無錫市梅梁湖泵站工程軟弱地基處理水泥攪拌樁施工參數(shù)的確定及優(yōu)化

無錫市梅梁湖泵站工程軟弱地基處理水泥攪拌樁施工參數(shù)的確定及優(yōu)化2011年第3期江蘇水利無錫市梅梁湖泵站工程軟弱地基處理水泥攪拌樁施工參數(shù)的確定及優(yōu)化0引言淤泥及淤泥質(zhì)土的主要特性:①天然含水率高于液限.孑L隙比大(淤泥孑L隙比大于1.5,淤泥質(zhì)土孑L隙比為l～1.5);②常處于流動(dòng)狀態(tài),具有觸變性.在水利工程建設(shè)中淤泥及淤泥質(zhì)土視為軟弱地基,不宜作為天然地基.在該類土質(zhì)條件下進(jìn)行建筑時(shí)必須要采取加固措施.水泥攪拌樁加固地基適用于處理淤泥,淤泥質(zhì)土,粉土,粉質(zhì)粘土,砂土,地基承載力不大的粘性土和粉性土等軟弱或不良地基.其原理是通過深層攪拌機(jī)械,在地基深處將土和水泥就地強(qiáng)制攪拌均勻,利用水泥的固化性,改善土體的性能,從而達(dá)到提高地基承載力的目的.影響水泥土加固地基質(zhì)量的因素很多,如:土的物理力學(xué)性能,原材料的質(zhì)量,施工工藝流程等,但在施工過程中水泥摻量,水灰比等具體的施工參數(shù)更為重要,認(rèn)識(shí)并控制這些因素有利于控制T程質(zhì)量和提高工程效益.1工程概況,地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求1.1工程概況梅梁湖泵站工程位于無錫市區(qū)以西的太湖風(fēng)景區(qū),地處梅梁湖,梁溪河與五里湖的交界處,西側(cè)緊靠犢山水利樞紐梁溪河控制閘和船閘,南側(cè)為五里湖控制閘,北側(cè)為環(huán)湖公路.梅梁湖泵站一r程的主要作用是改善梅梁湖,五里湖及無錫地區(qū)河道的水環(huán)境,以期形成調(diào)水循環(huán).梅梁湖泵站工程中建筑物的地基處理主要采用直徑60cm,間距1.2m梅花狀布置的水泥土深層攪拌樁技術(shù),對(duì)軟土地基進(jìn)行處理.1.2地質(zhì)條件地質(zhì)勘探資料表明:場(chǎng)地區(qū)勘探陳遠(yuǎn)兵蒼波宋力深度范圍內(nèi)所揭示的土層為沖一湖沖,湖一沼積沉積層,深層攪拌樁涉及的主要有以下幾種土質(zhì):④層:灰,灰黃,灰褐,黃灰色粉質(zhì)粘土,重粉質(zhì)壤土,雜碎磚,石塊等,含植物根莖,為犢山樞紐工程施工時(shí)棄土和魚塘隔堤的人工堆土.土質(zhì)松軟,層厚0.5～3.9m,工區(qū)較普遍分布.①層:深灰,灰色粉質(zhì)粘土質(zhì)淤泥,淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,含有機(jī)質(zhì),流塑狀態(tài),高壓縮性,力學(xué)強(qiáng)度較低.厚度變化大,層厚0.3～5.9m,工區(qū)內(nèi)廣泛分布.土體濕容重為1.69t/m,,承載力為55kPa.②層:灰,灰黃局部棕黃色粉質(zhì)粘土,重粉質(zhì)壤土,可塑狀態(tài),中壓縮性,局部分布較薄處土質(zhì)相對(duì)較軟些.層厚0.6～5.4in,工區(qū)內(nèi)較廣泛分布.土體濕容重為1.97t/m3,承載力為150kPa,詳見表1.1.3設(shè)計(jì)要求梅梁湖泵站工程上,下游翼墻底板,進(jìn)出水渠擋墻底板,梅梁湖進(jìn)水閘,五里湖進(jìn)水閘閘室,采用布設(shè)直徑60cm,間距120cm,呈梅花形布置的水泥攪拌樁復(fù)合地基,樁長(zhǎng)分別為4m,5m和6m.設(shè)計(jì)要求見表2.本工程水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)中沒有給出水泥摻量,水灰比等具體的施工參數(shù),只給出了最終檢測(cè)的控制指標(biāo).因此,施工參數(shù)和工藝流程要通過試驗(yàn)確定,優(yōu)化.2施工參數(shù)的優(yōu)選2.1水泥摻量深層攪拌樁加固軟土地基的效果,很大程度上取決于水泥摻量的選擇,以及是否適合被加固的地質(zhì)條件.根據(jù)本工程的地質(zhì)資料,先到施工現(xiàn)場(chǎng)取土,按類似土質(zhì)的參數(shù)值進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn).試驗(yàn)摻量分別為13%,15%,17%,試驗(yàn)報(bào)告成果見表3.在技術(shù)交底會(huì)上,建設(shè),設(shè)計(jì),監(jiān)理,施工單位認(rèn)真分析,研究后達(dá)成一致意見,為確保基礎(chǔ)工程的質(zhì)量,按15%和18%兩種配比的水泥摻量進(jìn)行試樁.根據(jù)7d試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果最終確定后續(xù)施工的水泥摻量.2.2水灰比表1工程地質(zhì)勘察綜合成果表(部分)含水率濕密度干密度飽和度液限塑限地基土標(biāo)貫層號(hào)孔隙比(%)(g/m)(g/m)(%)(%)(%)承載力(kPa)擊數(shù)④34.11.9O1.42O.9310044.122.1,2①53.71.691.101.499942-221.7551②28.31.971.540.789931.618.215013表2設(shè)計(jì)承載力要求設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓?jiǎn)螛稄?fù)合地基樁長(zhǎng)(m)強(qiáng)度(MPa)承載力(kN)承載力(kPa)部位梅梁湖,五里湖進(jìn)出水閘基礎(chǔ),4≥1≥9O.48≥88.10梅梁湖泵站進(jìn)出水渠擋墻基礎(chǔ)梅梁湖,五里湖進(jìn)出水閘5≥l≥107.44≥101.72翼墻基礎(chǔ)梅梁湖泵站上下游6≥1≥124.40≥115-33翼墻基礎(chǔ)■冒瞄譬田2011年第3期江蘇水利根據(jù)多年深層攪拌樁的施工經(jīng)驗(yàn)及試配結(jié)果,水灰比選用0.50.55,考慮到水泥,水及施工氣候,環(huán)境對(duì)水灰比的影響,實(shí)際施工時(shí)采用0.5.2.3單樁水泥用量單樁水泥用量計(jì)算式如下:G0=1T×D/4×LXR(1)=Goxi(2)G=G×i/e(3)式中:一土體重量(t);拌樁直徑(m);L—攪拌樁樁長(zhǎng)(m);R『_土的平均濕容重(t/m3);G,-單樁水泥用量(t);卜水泥摻量百分比;G一單樁用水量(t);i,c一水灰比.計(jì)算結(jié)果見表4.3試樁及施工準(zhǔn)備工作(1)根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試樁,15%和18%摻量分別成樁兩根,按照"四攪兩噴"的施工工藝施工.7d后檢測(cè)表明:15%摻量的樁不能滿足設(shè)計(jì)要求;18%摻量的樁基本能夠滿足要求,但在后續(xù)的施工過程中對(duì)淤土層要進(jìn)行復(fù)攪,即要達(dá)到六攪,或改用55kW高速電機(jī)攪拌.(2)施工前標(biāo)定深層攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量,灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度,并通過成樁試驗(yàn)確定攪拌樁的施工工藝.(3)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,確定攪拌樁最終施工方案,做好現(xiàn)場(chǎng)平面布置,安排施工供水,供電,合理布置水泥制漿及泵送系統(tǒng),保證操作人員通視良好.(4)按設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣,定出攪拌樁樁位.(5)現(xiàn)場(chǎng)布置安排制漿操作間,制漿池,水泥儲(chǔ)備間及供排水設(shè)施.(6)安排好勞力組合,配備好各工種人員.(7)試打以確定噴漿壓力,成樁時(shí)間和修正實(shí)際施工水灰比.4成樁效果4.1抽芯試驗(yàn)成樁后選擇具有代表性的樁進(jìn)行抽芯試驗(yàn),檢驗(yàn)內(nèi)容包括:樁長(zhǎng),樁身水泥土攪拌均勻程度及其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度.表3室內(nèi)水泥土配合比成果表(部分)試件試件尺寸水泥摻量齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度編號(hào)(mm)(%)水灰比(d)(MPa)rr^70.7x70.7130.570.8570.7x70.7150.570.9670.7x70.7l70.571.12●表4單樁水泥用置表樁長(zhǎng)水泥摻量樁徑水灰比土平均濕容重單樁水泥單樁(m)(%)(cam)(thn)用量(ks)用水量(kg)418600.51.83372.4186.2518600.51.83465.4232.761860O.51.83558.5279.3415600.51.83310.3155.15l5600.51.83387.9193.9615600.51.83465.4232.7從芯樣外觀上看,樁身水泥土攪拌均勻,樁底持力層達(dá)到設(shè)計(jì)要求;從所抽的樁中看,每根樁按從上到下大致均勻分布;每根樁取1組(3塊)試樣作抗壓試驗(yàn),從試驗(yàn)結(jié)果看,樁身土抗壓強(qiáng)度除有一塊試樣抗壓強(qiáng)度為0.9MPa外,其余均可滿足設(shè)計(jì)要求,樁身土抽芯試樣抗壓強(qiáng)度見表5.ram~800mm,試驗(yàn)設(shè)計(jì)極限載荷為150kN(115.33kPax2x0.64m),各樁點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見表6.從試驗(yàn)結(jié)果看,雖然成樁齡期32～57d,但各試驗(yàn)樁點(diǎn)復(fù)合地基承載力基本值均≥150kPa,滿足設(shè)計(jì)要求.5結(jié)語表5鉆芯取樣成果表樁長(zhǎng)試樣規(guī)格試樣塊數(shù)試樣齡期抗壓強(qiáng)度(MPa)樁號(hào)(rn)(mm)(n)(d)最大值最小值平均值724.073x733322.21.41.6954.0中73x733302.31.11.52275.0中73x733353.11-41.82815.0中73x733382.81.01-33406.0中73x7333l2.10.91.43876.073x733352.71.11.2表6復(fù)合地基承載力成果表成樁齡期最大試驗(yàn)荷載總沉降量回彈量承載力基本值樁號(hào)(d)(kN)(mm)(mm)(kPa)3463515020.556.1115238l4215O18_325.6216445151150l5.434.6917054957l5O14-274.481785663215026.497.6415O8054015018.965.77160注:(1)試驗(yàn)加載采用袋裝砂堆提供反力,采用慢速分級(jí)荷載法加載;(2)試驗(yàn)儀器采用RS-JYC樁基靜載荷測(cè)試分析系統(tǒng),全過程電腦測(cè)試與控制;(3)取S/b=0.006所對(duì)應(yīng)的荷載為復(fù)合地基承載力基本值.4.2復(fù)合地基載荷試驗(yàn)選取有代表性的樁位作單樁復(fù)合地基靜載荷檢測(cè),壓板尺寸為800深層攪拌樁介于剛性樁與柔性樁之間,具有一定的壓縮性,其加固效果的影響因素較多,(下轉(zhuǎn)第25頁)2011年第3期江蘇水利漿塊不再承受相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力,張拉力傳遞給下一段砂漿塊.當(dāng)套管內(nèi)的下一個(gè)砂漿塊對(duì)梁底混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗托強(qiáng)度值時(shí),則此梁底混凝土將產(chǎn)生新的縱向裂縫,造成同一根失效套管下縱向裂縫的不連續(xù)延伸現(xiàn)象.四,裂縫對(duì)梁性能的影響1.對(duì)梁的設(shè)計(jì)承載能力基本無影響先張法預(yù)應(yīng)力梁的極限承載能力設(shè)計(jì)時(shí),在正,斜截面的豎向抗彎,抗剪能力計(jì)算中,僅考慮計(jì)算截面(區(qū)段)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉力.梁底混凝土縱向開裂后,并未減少各截面(區(qū)段)的預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力值,對(duì)正,斜截面的豎向抗彎,抗剪能力無影響.另外,梁底縱向裂縫出現(xiàn)后,套管下方的底層混凝土由一個(gè)整體變成數(shù)個(gè)分散小塊,截面的剪力流發(fā)生變化,梁的塑性抵抗扭矩減小,抗扭承載能力下降;在同樣未超過極限值的扭矩作用下,將發(fā)生更大的扭轉(zhuǎn)變彤.由于梁底縱向裂縫的深度相對(duì)于梁全截面高度較小,對(duì)梁的整體抗扭性能影響也較小.如本橋中,設(shè)裂縫深度為4.5cm,位于裂縫區(qū)的底層混凝土抗扭性能忽略不計(jì),開裂后的截面抗扭塑性降低6.7%,但截面中的抗扭縱筋和箍筋并未受影響,故梁的整體抗扭性能僅下降了3%.2.降低梁的耐久性失效段漏漿產(chǎn)生梁底裂縫,而裂縫又可以使空氣直接進(jìn)入底層混凝土內(nèi)部,使穿過裂縫層的梁底箍筋直接暴露在空氣中,導(dǎo)致箍筋銹蝕加速,促使箍筋外側(cè)的混凝土層開裂,剝落,縮短梁的使用壽命.同時(shí),在設(shè)計(jì)中,預(yù)應(yīng)力鋼筋問的橫向水平凈距要大于底層預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層凈距,梁底混凝土受砂漿塊的影響而全截面開裂后,裂縫可沿套管與混凝土間的接觸面向上延伸,裂縫與相鄰的非失效段預(yù)應(yīng)力鋼筋的凈距縮短,非失效段鋼筋將首先受到裂縫側(cè)面碳化層影響,導(dǎo)致梁的使用壽命小于設(shè)計(jì)要求.本橋中,梁底層非失效段預(yù)應(yīng)力鋼筋的豎向保護(hù)層凈距為45—15.2/2=37.4mm;鋼筋與同層相鄰失效段套管的水平凈距為(50—24/2—15.2/2)=30.4mm,其中24mm為失效段塑料套管的外徑;當(dāng)考慮施工偏差時(shí),非失效段鋼絞線與鄰近套管的凈距會(huì)更小.五,裂縫的修補(bǔ)探討套管下梁底縱向裂縫的修補(bǔ)應(yīng)考慮兩個(gè)條件:一是預(yù)應(yīng)力鋼筋能正常伸縮,不致于再產(chǎn)生新的粘結(jié);二是新老混凝土結(jié)合良好,不致于出現(xiàn)收縮或應(yīng)力裂縫.失效套管下的梁底混凝土層一般較薄,在本工程中僅有33mm,鑿除換填法:由于新增加的薄層混凝土性能與原混凝土相差較大,粘結(jié)不牢固等原因無法參與正常的抗壓,抗拉工作,影響了整梁的工作性能;縫內(nèi)注漿法:不具有可操作性.所以常用的鑿除換填法,縫內(nèi)注漿法等修補(bǔ)混凝土裂縫的辦法不適用于梁底縱向裂縫修補(bǔ).為此,可采用表面修補(bǔ)法處理.對(duì)裂縫不再發(fā)展且縫寬較小的梁底,可在裂縫表面鋪設(shè)薄膜材料(如環(huán)氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布).(上接第22頁)特別是在承載力很低的淤泥及淤泥質(zhì)土中,要達(dá)到較好的處理效果,通過本工程的設(shè)計(jì)與施丁參數(shù)的優(yōu)選,應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:5.1樁長(zhǎng)增加樁長(zhǎng)和樁身強(qiáng)度可以提高單樁承載力,但樁周邊土體與樁身土體的性能差異對(duì)復(fù)合地基承載力有一定影響.這種差異越大,增加樁長(zhǎng)和樁身強(qiáng)度對(duì)提高復(fù)合地基承載力的效果越小.樁加長(zhǎng)后長(zhǎng)細(xì)比增大,也會(huì)減弱單樁承載力.因此,純粹從增加樁長(zhǎng)或提高水泥摻量角度來達(dá)施工時(shí)先將混凝土表面用鋼絲刷打毛,用清水洗凈干燥,再將裂縫用油灰狀樹脂填平,然后在其上鋪設(shè)薄膜材料.薄膜材料韌性較小,若混凝土裂縫還處在發(fā)展過程中,修補(bǔ)后的薄膜仍會(huì)出現(xiàn)新的裂縫.對(duì)縫寬較大的梁底,可用改性環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將鋼板粘結(jié)到混凝土裂縫表面,使鋼板與混凝土連接成整體共同工作.粘結(jié)前,鋼板表面應(yīng)噴砂處理,清除表面污物,銹皮,混凝土表面應(yīng)刷凈,干燥,粘結(jié)層厚度一般為3mm.外露的鋼板表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理,如:噴鋅或刷富鋅漆.梁底縱向裂縫的表面修補(bǔ),僅是為防止梁底混凝土耐久性能降低,還不能有效阻止裂縫發(fā)展和在其它漏漿處產(chǎn)生新的裂縫.因此,應(yīng)在預(yù)應(yīng)力梁的正常最大受力狀態(tài)下探尋梁底的全部縱向裂縫,爭(zhēng)取一次性修補(bǔ)完畢.六,結(jié)語先張法預(yù)應(yīng)鋼筋失效段套管下梁底產(chǎn)生裂縫的主要原因是失效段套管破裂導(dǎo)致砂漿進(jìn)入管內(nèi).要防止套管破裂:一要采用強(qiáng)度高,韌性大的管材;二要保證混凝土震動(dòng)器不得直接沖擊套管;三要保證預(yù)應(yīng)力鋼筋位置準(zhǔn)確.由于管材選用及施工不當(dāng)導(dǎo)致梁底產(chǎn)生裂縫,屬施工技術(shù)錯(cuò)誤,對(duì)工程質(zhì)量的影響具有成批性,同一批號(hào)的梁甚至可能全部產(chǎn)生裂縫.因此,要注意失效段套管的選用,最好采用鋼質(zhì)套管,在設(shè)計(jì)和施工規(guī)范中也應(yīng)明確套管選材,施工方法.(作者單位:南通市通州區(qū)水利局工程管理所226300)到處理軟土地基目的意義不大.5.2面積置換率從復(fù)合地基承載力計(jì)算公式可看出,面積置換率越高,則復(fù)合地基承載力越高.淤泥及淤泥質(zhì)土軟弱地基本身性能較差,要想達(dá)到樁與土復(fù)合地基