水泥搅拌桩加固堤防工程的设计及优化探讨

樊二东

摘要：水泥搅拌桩技术主要适用于加固饱和软黏土的地基，将水泥作为固化剂，通过机械的方式将软黏土和固化剂搅拌在一起，使软黏土产生一系列的反应，从而起到加固的作用。水泥搅拌桩技术的应用比较灵活，过程中没有污染，不需要采用振动的方式，因此应用非常广泛。本文以浙江某河道的堤防加固工程为例，介绍了工程的设计及优化，希望对相关的工作人员有所帮助。

关键词：水泥搅拌桩;堤防工程;设计优化

引言：堤防是抗击洪水最有效的方式之一，能够保证周围居民正常生活以及工业生产的顺利进行，但是由于其长期浸泡在水里，而且经常会遇到水流冲刷及暴雨的影响，造成边坡失稳。堤防的边坡失稳不仅会影响其防洪效果，严重的情况还会造成堤防的损毁，因此相关部门必须要定期检查堤防的情况，并采取相应的加固措施。堤防加固中常用的方法是水泥搅拌桩，该方法能够充分的利用地基土，而且对建筑物的影响较小，更好的满足堤防的防洪要求。

1.工程概况

浙江某河道工程占地面积约为80万平方米，之前的堤防防洪标准为3级，质量相对较差，很容易出现滑坡现象，而且之前由于洪水过大，还发生过漫顶现象。该区域在城市规划时，设计人员将其设计为度假区，要在周边建设酒店、住宅及娱乐场所，为了保证建筑物使用的稳定性，相关部门对该河道的堤防进行了加固。

在选择加固方式之前，技术人员进行了现场勘察，勘察信息表明该堤防主要是由淤泥、中细砂、淤泥质粉砂等材料组成，其中淤泥的承载力为60kPa，厚度为2.3米;中细砂的承载力为140kPa，厚度为13米;淤泥质粉砂等承载力为75kPa，厚度为8.6米。技术人员根据该堤防的特点，决定采取水泥搅拌桩的方式进行加固，保证堤防的使用性能。

2.水泥搅拌桩加固堤防工程的设计及优化措施

2.1水泥搅拌桩加固堤防工程的设计

2.11有效桩长的设计

技术人员通过对该区域的实际勘察，发现堤防中的地表水中存在硫酸根离子，在水中能和其他物质发生反应，生成的物质会侵蚀堤坝，造成桩体开裂，影响堤防的防洪水平。技术人员根据这一特点和水中土层的性能指标，决定使用硅酸盐水泥作为固化剂，降低水中发生化学反应的概率，减少生成物的数量，提高桩体的稳定性，表一为土层的物理力学性能指标。在该工程中，技术人员将进行水泥搅拌桩的位置定为地下10米，该位置是黏土层，厚度比较大，稳定性较强。为了保证水泥搅拌桩的桩体不会悬浮，技术人员选择黏土成作为承载力层，桩体进入黏土层中1米，桩长为15米。

2.12装土置换率和水泥的掺入量

该堤防工程的设计，要求水泥搅拌桩的位置以堤防的顶部为主，与堤防的轴线呈垂直的角度，每两个搅拌桩之间的距离为1米，布设6排即可。该工程采用的是硅盐水泥作为固化料，加入量的多少会影响水泥的强度。根据相关规定，加固时加入的水泥固体质量最少不得少于原有加固土的7%，最多不能超过18%。技术人员对工程的荷载情况进行了仔细的分析，由于其曾经受到过漫顶，堤防顶部的含水量也比较大，因此采用最高数量的水泥添加。最终，技术人员根据相关公式的计算，得出水泥的加入量为80千克。

2.13单桩承载力的设计

水泥搅拌桩的单桩承载力主要是由桩土承载力和桩身强度提供的承载力所确定的，分别计算出由桩体所提供的承载力和桩身强度所提供的承载力，选择二者中较小的作为单桩的承载力。桩体承载力的计算公式RP1=3.1416*D*L*f;桩身强度承载力RP2=η*qu*Ap。其中qu指的是标准养护下，90天水泥块的抗压强度;η是qu的折减系数，取值在0.3到0.5之间;Ap是桩截面积。技术人员通过计算，确定单桩承载力的大小。而且在加固完成后，技术人员可以通过土层的指标计算出堤防的稳定性。

2.14复合地基的承载力

复合地基的承载力是堤防加固中最重要的参数之一，技术人员在加固完成后，必须要进行复合地基承载力的试验，测定出地基土压力的变形曲线及所对应的压力值，最大的压力值为临界值。复合地基承载力的计算公式为fspk=m*Ra/Ap+β（1-m）fsk，其中fspk是复合地基承载力的特征值，m为置换率，Ra是单桩承载力，Ap是桩的横截面积，β是折减系数。技术人员利用该公式，计算出复合地基的承载力，结果符合要求。

2.2水泥搅拌桩加固堤防工程的准备工作

水泥搅拌桩加固堤防工程前，设计人员首先要做好土工的试验报告，做好平面控制桩和水准点的测量工作，确定加固深度。设计方案完成后，要经过总监理进行审批，保证方案的可实施性。设计方案审批合格后，管理人员要组织技术人员学习施工规范和图纸以及合同内容，并逐一进行技术交底和安全交底工作，务必保證每个人都在交底确认书上签字。其次是根据设计方案选择合适的机械设备，该工程中主要用到的设备有搅拌桩机，空压机和发电机。设备在进场前，技术人员要对其进行仔细检查，保证设备的使用性能完好，其中搅拌桩机必须有喷粉记录仪，并且相关计量符合国家要求。

2.3水泥搅拌桩加固堤防的质量控制要点

为了保证堤防的加固质量，技术人员要注意以下几个方面，首先是桩位的控制，技术人员要使用全站仪来进行精准放线，测量完成后需要监理再次进行复核，确认间距，才能开钻。其次是成桩垂直度的控制，利用水平尺调整钻机操作方便，在钻架上利用垂线来控制垂直度。当垂直度控制完成后，再利用转盘来进行检测与校正。第三是喷灰量以及均匀程度的控制，在控制粉喷量时，要选择符合要求的电脑计量装置，保证定量控制的准确性，一旦发生设备故障，必须要重新进行补喷，而且补喷的长度必须大于1米。技术人员要严格控制钻头的钻进速度以及搅拌速度等相关参数，通过计量装置，控制水泥用量。

3.水泥搅拌桩加固后对堤防稳定性的影响

3.1加固后堤防的稳定性

技术人员通过对施工现场的实际考察发现该区域的抗洪能力较弱，要想计算该堤防的稳定性，只能在完成加固后再进行计算，才能确定该工程是否能采用水泥搅拌桩的加固方式。该工程在加固之前，水位降落期、施工期、渗流期及安全系数据比较低，加固完成后，相关数值都有所提高，其中施工期的提高幅度最大，将近70%，说明该堤防在加固完成后的稳定性有所提高。技术人员还可以利用有限元法进行稳定性的计算，有限元法是利用数学近似的方法，解决真实的物理系统，能够迅速的判断出堤防结构的强度。该工程计算完成后的安全系数为1.55，满足堤防安全系数的要求，并且能够节约一定的造价成本，不仅起到了加固的作用，还节约了成本。

3.2加固工程中的优化措施

为了保证该工程的加固效果，技术人员要对施工质量进行检查，确保工程质量。在检查过程中，技术人员需要注意以下几点问题，第一点是在成桩工作完成一个星期后，要用触碰法检查桩体的牢固程度，等到成桩一个月后，需要对桩体的完整度和均匀度进行检查，并进行抗压强度实试验，保证其强度符合相关要求。第二点是在进行质量检查时，会对桩体进行破坏，取样完成后要对墙体厚度进行测量，保证其符合要求。在检查完成后，技术人员需要采用同样强度的水泥将其进行密封。第三点是施工完成后，技術人员要对其外观进行仔细检查，保证外表平整，桩体之间的距离合适，没有松散以及回陷问题。外观的检查相对比较容易，但是务必要认真仔细，一旦发现问题，要及时处理，保证堤防质量。第四点是施工完成后，需要相关的工作人员对下钻深度进行检查，保证水泥的用量符合要求。施工完成后，必须要进行验收工作，确保其符合设计要求才能进行交工。

结束语：由于堤防的特性，在施工中容易存在质量问题，影响堤防的使用寿命。相关单位要根据堤防的实际情况选择合适的加固方式，水泥搅拌桩是比较常用的方式之一，在加固工程开始前，设计人员要对堤防进行充分的了解，保证方案的可实施性，采取相应的优化措施，确保堤防的荷载力符合设计要求。技术人员在操作时，要保证施工工艺符合相关规范，提高加固质量。

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