深層水泥攪拌樁在大型泵站地基處理中的應(yīng)用(1)

1、    深層水泥攪拌樁在大型泵站地基處理中的應(yīng)用(1)    太浦河泵站工程主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)行地基處理。經(jīng)過(guò)方案比選，主泵房地基采用水泥攪拌樁處理。檢測(cè)結(jié)果表明，加固后的地基達(dá)到了預(yù)期的效果。 關(guān)鍵詞：地基處理 水泥攪拌樁 單樁承載力 單樁復(fù)合地基承載力 1 概述太浦河泵站位于江蘇省吳江市太浦河上已建的太浦閘南側(cè)，是太浦河工程的重組成部分，其修建目的主是解決枯水年份太湖水位較低時(shí)抽取太湖水向下游上海市供水300m3/s，以改善上海水質(zhì)。主泵房?jī)?nèi)布置6

2、臺(tái)斜15°單機(jī)50m3/s的斜軸泵，底板長(zhǎng)84.87m，寬（順?biāo)鞣较颍?0.45m，采用二機(jī)一縫的布置，泵房底板共分三塊，單塊底板長(zhǎng)度為22.50m。進(jìn)水側(cè)底板底高程-8.05m，出水側(cè)底板底高程-6.45m，底板厚2m。安裝間布置在泵房的北端，在泵房的南端布置一座35kV變電站。主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土層物理力學(xué)指標(biāo)較低，天然地基無(wú)法滿足泵房上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)行地基處理。2 工程地質(zhì)條件場(chǎng)地區(qū)地層為巨厚（大于100m）第四紀(jì)河湖相、海相及沼澤相等沉積層，無(wú)活動(dòng)斷裂構(gòu)造分布，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，地震基本烈度為度。場(chǎng)地區(qū)土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。-1，地基承載力標(biāo)

3、準(zhǔn)值為105Kpa，且層屬高中壓縮性土，天然地基不能滿足泵房上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，由于軟土厚度較大，不宜用換（填）土處理。同時(shí)對(duì)層下伏軟弱下臥層需進(jìn)行強(qiáng)度及變形驗(yàn)算。表1    地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)     層號(hào)    土層名稱    土層厚度m    濕密度(kN/m3)    天然孔隙比    天然含水量

4、(%)    塑性指數(shù)IP    液性指數(shù)IL    壓縮模量(MPa)    地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)    1    粉質(zhì)粘土                   

5、             255    2    粉質(zhì)粘土                           

6、0;    150    3    砂壤土                                120    

7、1    輕砂壤土                                120        粉質(zhì)粘土    

8、        摘太浦河泵站工程主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。          &

9、#160;                     105        粉質(zhì)粘土與粉質(zhì)砂壤土互層                 

10、0;              110        粉質(zhì)粘土                          

11、60;     300    1    重粉質(zhì)粘土                                2003泵房地基處理設(shè)計(jì)3.1地基處

12、理方案 泵房地基應(yīng)力計(jì)算以二機(jī)一聯(lián)段作為計(jì)算單元，經(jīng)過(guò)計(jì)算，控制工況為完建工況，泵房在控制工況時(shí)基底應(yīng)力最大值為198.9 kPa，最小值為135.3 kPa，平均地基應(yīng)力為167.1kPa，超過(guò)層土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)層土進(jìn)行寬度修正以后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為128.96 kPa，亦不能滿足設(shè)計(jì)求。層下部為層棕黃、灰綠色粉質(zhì)粘土，該土層厚約5.2m，土質(zhì)均一，呈硬塑狀態(tài)，屬中壓縮性土，其地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為300kPa，是泵房基礎(chǔ)較好的淺層持力層。設(shè)計(jì)考慮了三個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，方案一：預(yù)制鋼筋混凝土方樁方案；方案二：灌注樁方案；方案三：水泥攪拌樁方案。方案投資比較見表2。根據(jù)規(guī)范可知，

13、水泥攪拌樁一般適用于軟弱粘性土和粉性土地基，由于受攪拌機(jī)械攪拌能力的限制，一般不適用于地基承載力設(shè)計(jì)值大于120kPa的粘性土和粉性土，而層灰色粉質(zhì)粘土經(jīng)寬深修正，其承載力設(shè)計(jì)值達(dá)128.96 kPa，但經(jīng)過(guò)室內(nèi)水泥土試驗(yàn)，層土經(jīng)攪拌以后能達(dá)到很好的加固效果，可滿足設(shè)計(jì)的求。經(jīng)過(guò)綜合比較，方案三因其投資省、抗?jié)B效果好以及能較好地適應(yīng)地基變形等優(yōu)點(diǎn)而被選為推薦方案。表2    泵房地基處理方案比較表     方    案    名 稱&#

14、160;   單 位    主工程量    投資(萬(wàn)元)    預(yù)制鋼筋混凝土方樁    混凝土    m3            鋼筋    t     &#

15、160;  混凝土灌注樁    混凝土    m3            鋼筋    t        深層水泥攪拌樁    水泥攪拌樁    m3  

16、0;                 摘太浦河泵站工程主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。水泥攪拌樁

17、樁型采用雙頭攪拌樁（斷面為2個(gè)直徑0.7m搭接0.2m的復(fù)合樁），固化劑采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量選用15%，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)6.58.1m，進(jìn)入層持力層0.51m。根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91），單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下列二式計(jì)算，并取其中的較小值。          式中，為強(qiáng)度折減系數(shù)；為室內(nèi)加固土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值；Ap為樁的截面積；為樁周土的平均摩擦力；qp為樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)；Up 為樁周長(zhǎng)；l為樁長(zhǎng)。根據(jù)本工程的“水泥土檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告

18、”，水泥摻量為15%，齡期為90天的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度=2.31MPa，樁長(zhǎng)考慮伸入持力層0.8m1m，經(jīng)計(jì)算，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值由摩擦樁控制=322.8kN。根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-91），復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值由下式計(jì)算：式中，fs,k為樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值；為樁間土承載力折減系數(shù)（本工程取0.1）；m為面積置換率。經(jīng)計(jì)算，面積置換率m=41.2%時(shí)復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值=196kPa。根據(jù)泵房地基應(yīng)力分析，平均地基應(yīng)力 kPa <，最大地基應(yīng)力<1.2=235.2kPa，滿足規(guī)范求。布置水泥攪拌樁時(shí)考慮了群樁橫截面的重心和荷載合力作用點(diǎn)一致的原則，在泵

19、房的上游側(cè)，樁中心間距為1.2m×1.4m，在下游側(cè)樁中心間距為1.2m×1.525m?？紤]泵房地基的抗?jié)B求，上、下游側(cè)第一排水泥攪拌樁布置成連續(xù)壁狀，搭接0.2m，在主泵房地基外圍布置了應(yīng)力擴(kuò)散樁。樁位布置剖面圖見圖1。在施工圖階段，對(duì)泵房集水井布置進(jìn)行了優(yōu)化。集水井由原來(lái)的大開挖方案優(yōu)化為水泥攪拌樁垂直支護(hù)方案，集水井采用垂直開挖，一方面節(jié)約了土建工程量，另一方面，臨近集水井的工作面由斜坡面改為水平面，方便了工程施工。因水泥攪拌樁置換率較大且為摩擦樁型，因此按群樁作用的原理，對(duì)下臥層地基進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)將攪拌樁和樁間土視為一個(gè)假想的實(shí)體基礎(chǔ)，考慮假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)面與土的摩

20、擦力，驗(yàn)算假想基礎(chǔ)底面的承載力。加固地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rsp3，經(jīng)計(jì)算假想基礎(chǔ)底面的應(yīng)力Pa =217.35kPa。      其下層土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk=300kPa，經(jīng)修正后的實(shí)體基礎(chǔ)底面的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值R=348.4kPa，PaR，可見在上部荷載作用下下臥土層承載力能滿足求。圖1 水泥攪拌樁布置剖面圖泵房地基最終沉降量由復(fù)合土層的壓縮變形值S1和樁端以下未處理土層的壓縮變形值S2組成。S1按下式計(jì)算。式中，p為樁群體頂面的平均附加應(yīng)力；po為樁群體底面土的附加壓力；Eo為樁群體的變形模量；為加固地基的深度。樁端以下未經(jīng)處理土層的壓縮變形值S2

21、按下式計(jì)算：式中，e1i、e2i為基礎(chǔ)底面以下第i層土在平均自重應(yīng)力及平均自重應(yīng)力加平均附加應(yīng)力作用下由壓縮曲線查得的相應(yīng)孔隙比；hi基礎(chǔ)底面以下第i層土的厚度。經(jīng)計(jì)算，控制工況時(shí)S1=1.2cm、S2=8.22cm，泵房的最終沉降量S=S1 S2=9.42cm，小于有關(guān)規(guī)范建議的沉降量控制范圍1015cm，滿足地基的變形求。    4成樁試驗(yàn)試驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步了解施工區(qū)域的水文地質(zhì)條件對(duì)攪拌樁施工的影響程度，并確定如水泥漿的配合比、攪拌提升速度、復(fù)攪深度、注漿壓力及電機(jī)工作電流等施工參數(shù)。通過(guò)水泥土室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入量

22、及水灰比的關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)，在實(shí)地取5層土樣和拌和水，按水泥摻入比15%、水灰比0.5、0.6、0.7分別制作70.7×70.7×70.7mm的標(biāo)準(zhǔn)水泥土試塊,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7天后做水泥土試塊抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2-1示。表中水泥土90d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式qu,7=（0.30.5）qu,90推算得到。由表2-1可知，三種不同水灰比的水泥土7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度都滿足達(dá)到90d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度2.31Mpa的3050%（0.691.16Mpa）的求。表3 水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)     序號(hào)   &

23、#160;水灰比    水泥摻入比    7d強(qiáng)度qu,7（Mpa）    qu,7/qu,90（%）    1                摘太浦河泵站工程主泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)   &

24、#160;     本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。    15%            2        15%    &#

25、160;       3        15%        施工機(jī)械選用SJB-II型深層水泥攪拌機(jī)，水泥摻入比w=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60、0.65分別進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)樁選擇底板外的擴(kuò)散樁，實(shí)際共做試驗(yàn)樁22根，最終確定攪拌樁的施工參數(shù)：（1）    水泥摻入比w=15%，單樁水泥用量不小于200kg/m；

26、（2）    漿液比重不小于1.755kg/l，水灰比約為0.65；（3）    噴漿提升速度不大于0.5m/min，預(yù)攪下沉速度0.60.7m/min（不大于2m/min）；（4）    噴漿口噴漿壓力0.4.6Mpa；（5）    樁尖標(biāo)高按進(jìn)入持力層6土層的深度不小于30cm（可根據(jù)工作電流的變化判斷是否已進(jìn)入持力層）且不得高于-13.1m控制。5深層攪拌樁施工共采用6臺(tái)SJB-II型深層攪拌機(jī)同時(shí)施工，每臺(tái)攪拌機(jī)配置灰漿攪拌機(jī)、

27、灰漿泵、電氣控制柜、自動(dòng)流量計(jì)各一臺(tái)及其他輔助設(shè)備。（1）    定位：攪拌機(jī)就位、對(duì)中；（2）    預(yù)攪下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架切土下沉；（3）    制備水泥漿：待攪拌機(jī)開始下沉即可開始按成樁試驗(yàn)確定的配合比制備水泥漿；（4）    噴漿提升：攪拌機(jī)下沉到達(dá)最大深度后，開啟灰漿泵開始噴漿攪拌提升；第一次噴漿量應(yīng)控制在單樁總漿量的50%左右；（5）    重復(fù)攪

28、拌下沉；（6）    重復(fù)噴漿攪拌提升：攪拌機(jī)提升到樁頂標(biāo)高時(shí)，漿液應(yīng)若有剩余，可在樁身上部11.5米范圍內(nèi)重新攪拌噴漿；不得出現(xiàn)攪拌頭未到樁頂，漿液已噴完的現(xiàn)象；（7）    上下往返復(fù)攪一次；（8）    關(guān)閉機(jī)械；（9）    重復(fù)上述步驟，開始下一根樁施工。6施工質(zhì)量控制與檢驗(yàn)（1）    基礎(chǔ)底面以上至少留有50cm厚的土層，以保證噴漿攪拌至少高出基礎(chǔ)底板底面高程50cm； （2）

29、60;   施工期間應(yīng)控制地下水位高程低于操作面2米以上；（3）    預(yù)攪充分，以利于土和水泥漿均勻攪拌；（4）    嚴(yán)格按預(yù)定配合比配置水泥漿液，并定期抽查；（5）    保證足夠的注漿壓力；必須使用自動(dòng)流量計(jì)控制實(shí)際噴漿量；（6）    控制噴漿攪拌提升速度，段漿量（l/m）均勻；（7）    考慮到樁頂與基礎(chǔ)底板接觸部分受力較大，因此對(duì)樁頂11.5米范圍應(yīng)加

30、強(qiáng)攪拌，確保樁頭的均勻密實(shí)；（8）    連鎖樁施工時(shí)，相臨樁的施工間隔不得超過(guò)24小時(shí)。（1）    輕便觸探試驗(yàn)按2%的比例共做了40組樁身7天強(qiáng)度的輕便觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)指標(biāo)N10擊數(shù)100mm都在30擊以上，大于原狀土平均擊數(shù)14.6擊的兩倍，表明攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)求。（2）    靜載荷試驗(yàn)采用慢速荷載維持法共做了7組單樁靜載荷試驗(yàn)和6組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：（1）單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于667KN，大于設(shè)計(jì)求的660KN；（2）單樁復(fù)合地基承

31、載力大于設(shè)計(jì)求的最大加荷量380Kpa。表4    單樁靜載荷試驗(yàn)成果匯總表     序號(hào)    最大加載量（KN）    最大沉降（mm）    回彈量（mm）    回彈率（%）    極限承載力（KN）    1    660

32、0;               660    2    660                        摘太浦河泵站工程主

33、泵房建基面在粉質(zhì)粘土上，土力學(xué)強(qiáng)度較低，不能滿足泵房對(duì)地基的強(qiáng)度和變形求，必須進(jìn)         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。    660    3    660      

34、60;         660    4    660                660    5    660      &

35、#160;         660    6    660                660    7    792      

36、;          792表5    單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)成果匯總表     序號(hào)    最大加載量（KN）    最大沉降（mm）    回彈量（mm）    回彈率（%）    極限承載力（KN）    1&#