深层水泥搅拌桩法在护岸地基加固中的应用

２０１２年５月　水运工程　Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｙ．２０１２　第５期总第４６６期　Ｎｏ．５　ＳｅｒｉａｌＮｏ．４６６　・地基与基础・　■　深层水（中泥交第搅二航拌务工程桩勘察法设郑计在鹏院有一限护，公邓司岸广龙州１照地分　公基司，广加东广固州Ｉ　５１中４２的）　应用　摘要：以广州Ｉ南沙游艇俱乐部港池护岸地基加固为例，对原堆栽预压法和变更后的深层水泥搅拌桩法的技术方案、加　固效果等进行分析，总结深层水泥搅拌桩法在护岸地基加固中的设计重点和难点，供类似护岸工程地基加固的设计、施工　借鉴。　关键词：港池护岸；地基加固；深层水泥搅拌桩　中图分类号：Ｕ　６５６．１＋３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—４９７２（２０１２）０５—０１３４—０５　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｄｅｅｐ　ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ　ＺＨＥＮＧ　Ｐｅｎｇ－ｙｉ，ＤＥＮＧ　Ｌｏｎｇ－ｚｈａｏ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｂｒａｎｃｈ，ＣＣＣＣ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　１４４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｎａｎｓｈａ　ｙａｃｈｔ　ｃｌｕｂ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｓｕｒｃｈａｒｇｅ　ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｄｅｅｐ　ｍｉｘｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｃｈｅｍｅ，　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｅｔｃ．Ｓｏｍｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｗｈｉｃｈ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｒｅ　ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ．Ｉｔ　ｍａｙ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ；ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｅｅｍｅｎｔ　ｄｅｅｐ　ｍｉｘｉｎｇ　１工程概况　广州南沙游艇俱乐部工程位于广州南沙开发　区东部，虎门大桥下游２００～８００　ｍ范围区。本工　程与东莞市隔江相望，距离深圳机场约２７　ｋｍ，距　离香港约８０　ｋｍ。港区地面设计高程５．１７　ｍ，工程　范围内拟建会所俱乐部、港池防波堤、游艇浮码　头、内护岸以及港池护岸等构筑物（图１）。　根据测量资料分析，工程区域范围内部分区　域现为陆地，其他区域为水域，属海积海滩地貌　单元。根据地质资料分析，工程区域内地质土层　自上而下为①人工填土层（主要为中、细砂）、　②　粉砂层、②　淤泥及淤泥质土层、②　中砂层、　②　粗砂层、②　粉质黏土层、②　淤泥质土层、③　黏土层、④　强风化花岗岩层、④　中风化花岗岩层　以及④　微风化花岗岩层。其中②：淤泥及淤泥土层　收稿日期：２０１２—０３—０９　图１工程平面布置　属于软弱土层，平均厚度为１６　ｍ左右，需要对其　进行加固处理才能满足场地使用要求，主要土层　的物理力学特性见表１。　作者简介：郑鹏一（１９８２一），男，硕士，工程师，从事陆域形成及地基处理设计工作。　第５期　郑鹏一，邓龙照：深层水泥搅拌桩法在护岸地基加固中的应用　表１主要土层物理力学特性　土层土层名称　天然密度　直接快剪　压缩模量　１０～１００　ｋｇ块石。外坡坡度为１：２，高程２．０　ｍ以下　护面依次铺设３００　ｍｍ厚的５０～１００　ｋｇ块石垫层和　４５０　ｍｍ厚的１００～２００　ｋｇ块石护面，高程２．０　ｍ以上　护面依次铺设３００　ｍｉｌｌ厚的５０～１００　ｋｇ块石垫层和　４５０　ｍｍ厚的浆砌块石护面，内坡依次回填３００　ｍｍ　代号①（ｇ・ｃｍ　）　ｐｌ（ｇ’ｃａ。）粘聚力ｃ／ｋＰ　内摩擦角　）　Ｅ／ＭＰａ　人工填土　１．８０　②　粉砂　②　淤泥　１．８５　１．６５　３．５　１４．０　４．０　１５．０　４．Ｏ　１．Ｏ　５．０　１．０　②５粉质黏土　②　淤泥质土　１．８０　１．６５　１９．０　３．５　厚二片石垫层和５００　ｍｍ厚混合反滤层。上部采取Ｌ　型Ｃ３０现浇混凝土胸墙，顶高程为５．７９　ｍ。胸墙顶　宽０．５　ｍ。港池护岸结构断面见图２。　２港池护岸地基加固方案　２．２港池护岸原地基加固方案　根据地质资料分析，港池护岸地基土淤泥层　较厚，为满足使用期工后沉降及稳定安全要求，　２．１港池护岸设计方案　港池护岸采用抛石斜坡式结构。堤心石抛填　图２港池护岸结构　必须对该层软土进行加固处理。　层底，顶部设１．０　ｍ厚的粗砂层作为其排水通道　”。　堆载料采用海砂，堆载砂含泥量要求≤１５％。　考虑到整个工程投资较紧，而且港池护岸长度　较长，工程量较大。为节省投资港池护岸原地基加　固设计方案考虑采用插塑料排水板＋堆载预压的方　堆载分三级进行，以厚度控制。施工中堆载厚度不　得小于设计要求。各级堆载加荷时间为１０　ｄ，上一　级堆载１个月后进行下一级堆载。堆载断面见图３。　案。塑料排水板以正方形布置，间距１　ｉｎ，插至淤泥　１０００　．　～兰　：，蠡　声兰　，爨　吹填砂　１～０００，　，　＼　ｋ　，　毛　、　—　．　／／　、ｔ　ｉ　Ｉ　砂垫层，厚１　０００ｍｍ　Ｉ　Ｉ　ｌ　—ｎｊ，　？　ｌ　ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　０００　（正方形布置＠１　ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　－６．６７　ｌ　　Ｉ１　１　１　Ｉ　１．　｝　１　１　１　．．　图３港池护岸原地基加固方案　水运工程　满载预压接近９０　ｄ时，应根据实测沉降数据　推算固结度。设计固结度要求达到９０％，实际卸　载时间应以实测沉降推算的固结度达到设计要求　为准，固结度未达到要求时应继续满载预压。卸　载应分级进行，卸载土可用于后续工程回填。堆　载预压后进行港池护岸上部结构施工。　２．３设计变更原因　当港池护岸堆载预压满载预压约６０　ｄ时，业　主单位由于临时改变工程进度，要求施工单位尽　快进行港池护岸部分区段的上部结构施工，以满　足后方陆域回填的需要，具体位置为港池护岸与　防波堤及内护岸交界处，见图４。　图４港池护岸地基加固设计变更位置　根据业主要求，在满足工期的前提下，先　在变更区域内进行堆载预压加固后十字板现场试　验，并复核护岸使用期稳定安全系数。加固前后　淤泥层十字板试验结果见表２。　采用地基计算系统（１９９８版）对港池护岸使　用期稳定安全进行复核，计算结果见表３。　表２堆载预压后淤泥层强度实测指标　表３堆载后港池护岸使用期稳定计算结果　计算区域　稳定安全系数　Ａ区　ｏ．７９　Ｂ区　Ｏ．７８　根据计算结果可以分析，如在堆载预压后的　原状土上直接进行港池护岸上部结构施工，使用　期整体稳定安全系数不能满足规范要求【２】，故必须　对以上区段的地基进行二次加固处理。　２．４设计变更中的重点和难点　１）设计周期短及投资紧。　由于业主方原因，临时调整港池护岸后方陆　域使用时间，港池护岸地基加固的变更方案必须　在１０　ｄ左右时间内完成，而且业主方限定了变更方　案的投资控制，设计方案比选余地较小，设计困　难相对较大。　考虑到港池护岸上部结构施工工期较紧，　地基加固采用加固效果好、工期短的复合地基方　案。复合地基根据不同的桩身类型，分为深层水　泥搅拌桩、ＣＦＧ桩以及高压旋喷桩等，其中ＣＦＧ桩　在淤泥中适用性较差，高压旋喷桩造价较高均未　采纳。最后经过多次专家论证会的讨论，地基加　固方案采用深层水泥搅拌桩法。　２）施工机械问题。　根据对当地施工机械的调研，华南地区施工　深度超过２０　１１１的水泥搅拌桩施工机械较少。本工　程软土层较厚，若搅拌桩桩底高程设计至软土层　底，较难在短期内使足够数量的施工设备进场。　针对以上情况，需对设计桩长进行优化调整。　２．５变更后设计方案——深层水泥搅拌法　根据不同的设计参数，加固区域分为Ａ、Ｂ　共２个区，其中根据不同的设计参数又分为Ａ１、　Ａ２、Ｂ１、Ｂ２共４个小区，见图５。　具体的技术方案为：水泥搅拌桩桩径为　５００　ｍｍ，平面按等边三角形布置。水泥采用　４２．５Ｒ级普通硅酸盐水泥，外掺剂选用２％的石膏　（按水泥用量计）。水泥应为出厂时间不超过３周　的新鲜水泥。水泥搅拌桩的水泥掺入比为１８％。　水泥土室内２８　ｄ龄期的无侧向抗压强度要求不小于　１．０　ＭＰａ。水灰比可选用０．４５～０．５５，具体可根据室　内配合比试验结果、输浆的难易程度、地基土含　水量等综合确定。机头提升速度根据试桩情况确　定，并应≤０．８　ｍ／ｍｉｎ。各区水泥搅拌桩的主要设　计参数如表４所示。　第５期　郑鹏一，邓龙照：深层水泥搅拌桩法在护岸地基加固中的应用　图５港池护岸地基加固设计变更平面　表４深层水泥搅拌桩设计参数　Ａ区地基加固方案代表性断面见图６，Ｂ区代　表性断面见图７。　地基加固后采用地基计算系统（１９９８版）对　港池护岸使用期稳定安全进行复核。地基采用深　。塑　竖　点撞　、　鏊　　｛一５１７　２ｉ　／：’　丽　　ｉｌ、／　港池护岸开挖边界　Ｏ．（　Ｉ　：措；：赫！　●●　①冲填ｊ　２　５　；　５００　ｍｍ水泥搅拌桩处理范Ｉ　ｉ　等边三角彤布置，桩距０．７Ⅲ　，　５００　ｍｍ水泥搅拌桩处理范围　等边三角形布置．桩距１．０　ｍ　②　淤泥　ｊ　）ｌ　一１５．０（Ａ２区桩底设计高程）　１８．０（Ａ１区桩底设计高程）　一一②，中砂　图６港池护岸Ａ区地基加固方案断面　层水泥搅拌桩加固后土层计算指标见表５。　港池护岸使用期稳定安全系数见表６。根据稳　拌桩施工于２００９年９月１０日开工，ｌ０月１２日结束施　工，施工总工期为１个月，其中包括试桩Ａ、Ｂ区　各３根、施工后抽芯无侧限抗压强度检测Ａ、Ｂ区　各３根，Ａ、Ｂ区共打设水泥搅拌桩２　４５０根。　定安全计算结果分析，地基采用深层水泥搅拌桩　加固后，使用期稳定安全系数均满足规范要求。　３深层水泥搅拌施工及检测　根据《水泥搅拌桩钻芯法试验检测报告》ｐ　施工后在检测桩桩身上、中、下部位取水泥土芯　样３组。芯样呈灰色，一般为短柱状，局部块状或　根据业主对工期要求，港池护岸深层水泥搅　水运工程　图７港池护岸Ｂ区地基加固方案断面　表５深层水泥搅拌后土层强度计算指标　表７深层水泥搅拌桩检测结果　表６水泥搅拌后港池护岸使用期稳定计算结果　计算区域　Ａ区　Ｂ区　稳定安全系数　１．１５　１．２Ｏ　团块状。土体与水泥混合均匀，桩身水泥土成形　上：３．５　性较好，固结性好。芯样无侧限抗压强度检测结　果见表７。　Ｂ１—２—６Ｔ　５ｏｏ　１６．１　中：３．９　下：３．８　根据检测结果分析，Ａ、Ｂ区检测桩的桩距、　桩长以及２８　ｄ后无侧限抗压强度均满足设计要求港　参考文献：　［１］龚晓南．地基处理手册［Ｍ】．北京：中国建筑＿Ｔ业出版社，　２００８．　池护岸使用期稳定安全系数满足规范要求。　４结语　［２］　中交第二航务工程勘察设计院有限公司．广州南沙游　艇俱乐部工程施工图设计说明【Ｒ】．武汉：中交第二航　务工程勘察设计院有限公司，２００９．　１）深层水泥搅拌桩方案具体施工时间短，加　固效果好，而且对周边环境以及已有构筑物影响较　小的优势，适合加固以淤泥为主的饱和软土地基。　［３】广州越监工程质量安全检测中心有限公司．水泥搅拌　桩钻芯法试验检测报告【Ｒ］．广州：广州越监工程质量　安全检测中心有限公司．２０１０．　２）护岸或围堰工程对稳定安全要求较高，地　基加固效果要求也相对较高。深层水泥搅拌桩方　案不论从技术、工期以及经济方案，均不失为最　佳方案的选择。　［４］ＪＴＳ　１４７一ｌ～２０１０港口工程地基规范［ｓ］．　（本文编辑郭雪珍）