引江济淮枢纽节制闸水泥土搅拌桩试桩竖向承载力试验结果分析

2023-11-30朱士彬

治淮 2023年11期

朱士彬

（安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站），安徽合肥 230088）

0 引言

水泥土搅拌桩主要用于加固饱和软土地基，它是利用水泥作为固化剂的主剂,采用特制的深层搅拌机械将软土与固化剂强制搅拌,利用固化剂与软土所产生的一系列物理和化学反应,形成具有一定整体性、水稳定性和强度的水泥土桩体。根据水泥掺入状态不同,分为湿法和干法两种工艺,湿法工艺根据钻杆旋转方向,又分为双向及单向水泥土搅拌桩两种施工工艺。本文通过引江济淮节制闸水泥土搅拌桩单向、双向两种工艺试桩竖向承载力试验结果，分析了单向搅拌法在加固饱和软粘土中失败的原因，指出了在加固饱和软粘土地基时宜采用双向搅拌桩。

1 工程概况

引江济淮枢纽节制闸建基面高程0.9～2.4m，基础位于①2层砂壤土、②层淤泥质土和②4层粉细砂中。②层淤泥质重粉质壤土强度较低，最高含水率54.9%，最小干密度1.10g/cm3,液限最大值46.1%，塑性指数最大值17.4%，凝聚力最小值5.8kPa,内摩擦角最小值2.0°，地基均匀性差，承载力低。设计采用水泥土搅拌桩加固处理，桩径0.6m，桩长15m，桩顶高程约4.00m，采用湿法施工，水灰比为0.5，以④、⑤层重粉质壤土作为桩端持力层，单桩承载力特征值为130kN。工程桩施工前在场地内进行工程试桩，试桩共进行3 次，前两次均采用普通单向水泥土搅拌桩，静载荷试验结果单桩承载力特征值均不满足设计要求，且结果离散性较大，第三次采用双向水泥土搅拌桩，试验结果单桩承载力特征值均能满足设计要求，工程桩施工结束后，通过取芯和静载荷试验得出，桩身搅拌均匀，单桩及单桩复合地基承载力均能满足设计要求。

2 单桩静载荷试验结果

2.1 单向搅拌桩单桩静载荷试验

为了与双向搅拌桩单桩结果相比较，本次选取第一次试桩中的3 根水泥参入比为18%的单桩静载荷试验资料，试验结果见表1，荷载与沉降关系曲线见图1。由表1 可知，单向搅拌3 根单桩试验结果承载力特征值52～104kN 之间，均不满足设计要求，从图1 可以看出，荷载-沉降关系曲线尾部均出现“陡降”段，在最大试验荷载作用下桩顶沉降量均大于40mm,说明破坏形式为桩身破坏，桩身存在缺陷，搅拌不均匀。

图1 单向搅拌桩单桩荷载～沉降关系曲线图

表1 单向搅拌桩单桩静载荷试验结果表

2.2 双向搅拌桩单桩静载荷试验

前两次单向搅拌桩试桩失败后，采用了双向搅拌工艺重新进行试桩，试验结果见表2，荷载与沉降关系曲线见图2。由表2 可以看出，3 根双向搅拌单桩承载力特征值均不小于130kN，能满足设计要求，从图2 可以看出，双向搅拌桩单桩3 根单桩荷载-沉降关系曲线呈“缓变型”，在最大试验荷载作用下桩顶沉降量在9.77～11.89mm 之间，均小于40mm,说明桩身搅拌比较均匀。

图2 双向搅拌桩单桩荷载～沉降关系曲线图

表2 双向搅拌桩单桩静载荷试验结果表

3 试验结果差异原因分析

（1）本工程桩身穿过②层淤泥质重、中粉质壤土，为高含水率饱和的软粘土，呈软塑至流塑状，渗透系数较小,水泥浆液很难渗透到土体中。

（2）由于饱和的软粘土粘性较大，搅拌过程中钻头容易被糊，形成“锤”状，水泥浆液与土体得不到充分搅拌，水泥土不均匀。

（3）单向水泥土搅拌桩“十”字型钻头只能从一个方向切削土体，水泥浆液随着叶片转动方向的附和效应作用下在桩周和桩芯空隙处聚集，中部土体含浆量较小，水泥土不均匀。

（4）钻杆搅拌时，上层松散土体对下部约束作用减弱，水泥浆液在搅拌叶片螺旋升力、喷浆压力、钻杆钻进压力、土压力及超空隙水压力作用下，沿着钻杆上行，冒出地面，造成桩身水泥含量较小，桩身水泥土不均匀，桩体整体性较差。

（5）双向水泥土搅拌桩设置了内、外同心钻杆，内外转杆能同时正反方向旋转，上下叶片同时正、反双向强制切削、搅拌土体。与常规搅拌桩相比，内钻杆上叶片正向搅拌并喷浆，外钻杆上叶片同时反向搅拌切削土体；通过上下叶片正反方向搅拌切削，把水泥浆液限制在两组叶片之间，隔断了水泥浆液的上行通道，减小了浆液集中效应，使得浆液始终集中在两组叶片之间；上、下叶片同时正反旋转，相互抵消了搅拌产生的剪切力，减小了对桩周土体的扰动。