水泥搅拌桩在岸坡加固中的应用

刘 文 辉

(广州市市政工程设计研究总院有限公司,广东 广州 510000)

1 概述

河道整治工程常常会遇到淤泥、泥炭质土等软弱地基，其压缩性大、强度和承载力低，一般需要采取工程措施进行加固后，才能提高地基土体的承载力和强度，满足工程需要。水泥搅拌桩是其中一种常用的软基加固方法，它是利用水泥作为固化剂，通过土体与加固剂的强行搅拌形成水泥土，从而达到改良地基土体的目的。

本文以清远市某河道整治工程为例，介绍了堤岸搅拌桩复核地基设计计算的过程，供类似工程参考。

2 工程概况

2.1 设计堤岸横断面

工程位于清远市，总长度2.2 km。根据相关水系规划，河道设计防洪排涝标准为20年一遇24 h暴雨不成灾，经水文计算，得到河道景观常水位为10.50 m，设计洪水位(P=5%)为12.30 m。综合考虑河道景观、工程造价等多方面因素，河道采用L型重力式挡墙复式断面，河道下口宽度为15 m～60 m，亲水平台宽3.5 m，高程高于景观水位0.5 m，为11.0 m，堤顶超高算得0.7 m，因此，设计堤顶高程为13.0 m。河道设计横断面见图1。

2.2 工程地质条件

根据地勘资料，堤岸地基主要分布有素填土、淤泥质土、淤泥、粉质粘土等土层。其中淤泥及淤泥质土层对堤岸的安全稳定不利，其厚度为0.65 m～10.90 m，平均4.44 m，呈透镜状、似层状或连续层状分布，深灰，灰黑色，饱和，流塑，含有机质。统计标准贯入试验127次，N=1.0击～4.0击，平均2.5击。各土层设计参数建议值详见表1。

3 水泥搅拌桩加固设计

由于大部分河段挡墙基础位于淤泥质土和淤泥等软弱土层上，地基承载力和堤岸整体抗滑稳定性难以满足要求，因此，需对挡墙基础进行加固处理。考虑到水泥搅拌桩具有施工快、造价低等优点，本次地基处理采用φ600水泥搅拌桩，水泥掺入比不小于17%，水泥土设计无侧限抗压强度为1.0 MPa。根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范[1]的要求，搅拌桩桩底穿透淤泥土层，进入下覆土层2 m。

表1 岩土设计参数建议值表

复合地基设计计算时，首先根据地基承载力要求初步确定桩间距，然后通过岸坡整体抗滑稳定计算进一步复核。

3.1 单桩承载力计算

根据规范[1]，搅拌桩单桩承载力特征值按式(1)，式(2)分别计算，并取二者中的较小值作为单桩承载力特征值：

Ra=ηfcuAp

(1)

(2)

其中，fcu为水泥土抗压强度，取1.0 MPa；Ap为桩身截面面积，0.283 m2；η为桩身强度折减系数，取0.25；up为桩周长度，1.885 m；αp为桩端阻力发挥系数，取0.4；qp为端阻力特征值，取粉质粘土未修正的承载力特征值，140 kPa。

由上述两式算得的单桩承载力特征值分别为70.7 kPa，113.10 kPa，因此，单桩承载力特征值为70.7 kPa。

3.2 桩间距计算

搅拌桩复合地基承载力可按式(3)进行计算：

(3)

其中，λ为单桩承载力发挥系数，取0.8；β为桩间土承载力发挥系数，取1.0；fsk为桩间土承载力特征值，取45 kPa；fspk为复合地基承载力特征值，根据挡墙基底应力计算，取80 kPa。

根据上式，可算得面积置换率m=0.171，采用正方形的布桩型式，则桩间距为：

所以取桩间距1.2 m。

4 岸坡抗滑稳定计算

根据GB 50286—2013堤防工程设计规范[3]，采用理正岩土6.5软件，分别计算岸坡在稳定渗流期、设计水位骤降期、施工期三个工况下的抗滑稳定系数，计算方法采用简化毕肖普法。

水泥土抗剪强度可按式(4)，式(5)计算[2]：

C=(1-m)C1+mC2

(4)

tanφ=(1-m)tanφ1+mtanφ2

(5)

其中，C1,φ1为桩间土粘聚力、摩擦角，取表1中淤泥土层的数据；C2,φ2为水泥土的粘聚力、摩擦角。

根据室内试验数据[2]，C2为设计抗压强度的0.2倍～0.3倍，摩擦角在20°～30°。考虑到搅拌桩施工受诸多因素影响，加固后的水泥土强度一般小于室内试验数据，因此对上述方法计算得到的抗剪强度再次进行适当折减：C2=0.2×1 000×60%=120 kPa，φ2=20°。

根据上述计算，淤泥层的水泥土C=24.6 kPa，φ=7.3°，粉质粘土层的水泥土C=30.4 kPa，φ=11.9°。求得各工况下岸坡抗滑稳定系数见表2。

表2 岸坡抗滑稳定计算结果表

由上述计算结果可知，挡墙地基经过水泥搅拌桩加固后，土体的抗剪强度参数得到了明显的提高，因此，岸坡的整体抗滑稳定系数均明显增大，满足了规范[3]要求。可见，本次地基处理设计是合理的。

5 结论

本文以清远市某河道整治工程为例，简述了堤岸复合地基设计计算的过程，主要得到以下两点结论：

1)当修筑在软基上的堤岸整体抗滑稳定性和承载力不满足要求时，采用水泥搅拌桩加固是一种有效而经济的地基处理方法；2)搅拌桩复核地基设计时，可先根据承载力要求初步拟定布桩方案，然后通过岸坡整体抗滑稳定计算进一步复核。