水泥土搅拌桩处理码头边坡适用条件探讨及其它处理措施

摘要：本文结合工程实例，分析水泥水搅拌法在港口工程边坡处理上的应用条件，并提出对于应用条件不适宜时的工程处理措施，分析结果可供相关工程参考。

关键词：港口工程、边坡稳定、水泥搅拌桩、有机质含量、排水固结

目前水泥土搅拌法按喷射材料的形态可分为浆液喷射深层搅拌法（简称“湿法”）和粉体喷射深层搅拌法（简称“干法”），一般适应于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、松散砂土等。但对于泥炭土、有机质土、地下水具有腐蚀性时的土质水泥土搅拌法有一定的限制，本文就结合顺德某码头的工程实例浅谈以上问题，以供相关工程参考。

1 工程概况

拟建工程位于顺德区顺德水道紫洞――三槽口河段。码头岸线长350m，建设6个500吨级泊位（结构按1000吨预留），码头采用高桩梁板结构，桩基采用700mmPHC桩，护岸方案地基处理拟采用水泥搅拌桩方案，搅拌桩桩径500mm，格栅型布置，工程地质从上到下依次为：素填土、粉质粘土、细砂、淤泥质土、粉细砂、圆砂等。其中淤泥质土厚度很大，约11米左右，该层土在边坡稳定中影响最大，根据地质报告，该层土的主要描述如下：

深灰色～灰黑色，饱和，流塑，含腐殖质，有腐殖臭味，局部夹薄层粉砂。其主要物理力学性质指标平均值： w=44.8%，ρ0=1.72g/cm3，e=1.235，wL=39.3%，wp=23.8%，Ip=15.5，IL=1.37，c=7.8kPa，φ=5.3°。有机质含量5.03～7.10%，平均6.15%。

由于淤泥较厚，且物理力学指标较差，边坡稳定计算不满足规范要求，需要对地基进行处理，本工程拟采用水泥搅拌桩方案进行边坡处理。

2 水泥土搅拌桩试验

在工程实施之前，考虑到水泥土搅拌桩的对地质条件有一定的要求，我们安排了水泥土搅拌桩室内试验及现场试验，以验证在本工程所在区域水泥土搅拌桩的适应性。

2.1 试验要求

2.1.1室内配合比试验

试验参数及基本要求

1）采用现场原状土作为试验土样，土样密封在容器内保持其天然含水量，并于24小时内制成试块；

2）固化剂：采用普通硅酸盐水泥，水泥标号R425#；

3）外加剂：三乙醇胺（早强剂）、石膏（CaSO4）；

4）水泥浆的水灰比为0.45；

5）水泥土试样制备：

按12%、15%和20%（土的密度按18KN/m3计，每立方米土水泥用量为216 kg、270kg、360kg）的水泥掺入量进行配比试验，每种配合比不少3组试样，发现试验数据异常应补充试验。

2.1.2 现场试验

（1）现场试验参数及要求与室内试验基本一致，水泥掺入比分别为按12%、15%和20%，在水泥土搅拌桩龄期分别为28天、60天、90天时进行水泥土取样试验，试验内容包括：水泥土无侧限抗压强度指标和试验曲线、抗剪强度指标（直剪快剪C、φ值）和抗剪强度曲线。钻孔取芯率应不小于80%、描述芯样的完整性情况，以判断桩基是否成型，取芯位置应至搅拌桩底部下0.5m。

（2）试验桩具体施工工艺要求与设计桩基施工要求一致，具体如下：

1）设备及工艺：采用单轴深层搅拌机（最大搅拌深度不小于15m），四搅两喷的施工工艺。

2）搅拌桩参数：每个钻孔处试验6根桩，其中每种掺入比试验1根桩。两个钻孔位置处，共12根桩。搅拌桩径0.5m，试验桩间距1m，搅拌桩底部要求入粉砂层0.5m。

3）施工工艺控制

采用四搅二喷的工艺流程为：钻机就位检验、调整钻机正循环钻进至设计深度（根据地质钻孔资料，要求进行粉砂层0.5m）打开高压注浆泵（预喷持续30秒）反循环提钻并喷水泥浆（提升速度不大于1米/每分钟）上升至工作基准面以下30厘米至50厘米（持搅30秒）正循环复搅下沉反循环复搅提钻至地面重复以上步骤一次成桩结束。

2.2 试验结果

搅拌桩现场试验及室内配合比试验结果如下：

（1）室内试验

1） 28天无侧限抗压强度最小值0.246MPa，最大值0.843MPa，平均值0.47 MPa；

2） 60天无侧限抗压强度最小值0.303 6MPa，最大值1.11MPa，平均值0.628 MPa；

（2）现场试验

1）28天抽芯试验，无侧限抗压强度最小值0.116MPa，最大值0.33MPa，平均值0.178 MPa；

2）90天抽芯试验，无侧限抗压强度最小值0.12MPa，最大值0.709MPa，平均值0.276 MPa；

根据以上试验结果，室内试验的控制稍好，试验结果基本能满足设计要求，但从现场试验结果来看本工程搅拌桩成桩效果不理想，根据现场试验90天现场抽芯情况分析，芯样含水泥气味及淤泥腐臭味，芯样强度比淤泥质土好，基本达到粘土强度（部分芯样较差，无法取样），但水泥与水土发生反应效果不明显。

2.3 水泥土搅拌桩试验结果分析

湿法水泥土搅拌桩的主要加固原理为水泥的水解和化学反应、水泥的凝结与硬化、离子交换和团粒化作用及碳酸化反应等，我们采用的硅酸盐水泥主要由CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3组成，用水泥加固软土时，水泥的水化学反应最开始需要处理碱性环境中，使SiO2、Al2O3参入化学反应，从而生成不溶于水的稳定的铝酸钙、硅酸钙等物质，另外软土中的水和土孔隙中的CO2在有水、气的条件下与水泥水化物中游离的Ca（HO）2发生碳酸化反应，生成不溶于水的CaCO3等。

当土质及水呈酸性时，会抑制水泥的水化反应，如果酸性较强的话，水泥的水化反应无法发生，从而导致水泥土强度无法提高。

4 补救处理措施

本工程如搅拌桩能试验成功的话，不失为一种经济、实用的地基处理方法，除了水泥土搅拌桩，常用的边坡稳定办法有施打砂桩、碎石桩、高压旋喷桩等，但造价相对较高。另外对于10～15米左右厚度的淤泥层，采用排水固结法处理效果明显，且处理费用相对较便宜，排水固结法一般可分为真空预压和堆载预压两种方案。

根据监测报告，软基处理后淤泥质土层物理力学指标有较明显的提高，加固前后十字板剪切强度标准值及固结快剪指标见表1：

取消搅拌桩后，根据加固后的指标，我们选取最危险断面对使用期及施工期边坡稳定进行计算，计算结果表明边坡稳定满足规范要求，其中最小抗力系数详见表2、表3。

5 结束语

水泥土搅拌法在建筑、重力式挡土墙、场地地基加固、基坑支护、边坡处理等领域有着较广泛的应用，但基于水泥土搅拌桩的加固基理，对土质的有一定要求，因此在水泥土搅拌桩实施前要重点勘察软土的有机质含量、地下水的酸碱度、硫酸盐含量等。对于不适合采用搅拌桩的区域可采用施打砂桩、碎石桩处理，另外采用排水固结法地基处理也能达到较理想的效果。

[参考文献]（References）

[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；

[2]《水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程》（JTJ/259-2004；

[3] 岩土工程治理手册 林宗元 中国建筑工业出版社，2005。