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撰稿:陳新洋 顧遷
一、 工程概況
蘇州市七浦塘拓浚整治(常熟段)河道工程,位于常熟市支塘任陽集鎮(zhèn),工程投資約17987萬元。工程中有鋼筋砼直立式護岸和口門控制建筑物,其護岸和口門控制工程地基處理大多采用了水泥攪拌樁的方式。以其中之一口門建筑物——橫塘節(jié)制閘為例,其地基處理采用水泥攪拌樁樁徑為600mm,樁間距為1000mm,閘底板下樁長為8米,翼墻位置下樁長為6米到11米不等。水泥攪拌樁水泥摻量不小于15%,樁身水泥土28天齡期無側(cè)限抗壓強度不小于1.2MPa,設計單樁承載力特征值為 84.82 kN,復合地基承載力為 94.63 kPa。
二、水泥攪拌樁概述
水泥攪拌樁是我國在20世紀80年代發(fā)展起來的地基處理技術,它是通過特制的深層攪拌機械就地將軟土和水泥強制拌和,利用軟土和水泥發(fā)生一系列物理化學反應,使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固體,從而提高地基土強度和增大變形模量。這種方法適用于軟弱地基的處理,對于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土及飽和性土等軟土地基的處理效果顯著。水泥攪拌樁的優(yōu)點是布置靈活、施工速度快,處理后可以很快投入使用;在施工中無噪音、無振動,對環(huán)境無污染;造價低廉。水泥攪拌樁按材料噴射狀態(tài)可分為濕法和干法兩種。蘇州市七浦塘拓浚整治工程(常熟段)沿線的地基處理采用濕法施工。
三、承載力計算
查看蘇州市七浦塘拓浚整治工程(常熟段)地質(zhì)勘察資料,以南橫塘閘室底板水泥攪拌樁為例,地基處理土層為31層,為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,粘土、夾砂壤土薄層,標準貫入擊數(shù)為3,土壤含水量為37%,允許承載力qp(fsk)為70kPa,攪拌樁土的側(cè)阻力特征值qs為8kPa。
1、水泥樁單樁承載力特征值計算
Ra1=ηfcuAp=0.25*1.2*1000*3.1416*0.3*0.3=84.82KN
Ra2=μpqsl+αqpAp=3.1416*0.6*8*8+0.4*70*3.14*0.3*0.3=129KN
Ra1<Ra2,取Ra1=84.82kN
對于濕法施工的水泥攪拌樁,樁身強度折減系數(shù)η取0.25,樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)α為0.4。
2、復合地基承載力計算
樁土置換率m=Ap/A=3.1416*0.3*0.3/1*1=0.2827
Fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk
=0.2827*84.82/(3.1416*0.3*0.3)+0.2*(1-0.2827)*70=94.84kPa
樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β取0.2。
四、原設計檢測要求
對于水泥攪拌樁的檢測,工程設計要求如下:
1、無側(cè)限抗壓強度試驗:對每塊底板,按7天、28天分別取1組(3塊)樁體水泥試塊,測定無側(cè)限抗壓強度。
2、輕型(N10)動力觸探:成樁3天內(nèi)抽檢已完成樁數(shù)的2%,且不少于3根,深度到樁底。如有明顯不合要求的,加測2%。
3、動測(低應變):成樁后28天內(nèi)抽檢已完成樁數(shù)的5%,以判定樁體的均勻性、連續(xù)性和長度,如有斷樁或樁長短50cm以上,加測5%。
4、復合地基處理效果監(jiān)測:為效驗地基處理后的地基承載力是否滿足設計要求,在成樁后28天,基坑封底前應完成復合地基承載力試驗并提交報告。試驗按JGJ79-2012(7.3.7.3)的要求進行。檢驗數(shù)量為總樁數(shù)的1%,且每項單體工程不少于3點。
5、同一塊底板下水泥攪拌樁成樁時間不宜太長,在最后一根樁完成28天以后方可加載。
五、優(yōu)化后檢測方案
為了優(yōu)化檢測內(nèi)容,縮短檢測周期,減少檢測成本,蘇州市水利局下發(fā)了蘇市水(2014)10號文《關于七浦塘拓浚整治工程水泥攪拌樁質(zhì)量檢測辦法的通知》,提出了樁身強度和地基承載力的檢測方案(具體內(nèi)容附后)。
六、優(yōu)化方案分析
1、在水泥攪拌樁樁身強度檢測時,為什么將原來設計的水泥土試塊的檢測方法優(yōu)化為鉆芯取樣的檢測方法?
在進行水泥土試塊制作前,首先要進行水泥土的取樣工作,要求取樣要有代表性,水泥的摻入量要滿足15%的設計和施工要求。而在實際取樣過程中,由于操作方便的原因,一般在樁身最上部進行,由于鉆頭和鉆桿上行引導,水泥漿會出現(xiàn)上行溢出,造成樁頭位置水泥漿富集,水泥漿含量往往超過設計值,造成檢測結(jié)果偏大的情況。往下取樣在操作中存在者很大的障礙,不便于操作。取樣的局限性造成試樣沒有代表性。而鉆芯取樣可以在樁身的任何位置,是從實際樁身中取得,從而保證了取樣的代表性。實際中,鉆孔抽芯試驗是檢驗樁身質(zhì)量可靠的和最直觀的方法。
2、為何取消輕型動力觸探(N10)檢測?
輕型動力觸探試驗的全稱應為輕型圓錐動力觸探試驗。它是用一定質(zhì)量的重錘(10kg),以一定高度的自由落距(50cm),將標準規(guī)格的圓錐形探頭貫入土中,根據(jù)探頭入土一定距離(30cm)所需的錘擊數(shù)來判定土的力學性能的一種原位測試方法。試驗時還可利用其附帶的鉆頭,取出樁體的水泥土,肉眼鑒定其顏色、均勻性及是否存在未被攪勻的團塊等。
輕型動力觸探的檢測方法設備簡單,操作易行;缺點為技術含量低,無法進行數(shù)據(jù)的自動采集和存儲,檢測深度一般不超過4m,無法對深部強度與樁身完整性進行判斷。而且對檢測的時間的要求高,時間早會出現(xiàn)水泥漿強度不夠造成錘擊數(shù)不夠而造成檢測結(jié)果不合格,時間遲了會出現(xiàn)水泥漿強度高而打不下去的情況。一般要求為3天。
3、為何取消動測(小應變)檢測?
能否用動測法來檢驗水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量一直是個有爭議的問題。近年來,通過試驗研究,認為水泥土攪拌樁基本符合一維波動理論的假設條件,用反射波法來分析水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量具有一定可行性,動測波形能在一定程度上反映樁長、樁身的特性。但是由于水泥攪拌樁畢竟屬于半剛性樁基,不同于鋼樁或灌注樁等剛性樁基有明顯的反射波,也不同于砂樁或碎石樁等柔性樁基無反射波,在小應變檢測反射波的收集和處理上存在較大的波動性和干擾因素,影響了試驗結(jié)果的準確性,實際上很少采用動測方法來進行水泥攪拌樁檢測。
4、為何取消開挖檢測?
成樁7d后,開挖0.5~1.0m深基坑,測量樁位、樁間距,檢查樁數(shù),不符合設計要求時應補樁或采取其它的有效措施;符合要求再檢查樁身成形情況,通過目測群樁樁頂是否平齊,樁體是否圓勻,有無縮頸和凹陷現(xiàn)象,樁身有無水泥結(jié)塊或夾泥層,顏色深淺是否一致,并用手感知樁身松散或硬結(jié)程度,來判斷樁身水泥土的攪拌均勻程度。目測法是最常用、最基本也是最簡便的檢測方法,主要根據(jù)眼觀、手摸等感覺,檢查0.5~2.0m樁頭質(zhì)量的大致情況,不能反映有效樁長、樁身的狀態(tài)信息,不能對樁身質(zhì)量下完整結(jié)論。
附:蘇市水(2014)10號文


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