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摘要：本文是我近几年的工作经验总结的，本文简单的阐述了水泥搅拌桩技术在水利闸站工程中应用，并提出了在施工过程中质量控制措施。
关键词：深层水泥搅拌桩；软弱地基处理；水闸泵站
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
大高渎排涝站工程位于无锡市惠山区前洲街道的万寿河附近，老的大高渎排涝站南侧，为异地新建泵站。闸站工程设计等级为Ⅲ等，主要建筑物为 3级，地震烈度为Ⅵ度。建筑物防洪标准∶设计洪水 50年一遇，校核洪水100 年一遇。
1．1 地质条件
在勘察揭示深度范围内，拟建场地根据钻探揭示及原位测试、野外编录综合分析，场地土层自上而下可划分为4层。现分述如下：
1层河水：无嗅无味，水体浑浊。水深：3.00～3.20m，平均3.03m。
2层淤泥：黑色，流塑状态，有腐殖质嗅味。厚度：1.50～2.00m,平均1.75m；层底标高：-1.20～-0.70m，平均-0.98m；层底埋深：4.50～5.00m，平均4.78m。
3层淤泥质重粉质壤土：灰色，软塑状态，夹薄层粉土，偶见贝壳碎屑、云母碎屑及泥炭。厚度:12.20～15.40m，平均13.75m；层底标高：-16.60～-13.40m，平均-14.73m；层底埋深：17.20～20.40m，平均18.53m。允许承载力70kPa。
4层重粉质壤土：灰色，可塑～硬塑状态，切口光泽，干强度高，韧性高。该层未被揭穿。允许承载力180kPa。
根据地质勘察资料显示，本工程主体结构地基所在土层为3层淤泥质重粉质壤土，土层较厚，土层物理力学性质较差，地基承载力不能满足要求，不能作为天然基础的持力层，且该地区长期地面沉降严重，因此工程必须进行基础处理。拟采用水泥搅拌桩进行地基处理，并进行相关设计计算。
2 地基处理设计
水泥搅拌桩桩型采用单头搅拌桩（断面为直径0.5m 水泥搅拌桩），固化剂采用 425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量选用15%，设计桩长 13～14m，进入持力层 0.5～1.0m。
2．1 水泥搅拌桩单桩竖向承载力标准值 Rdk确定
根据规范，单桩竖向承载力标准值Rdk按下列二式计算，并取其中的较小值。
式中，η 为强度折减系数；fcuk为室内加固土试块的无侧限抗压强度平均值；Ap 为桩的截面积；qs为桩周土的平均摩擦力；qp为桩端天然地基土的承载力标准值；α 为桩端天然地基土的承载力折减系数；Up 为桩周长；l 为桩长。
根据本工程的“水泥土检测试验报告”，水泥掺量为 15%，龄期为 90天的水泥土无侧限抗压强度fcuk=2.00MPa，桩长考虑伸入持力层 1m，经计算，单桩竖向承载力标准值由摩擦桩控制Rdk=123.5kN。
2．2 复合地基的承载力标准值的确定及桩位布置
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），复合地基的承载力标准值fs,k由下式计算:
式中，fs,k为桩间天然地基土承载力标准值；β 为桩间土承载力折减系数（本工程取 0.1）；m为面积置换率。
经计算，面积置换率 m=19%时复合地基的承载力标准值 fspk=158.2kPa。根据闸站地基应力分析，平均地基应力p=148.4kpa 2．3下卧层地基验算
因水泥搅拌桩置换率较大且为摩擦桩型，因此按群桩作用的原理，对下卧层地基进行验算。验算时将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力，验算假想基础底面的承载力。加固地基的承载力标准值 Rsp采用控制工况的平均地基应力148.5kPa，实体基础的水下容重取 8.8kN/m3，经计算假想基础底面的应力Pa=210.1kPa。其下④层土的地基承载力标准值 Rk=180kPa，经修正后的实体基础底面的地基承载力标准值 R=258.4kPa，Pa＜R，可见在上部荷载作用下下卧土层承载力能满足要求。
2.4闸首基础地基变形验算
闸首地基最终沉降量由复合土层的压缩变形值 S1和桩端以下未处理土层的压缩变形值S2组成。S1按下式计算
式中，p 为桩群体顶面的平均附加应力；po为桩群体底面土的附加压力；Eo为桩群体的变形模量；l 为加固地基的深度。
桩端以下未经处理土层的压缩变形值S2按下式计算:
式中，e1i、e2i为基础底面以下第i 层土在平均自重应力及平均自重应力加平均附加应力作用下由压缩曲线查得的相应孔隙比；hi基础底面以下第i 层土的厚度。
经计算，控制工况时S1=1.6cm、S2=9.3cm，闸首的最终沉降量 S∞=S1+S2=10.9cm，符合有关规范建议的沉降量控制范围 10~15cm，满足地基的变形要求。
3 水泥土室内配合比试验
通过水泥土室内配合比试验确定水泥土无侧限抗压强度与水泥掺入量及水灰比的关系。试验时，在实地取②层土样和拌和水，按水泥掺入比15%、水灰比 0.5、0.6、0.7 分别制作 70.7×70.7×70.7mm 的标准水泥土试块, 在标准养护室内养护7天后做水泥土试块抗压试验。试验结果如表3-1 示。表中水泥土 90d 无侧限抗压强度根据经验公式 qu,7=（0.3～0.5）qu,90推算得到。由表3-1可知，三种不同水灰比的水泥土7d无侧限抗压强度都满足达到 90d标准强度2.31Mpa的 30~50%（0.60~1.00Mpa）的要求。
表3-1 水泥土无侧限抗压强度试验结果统计
3.2 成桩试验
施工机械选用SJB-II型深层水泥搅拌机，水泥掺入比αw=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60、0.65 分别进行试验。试验桩选择底板外的扩散桩，实际共做试验桩12根，最终确定搅拌桩的施工参数：
3.2.1 水泥掺入比 αw=15%，单桩水泥用量不小于 180kg/m。
3.2.2 浆液比重不小于 1.755kg/l，水灰比约为 0.65。
3.2.3 喷浆提升速度不大于 0.5m/min，预搅下沉速度 0.6～0.7m/min（不大于 2m/min）。
3.2.4 喷浆口喷浆压力 0.4～0.6Mpa。3.3.5 桩尖标高按进入持力层的深度不小于 30cm（可根据工作电流的变化判断是否已进入持力层）且不得高于塄-12.0m控制。
4 深层搅拌桩施工
4.1 施工机具及配套机械共采用 2 台 SJB-II 型深层搅拌机同时施工，每台搅拌机配置灰浆搅拌机、灰浆泵、电气控制柜、自动流量计各一台及其他辅助设备。
4.2 施工工藝
4.2.1 定位：搅拌机就位、对中。
4.2.2预搅下沉：启动搅拌机电机，放松卷扬机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土下沉。
4.2.3制备水泥浆：待搅拌机开始下沉即可开始按成桩试验确定的配合比制备水泥浆。
4.2.4喷浆提升：搅拌机下沉到达最大深度后，开启灰浆泵开始喷浆搅拌提升；第一次喷浆量应控制在单桩总浆量的50%左右。
4.2.5 重复搅拌下沉。
4.2.6重复喷浆搅拌提升：搅拌机提升到桩顶标高时，浆液应若有剩余，可在桩身上部1~1.5 米范围内重新搅拌喷浆；不得出现搅拌头未到桩顶，浆液已喷完的现象。
4.2.7 上下往返复搅一次。
4.2.8关闭机械。
4.2.9 重复上述步骤，开始下一根桩施工。
5 施工质量控制与检验
5.1 施工质量控制
（1）基础底面以上至少留有 50cm 厚的土层，以保证喷浆搅拌至少高出基础底板底面高程50cm。（2）施工期间应控制地下水位高程低于操作面2 米以上。（3）预搅充分，以利于土和水泥浆均匀搅拌。（4）严格按预定配合比配置水泥浆液，并定期抽查。（5）保证足够的注浆压力；必须使用自动流量计控制实际喷浆量。（6）控制喷浆搅拌提升速度，段浆量（l/m）要均匀。（7）考虑到桩顶与基础底板接触部分受力较大，因此对桩顶 1~1.5 米范围应加强搅拌，确保桩头的均匀密实。（8）连锁桩施工时，相临桩的施工间隔不得超过24 小时。
5.2 质量检验
5.2.1轻便触探试验
按2%的比例共做了 12 组桩身 7 天强度的轻便触探试验，试验指标 N10击数100mm 都在 30 击以上，大于原状土平均击数 14.6 击的两倍，表明搅拌桩的现场强度达到了设计要求。
5.2.2 静载试验
为了更加直观的检验搅拌桩的加固效果，在闸底板范围内抽样进行了单桩复合地基、四桩复合地基垂直承载力静探试验，同时进行了桩间土垂直承载力试验。单桩复合地基承台板面积为 1.0x1.0m，四桩复合地基承台板面积2.0x2.0m，均与设计置换率相同，加载方法为均匀堆载。试验结果为：单桩复合地基垂直承载力标准值fk≥172kpa,沉降 s=5mm；四桩复合地基fk≥156kpa, s=10mm,桩间土 fk=65kpa，s=4mm。试验结果表明，由于群桩效应，四桩复全地基承载力小于单桩复合地基，但均已满足闸室上覆荷载148.4kpa 的要求。
本文从地基处理设计、水泥土室内配合比试验、深层搅拌桩施工、施工质量控制与检验等角度，分析了闸站建设过程中采用深层水泥土搅拌桩对软弱地基进行处理的全过程，经工程实践检验，该处理方案取得了很好的效果。
关键词：深层水泥搅拌桩；软弱地基处理；水闸泵站
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
大高渎排涝站工程位于无锡市惠山区前洲街道的万寿河附近，老的大高渎排涝站南侧，为异地新建泵站。闸站工程设计等级为Ⅲ等，主要建筑物为 3级，地震烈度为Ⅵ度。建筑物防洪标准∶设计洪水 50年一遇，校核洪水100 年一遇。
1．1 地质条件
在勘察揭示深度范围内，拟建场地根据钻探揭示及原位测试、野外编录综合分析，场地土层自上而下可划分为4层。现分述如下：
1层河水：无嗅无味，水体浑浊。水深：3.00～3.20m，平均3.03m。
2层淤泥：黑色，流塑状态，有腐殖质嗅味。厚度：1.50～2.00m,平均1.75m；层底标高：-1.20～-0.70m，平均-0.98m；层底埋深：4.50～5.00m，平均4.78m。
3层淤泥质重粉质壤土：灰色，软塑状态，夹薄层粉土，偶见贝壳碎屑、云母碎屑及泥炭。厚度:12.20～15.40m，平均13.75m；层底标高：-16.60～-13.40m，平均-14.73m；层底埋深：17.20～20.40m，平均18.53m。允许承载力70kPa。
4层重粉质壤土：灰色，可塑～硬塑状态，切口光泽，干强度高，韧性高。该层未被揭穿。允许承载力180kPa。
根据地质勘察资料显示，本工程主体结构地基所在土层为3层淤泥质重粉质壤土，土层较厚，土层物理力学性质较差，地基承载力不能满足要求，不能作为天然基础的持力层，且该地区长期地面沉降严重，因此工程必须进行基础处理。拟采用水泥搅拌桩进行地基处理，并进行相关设计计算。
2 地基处理设计
水泥搅拌桩桩型采用单头搅拌桩（断面为直径0.5m 水泥搅拌桩），固化剂采用 425#普通硅酸盐水泥，水泥掺入量选用15%，设计桩长 13～14m，进入持力层 0.5～1.0m。
2．1 水泥搅拌桩单桩竖向承载力标准值 Rdk确定
根据规范，单桩竖向承载力标准值Rdk按下列二式计算，并取其中的较小值。
式中，η 为强度折减系数；fcuk为室内加固土试块的无侧限抗压强度平均值；Ap 为桩的截面积；qs为桩周土的平均摩擦力；qp为桩端天然地基土的承载力标准值；α 为桩端天然地基土的承载力折减系数；Up 为桩周长；l 为桩长。
根据本工程的“水泥土检测试验报告”，水泥掺量为 15%，龄期为 90天的水泥土无侧限抗压强度fcuk=2.00MPa，桩长考虑伸入持力层 1m，经计算，单桩竖向承载力标准值由摩擦桩控制Rdk=123.5kN。
2．2 复合地基的承载力标准值的确定及桩位布置
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），复合地基的承载力标准值fs,k由下式计算:
式中，fs,k为桩间天然地基土承载力标准值；β 为桩间土承载力折减系数（本工程取 0.1）；m为面积置换率。
经计算，面积置换率 m=19%时复合地基的承载力标准值 fspk=158.2kPa。根据闸站地基应力分析，平均地基应力p=148.4kpa
因水泥搅拌桩置换率较大且为摩擦桩型，因此按群桩作用的原理，对下卧层地基进行验算。验算时将搅拌桩和桩间土视为一个假想的实体基础，考虑假想实体基础侧面与土的摩擦力，验算假想基础底面的承载力。加固地基的承载力标准值 Rsp采用控制工况的平均地基应力148.5kPa，实体基础的水下容重取 8.8kN/m3，经计算假想基础底面的应力Pa=210.1kPa。其下④层土的地基承载力标准值 Rk=180kPa，经修正后的实体基础底面的地基承载力标准值 R=258.4kPa，Pa＜R，可见在上部荷载作用下下卧土层承载力能满足要求。
2.4闸首基础地基变形验算
闸首地基最终沉降量由复合土层的压缩变形值 S1和桩端以下未处理土层的压缩变形值S2组成。S1按下式计算
式中，p 为桩群体顶面的平均附加应力；po为桩群体底面土的附加压力；Eo为桩群体的变形模量；l 为加固地基的深度。
桩端以下未经处理土层的压缩变形值S2按下式计算:
式中，e1i、e2i为基础底面以下第i 层土在平均自重应力及平均自重应力加平均附加应力作用下由压缩曲线查得的相应孔隙比；hi基础底面以下第i 层土的厚度。
经计算，控制工况时S1=1.6cm、S2=9.3cm，闸首的最终沉降量 S∞=S1+S2=10.9cm，符合有关规范建议的沉降量控制范围 10~15cm，满足地基的变形要求。
3 水泥土室内配合比试验
通过水泥土室内配合比试验确定水泥土无侧限抗压强度与水泥掺入量及水灰比的关系。试验时，在实地取②层土样和拌和水，按水泥掺入比15%、水灰比 0.5、0.6、0.7 分别制作 70.7×70.7×70.7mm 的标准水泥土试块, 在标准养护室内养护7天后做水泥土试块抗压试验。试验结果如表3-1 示。表中水泥土 90d 无侧限抗压强度根据经验公式 qu,7=（0.3～0.5）qu,90推算得到。由表3-1可知，三种不同水灰比的水泥土7d无侧限抗压强度都满足达到 90d标准强度2.31Mpa的 30~50%（0.60~1.00Mpa）的要求。
表3-1 水泥土无侧限抗压强度试验结果统计
3.2 成桩试验
施工机械选用SJB-II型深层水泥搅拌机，水泥掺入比αw=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60、0.65 分别进行试验。试验桩选择底板外的扩散桩，实际共做试验桩12根，最终确定搅拌桩的施工参数：
3.2.1 水泥掺入比 αw=15%，单桩水泥用量不小于 180kg/m。
3.2.2 浆液比重不小于 1.755kg/l，水灰比约为 0.65。
3.2.3 喷浆提升速度不大于 0.5m/min，预搅下沉速度 0.6～0.7m/min（不大于 2m/min）。
3.2.4 喷浆口喷浆压力 0.4～0.6Mpa。3.3.5 桩尖标高按进入持力层的深度不小于 30cm（可根据工作电流的变化判断是否已进入持力层）且不得高于塄-12.0m控制。
4 深层搅拌桩施工
4.1 施工机具及配套机械共采用 2 台 SJB-II 型深层搅拌机同时施工，每台搅拌机配置灰浆搅拌机、灰浆泵、电气控制柜、自动流量计各一台及其他辅助设备。
4.2 施工工藝
4.2.1 定位：搅拌机就位、对中。
4.2.2预搅下沉：启动搅拌机电机，放松卷扬机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土下沉。
4.2.3制备水泥浆：待搅拌机开始下沉即可开始按成桩试验确定的配合比制备水泥浆。
4.2.4喷浆提升：搅拌机下沉到达最大深度后，开启灰浆泵开始喷浆搅拌提升；第一次喷浆量应控制在单桩总浆量的50%左右。
4.2.5 重复搅拌下沉。
4.2.6重复喷浆搅拌提升：搅拌机提升到桩顶标高时，浆液应若有剩余，可在桩身上部1~1.5 米范围内重新搅拌喷浆；不得出现搅拌头未到桩顶，浆液已喷完的现象。
4.2.7 上下往返复搅一次。
4.2.8关闭机械。
4.2.9 重复上述步骤，开始下一根桩施工。
5 施工质量控制与检验
5.1 施工质量控制
（1）基础底面以上至少留有 50cm 厚的土层，以保证喷浆搅拌至少高出基础底板底面高程50cm。（2）施工期间应控制地下水位高程低于操作面2 米以上。（3）预搅充分，以利于土和水泥浆均匀搅拌。（4）严格按预定配合比配置水泥浆液，并定期抽查。（5）保证足够的注浆压力；必须使用自动流量计控制实际喷浆量。（6）控制喷浆搅拌提升速度，段浆量（l/m）要均匀。（7）考虑到桩顶与基础底板接触部分受力较大，因此对桩顶 1~1.5 米范围应加强搅拌，确保桩头的均匀密实。（8）连锁桩施工时，相临桩的施工间隔不得超过24 小时。
5.2 质量检验
5.2.1轻便触探试验
按2%的比例共做了 12 组桩身 7 天强度的轻便触探试验，试验指标 N10击数100mm 都在 30 击以上，大于原状土平均击数 14.6 击的两倍，表明搅拌桩的现场强度达到了设计要求。
5.2.2 静载试验
为了更加直观的检验搅拌桩的加固效果，在闸底板范围内抽样进行了单桩复合地基、四桩复合地基垂直承载力静探试验，同时进行了桩间土垂直承载力试验。单桩复合地基承台板面积为 1.0x1.0m，四桩复合地基承台板面积2.0x2.0m，均与设计置换率相同，加载方法为均匀堆载。试验结果为：单桩复合地基垂直承载力标准值fk≥172kpa,沉降 s=5mm；四桩复合地基fk≥156kpa, s=10mm,桩间土 fk=65kpa，s=4mm。试验结果表明，由于群桩效应，四桩复全地基承载力小于单桩复合地基，但均已满足闸室上覆荷载148.4kpa 的要求。
本文从地基处理设计、水泥土室内配合比试验、深层搅拌桩施工、施工质量控制与检验等角度，分析了闸站建设过程中采用深层水泥土搅拌桩对软弱地基进行处理的全过程，经工程实践检验，该处理方案取得了很好的效果。