水泥粉喷桩加固大型水闸地基的实践和体会

水泥粉喷桩加固大型水闸地基的实践和体会1.概述粉体喷射搅拌法是近二十年来大规模发展起来的地基加固处理技术。该法由瑞典人KieldPaus提出设想，1974年在瑞典首都斯德哥尔摩以南约十公里处的Hudding首次用石灰粉体喷射搅拌法作为路堤和深基坑边坡稳定措施，并取得成功。我国铁道部于1984年首次成功运用于广东省云浮硫铁矿铁路专用线软基加固。水泥粉喷法是利用喷粉桩机，将水泥干粉喷入软弱基土中，并在原位进行强制搅拌，通过水泥和土的一系列复杂的物理化学作用形成水泥土桩体，与基土共同作用形成复合地基，达到提高承载力和减少沉降的目的。该技术成本低、工效快，曾大量运用于铁路、建筑工程地基加固，但大型水利工程的运用较为鲜见。何巷闸将该技术成功运用于地基加固，开辟了一条新路。2.工程设计2.1工程概况何巷闸是治淮战略骨干工程怀洪新河的进口控制工程，位于安徽省怀远县境内淮北大堤涡河圈堤上，属Ⅰ等1级建筑物，该闸以分洪为主，设计分洪流量2000m3/s，并兼有蓄水和引水作用，单孔净宽8m，共分14孔，闸室为钢筋砼胸墙式结构，底槛高程15.37m，胸墙底高程21.37m，闸室高10.5m，顺水流向长20m，闸室上游采用半径为20m的圆弧型翼墙，下游采用缓变曲线型翼墙，翼墙挡土高度10.5m，采用钢筋砼格仓式结构。2.2地质条件工程位于淮河、涡河冲积平原上，揭露的地层均为淮河、涡河的冲积、淤积层，具有较为典型的河流相冲淤积地层特征（即颗粒质结构大致辞上细下粗），从钻探资料所揭示的地层来看，闸室底板以下地层分布如下：第一层：灰黄色淤质重粉质壤土，淤质粉质粘土，流塑~软塑状，饱和、高压缩性，含水量42.8%，干重度12.7KN/m3，孔隙比1.293，液性指数1.22，天然地基承载能力70Kpa。层底高程10.6~10.8m，厚约4~4.5m；第二层：黄、棕色重粉质壤土，粉质粘土，硬塑状，中偏低压缩性，含水量22.4%，干重度16.6KN/m3，孔隙比0.642，液性指数0.27，天然地基承载能力200Kpa，该层层厚约3m，层底高程7.5~8.5m；第三层：极细砂、细砂，黄色、中密状，顶部约1m厚为砂壤土，下部夹有较厚的粉质壤土透镜体，本层已揭露厚度大于16m，天然地基承载能力200Kpa。场地地下水有两种类型，①~②层地下水为潜水，水位高低主要受大气降水、河水位影响，雨季稍高，约18~19.2m；③层以下地下水具有承压性，第二层重粉质壤土为完整的隔水层，据大范围地质钻孔资料分析，该层含水与涡河河槽不直接连通，地下水位主要受潜水越流补给，地下水位约17.5~18.5m。2.3地基处理设计确定方案何巷闸闸室、岸墙及上游翼墙均座落于第一屋淤质土层上，天然地基承载能力仅70Kpa，而它们的基底压力则分别达到了100Kpa、190Kpa和200Kpa，显然需采取加固措施。设计中曾考虑了钢筋砼灌注桩、碎石振冲桩和水泥粉喷桩等方案，认为采用灌注桩需钻穿第三层隔水层，引起该区域水文地质条件变化，给以后的管理运行带来复杂的不定因素；采用碎石振冲桩虽可解决承载力问题，但其抗渗性能差，易产生渗透变形，而本闸防洪期持水水头差又较大，水泥粉喷桩水仅可以提高地基承载力，抗渗性能好，而且造价低，只要严格按设计要求控制进尺，喷粉量，采用全程复搅使桩身均匀，同时解决好桩底水泥土与下卧硬土层的结合问题，该方案完全可以满足本闸的承载力和沉降要求。设计计算根据搅拌桩的作用机理可知，所形成的水泥土桩体与桩周土组成复合地基共同承担建筑物荷载，由于二者刚度相差较大，桩体与桩间土如何分担建筑物荷载是较为复杂的问题，目前，可按下列经验公式计算。fsp.k=Rk.m/Ap+β(1-m)fsk裕E义sp.k纯=[1+锐m(n-怒1)]E瞎sk晋式中：布f批sp.k寄---秩----守---卡复合地基蛛承载力标阿准值粱

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n偏----平----我----烦桩土应力哲比陆通过计算趣，闸室底构板、岸墙上及上游翼达墙桩土置客换率分别煤为社0.19斩6蔑、筋0.34殊8斧和菌0.40躺，均采用刑正方形布屿置，桩径毙0.5m摸，桩距依胀次为隔1.0迅、尘0.75钉和抬0.70鹊m壮。考虑到相水闸岸墙陶及引堤超刘载影响，折为减少岸侮墙后引堤山超载引起罪的后仰沉极降量，岸同墙后另布馅置三排护耀桩，其他招结构底板斤轮廓外布吓置一排护遵桩。境3.凝施工控制模粉喷桩地抵基加固技假术成本低逢、工效快绒，曾大量质运用于工普民建工程局，后因其推喷粉量、怕搅拌均匀修性等不易宪控制，一羊般重要建敌筑物特别隙是水平荷猛载较大的军水利工程蛋均不再推吉荐采用，诱何巷闸为李大鸦型渔Ⅰ府级水闸，盼如何保证母施工质量饰是该闸地回基加固处脏理的关键进所在。碰3.1腹工艺性试孙桩恼为保证工邪程桩的成妈桩质量，缩在正式实风施粉喷桩名之前，均爷应按设计朴确定的初降步施工工鸡艺打设工碗艺试验桩送。何巷闸唤工程共布呢置了每10典根工艺性骄试桩，两轨根为一组筐，分别以牢进入硬土患层兴0.5m腐和潮1.0m挂，半程复承搅和全程富复搅。不驳同的钻进资速度和提锁升速度、搞喷灰时间弊、钻机电吓流等参数阅成桩，试喇桩降7纷天内，在往搅拌桩泛d/4崖位置钻孔验取芯，重准点观察桩扛底与硬土赠层结合面肺、桩进入过硬土层质驼量、桩身字的均匀性血，最后确现定了详细应的成桩工诞艺欢：历①倘桩身进入柜下卧硬土珠层贸0.5m抵，此时钻构机电流约签65A登；替②神钻进和提间升速度不针大于浪1午米眉/录分钟娱；寒③柔成桩采用弓全程复搅拐；其④养钻头到桩促底时原地哗旋转续1维分钟，开彩启灰罐，伏再间隔泄10肾秒后，钻迈杆提升。多工艺性试喝桩所确定捷的参数，转为施工、嫂监理单位藏提供了操孝作性很强强的量比指领标，为保蠢证工程质膛量提供了阅可靠的依冒据。弃3.2锯工程桩施蹄工邮粉喷桩的烧质量除科阶学的设计桨作为保证推之外，关犁键还在于仰施工质量乎，何巷闸尸为淮北大芳堤上身的遮Ⅰ头级慰员建筑物工耳程，保证溜工程质量饮是建设、椒设计、监羽理的共同重目标，各役参建单位带领导也高渴度重视，顾在整个实丸施过程中单，施工单推位成立了叹以项目经捡理为组长剃的地基处沿理领导庸小烧暑组，监理趁单位全程秋旁站监理侧，设计单袜位长驻工迈地配合，狠严格按照彼工艺桩所诵确定的各方种参数有倘序施工，仆克服雨雪贯天气，在兆一个月时飘间内顺利傍完成了吗4875满根粉喷桩肿施工，经箩对裹101仇根桩的抽宜样轻便触菜探试验和亿静载试验到，施工质摆量满足设娘计要求，显达到了预统期目的。衡3.3.军1忘轻便触探协按照有关普规范，对价不少于良2%昂桩数进行摄抽样检验进，根据轻减便触探击航数思(贴N描10红)糕与水泥土京强度对比拨关系来看嫁，当桩身链24h凡龄期扰30cm习是入度的喘击数准N镇10择大于据15亲击时，可翻以认为强骄度已能满张足设计要早求，由于喉桩身较短扁(鲁<4.0迹m)牧，要求进哄行全程锤鱼击，在总昌共驳101筹根桩试验冶中，其锤哨击数棉N挖10届均在搭16~2妥4馆击之间，捆满足规定物要求。胁3.3.商2隶静载试验缘为更加直林观的检验拢粉喷桩的亩加固效果段，在闸底陆板范围内拢抽样进行善了单桩复唐合地基、耻四桩复合桑地基垂直阴承载力静祥探试验，过同时进行雨了桩间土著垂直承载办力试验。情单桩复合帅地基承台震板面积为关1.0x昏1.0m杀，四桩复右合地基承愚台板面积喂2.0x殊2.0m塘，均与设子计置换率程相同，加锈载方法为院均匀堆载洽。试验结战果为：单猴桩复合地若基垂直承魔载力标准核值扬f李k浪≥责138k窗pa,薄沉降健s=4m映m致；四桩复剥合地基锁f践k中≥取120k调pa,棉s=8m童m,能桩间土扇f现k楼=倍72kp浑a醒，吐s=4m响m费。试验结即果表明，陵由于群桩伴效应，四蜓桩复全地吸基承载力钟小于单桩用复合地基归，但均已深满足闸室望上覆荷载么100k巧pa渣的要求。听4.忠加固效果讽何巷闸天魔然地基承努载力仅为誓70kp薯a晴（试验值上为卸72kp棕a泥），而闸顾室、岸墙方及上游翼灾墙基底压来力分别达摘100k怠pa竹、垄190k乞pa惨和刑200k吃pa透，尽管基副础下卧压宇缩层不厚搅，但天然芝地基沉降桌量理论计睬算值分别方达到了饰30mm叠、游141.花2mm篇和匙155m鲁m恼，闸室与渣岸墙沉降祸差高达顿110m妖m完，将严重恰影响闸门池的开启和伞封水效果严。何巷闸跨完工近三板年，采用喂粉喷桩加梅固后，经繁沉降观测纳，闸室最类大沉降量依为迁13mm雀，岸墙为西18mm茧，闸室与黑岸墙沉降退差仅为晕5mm暑，且从沉北降曲线分蕉析，已趋棒于稳定，扭超预期达帝到了加固圣效果。券5黄．结语与帆体会希粉喷桩是贪一种高效钞、经济和深安全的地谢基处理技污术，不仅劣可用于一蜘般工民建缸和交通工燃程，也可南用于大型渗水利工程盖，设计和膜施工中应剖注意以下毙几点：腐5.1船适当地层暂条件袄拟加固的凭软土地层秩厚度一般失应小于嫁10m贡，且下卧临硬土层天形然地基承长载能力以逆大于哪150k分pa份为宜，桩际底进入硬竞土层的深骨度应视硬汉土层含水左量、强度惰、通过工牲艺桩取样旨试验确定脆，务必保贸证硬土层惧内桩体搅钱拌均匀、予固结良好额和桩尖与暴硬土层的债良好接触狐，绝非进言入硬土层幅越深越佳茎，避免因夏硬土层内受含水量过坐小，固结澡差而导致奉削弱桩体植强度。涉5.2怜桩身均匀吸控制死一般操作灰规程规定庭，粉喷桩先复搅深度密为贱1/2沿桩长或些1/3渗桩长，从拣工艺桩取沃芯结果看始，一次喷甲粉提升成舱桩桩体水竿泥土搅拌戒均匀性差唯，印“杜干借层疾”睛现象严重章，影响了迈桩身强度植，为保证攻桩身均匀兴性应采用劲全程复搅处工艺成桩眼。业5.3艺钻杆提升由时间踏为保证桩茎尖成桩质亚量，钻至偶桩底后，耐钻机应在悼原地旋转丝1~2嗓分钟，打阳开灰罐后扛，应使粉辰体水泥从夏喷咀喷粉郑后才能提浸升，水泥梁干粉从钻障口到喷咀爬的时间与叨连接两者故的皮管长齐度和空气小压力有关知，应由试汗验确定。漠5.4淡护桩妙粉喷桩为倾复合地基股，其加固飞范围不能疲局限于基踢础轮廓线饿范围以内困，周围