、1∶ 0. 4，挡墙顶亲水平台宽4. 0 m，高程4. 50 m，平台后为1∶ 3. 0斜坡绿化带。

根据地质勘探成果，地基土层从上到下依次为： ①素填土； ②粉质黏土； ③ - 1 淤泥质黏土； ③ - 2 淤泥； ③3 -2： 圆砾/淤泥夹圆砾夹层； ④卵石； ⑤含角砾粉质黏土；。

2、堤身抗滑稳定计算

2.1 计算方法

堤身稳定分析采用stab 边坡稳定分析程序计算，计算方法采用瑞典条分法，其公式如下：

2.2 计算工况

由于内坡无需稳定计算，故仅对外坡失稳情况进行计算，计算工况如下：

1） 正常运用情况。填土绿化后堤顶高程7. 30 m，适当考虑顶部活荷载，转化为土体高度输入计算分析。河道内水位为多年平均低潮位0. 00 m，地下水位取日常水位3. 0 m。土体指标选用直剪固快指标，计算方法采用总应力法。

2） 非常运用情况。工程施工至堤顶高程7. 30 m，适当考虑顶部活荷载，转化为土体高度输入计算分析，堤后填土在堤防建成后再进行施工加载。河道内水位为多年平均低潮位0. 00 m，地下水位取日常水位3. 0 m。土体指标选用直剪快剪指标，计算方法采用总应力法。

2.3 计算结果

选取最不利断面左岸桩号0 + 000 为计算典型断面，通过计算可知，由于存在淤泥等软弱土层，在非常运用工况下，堤身抗滑安全系数不能满足规范要求，需要进行地基加固处理。

3、基础处理设计

3.1 处理方案选择

针对无夹层软基处理方案，拟定水泥搅拌桩、灌注桩两种方案进行技术经济比选，见表3。

1） 水泥搅拌桩方案。水泥搅拌桩按等边三角形布置，中心距1. 4 m，直径φ600，采用42. 5 水泥，水泥掺入量15%，搅拌桩面积置换率m 为16. 6%，基础处理宽度9. 7～ 12. 5 m，桩长8. 0 ～ 11. 0 m。

2） 灌注桩方案。φ800C25 钢筋砼灌注桩设两排，梅花型布置，横向间距为2. 4 m，底部进入砂卵石层1. 6 m，桩长9. 6 ～ 12. 6 m。本工程水泥搅拌桩长9. 7 ～ 11. 1 m，对于墙后侧高回填土水泥搅拌桩还可减小沉降，且工程投资要优于灌注桩方案，因此推荐水泥搅拌桩方案。

3.2 复合地基土体强度指标选取

用高压三轴仪进行剪切试验表明，水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。当抗压强度qu 为500 ～ 4 000 kPa时，其黏聚力C 为100 ～ 1 100 kPa，一般约为qu 的20% ～ 30%，其内摩擦角变化在20° ～ 30°之间。

根据《建筑地基处理技术规范》（ JGJ 79 - 2002） 条文说明，当水泥掺入量比大于10%时，水泥土强度可达0. 30～ 2. 0 MPa以上，一般水泥掺入比采用12% ～ 20%。综上所述，结合类似工程经验，设计取水泥土抗剪强度100 kPa，内摩擦角φ 为20°。

复合地基抗剪强度Cc和φc分别按下式计算：

3.3 地基加固后稳定计算成果

加固后的堤防抗滑稳定安全系数满足规范要求，堤防抗滑稳定安全。

3.4 地基承载力复核

水泥搅拌桩复合地基的承载力特征值按中下式计算：

經计算，基底最大压应力为62. 67 kPa，采用水泥搅拌桩加固后，其复合地基承载力标准值为fspk = 106. 88 kPa，大于62. 67 kPa，应力满足要求。

4、结语

本工程天然地基经水泥搅拌桩加固后，加固土体的快剪指标得到提高，提高了堤防整体抗滑稳定性，方法非常有效。工程完工验收投入运行至今已一年半，后期沉降在2 ～ 5 mm，没发生滑坡崩塌现象，堤岸整体稳定安全。与灌注桩加固地基处理相比，采用搅拌桩段堤防节省了数百万元。而且该基础处理方法施工简单、工期短、投资省，是水利工程中提高地基承载力和地基土抗剪强度较为普遍采用的一种基础处理措施，其他软土地基上的堤防工程可以借鉴使用。

参考文献：

[1] 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册[K]. 北京： 中国建筑工业出版社， 1993.

[2] 龚晓南. 复合地基[M]. 杭州： 浙江大学出版社，1992.