水泥深層攪拌法在碼頭駁岸軟基處理中的應(yīng)用

2室內(nèi)水土壤配置研究2.1水土流失的作用機(jī)理（1）水泥的水解和水化作用。軟土和水泥攪拌之后，水泥中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等與土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。氫氧化鈣、含水硅酸鈣能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出來，再與水發(fā)生反應(yīng)，從而使周圍的水溶液逐漸達(dá)到飽和，新生成物不能再溶解，只能以細(xì)分散狀態(tài)的膠體析出，懸浮在溶液中，形成膠體。(2)離子交換和團(tuán)粒作用。粘土和水結(jié)合時(shí)就表現(xiàn)出一種膠體特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子Na(3)硬凝反應(yīng)。隨著水泥土水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過離子交換的需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二硅的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，生成物在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強(qiáng)度，且由于其結(jié)構(gòu)比較致密，水分不易侵入，從而使水泥土有足夠的水穩(wěn)定性。(4)碳酸化作用。水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)也能使軟土固化，使水泥土增加強(qiáng)度，但增長(zhǎng)的速度較慢，幅度也較小。2.2水泥石流強(qiáng)度的測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果(1)試驗(yàn)內(nèi)容和方法試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱肆私饧庸趟嗟钠贩N、摻入量、水灰比、最佳外加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響，求得齡期與強(qiáng)度關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)計(jì)算和施工工藝提供可靠的參數(shù)。土樣取自擬加固現(xiàn)場(chǎng)，按加固區(qū)域和深度分別從不同地點(diǎn)鉆取一定數(shù)量原狀土，密封運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室即儲(chǔ)存進(jìn)密封缸，取原狀土進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)。取一部分原狀土樣經(jīng)風(fēng)干、碾碎和過篩制成風(fēng)干土樣作配比試驗(yàn)。固化劑選取“建?！迸扑鄵饺氡纫运嗟母芍嘏c被加固軟土重量之比a按試驗(yàn)計(jì)劃分批制樣成型，1～2d后拆模并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)齡期達(dá)到3d、7d、28d、90d時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，主要內(nèi)容有含水量、重度、比重、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、三軸剪切(固結(jié)不排水)、變形模量、固結(jié)(壓縮)、抗拉等試驗(yàn)。(2)試驗(yàn)結(jié)果及分析重度：水泥土重度較原狀土有所增加，但增加的比例很小。當(dāng)水泥摻入比a含水率：水泥土的含水率較原狀土有所降低，當(dāng)a比重：水泥土的比重比天然軟土稍大，隨著水泥摻入比的增加，水泥土的比重較軟土增大0.8%～2.3%。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度：受水泥的摻入比、齡期、軟土含水率、摻加粉煤灰、選擇外加劑等因素的影響。水泥摻入比：水泥摻入比越大，水泥土的強(qiáng)度越高，在一定養(yǎng)護(hù)齡期下，隨著水泥摻入比的增加，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨之增長(zhǎng)。短齡期時(shí)增幅小，長(zhǎng)齡期時(shí)增幅大，90d齡期幾乎是線性增長(zhǎng)。試驗(yàn)表明，a養(yǎng)護(hù)齡期：當(dāng)水泥摻入比一定時(shí)，水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增加而增長(zhǎng)。當(dāng)齡期為7d左右時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)最快。齡期28d內(nèi)仍有較大的增長(zhǎng)速率，其后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增速減緩。當(dāng)齡期達(dá)60d左右時(shí)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈緩慢增長(zhǎng)。齡期達(dá)90d時(shí)，強(qiáng)度值基本穩(wěn)定。水泥土齡期90d、28d、7d的強(qiáng)度大致有以下關(guān)系：q軟土含水率：在水泥摻入比相同的情況下，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著軟土初始含水率的增加而降低。粉煤灰的摻加：試驗(yàn)表明，當(dāng)在不同水泥摻入比的水泥中再摻入一定量(試驗(yàn)取加固土重的15%)的粉煤灰時(shí)，在28d齡期測(cè)得無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在水泥摻入比超過11%的情況下，摻粉煤灰的水泥土強(qiáng)度約提高15%～60%。但粉煤灰摻入量不得超過水泥摻入量，否則會(huì)適得其反。外加劑的選擇：不同外加劑對(duì)水泥土的強(qiáng)度有不同的影響。試驗(yàn)表明，不加外加劑時(shí)，水泥土強(qiáng)度降低14%～19%。抗剪強(qiáng)度：水泥土的抗剪強(qiáng)度與水泥摻入比、齡期、軟土的含水率、粉煤灰的摻入等因素也有著密切的關(guān)系。水泥土的凝聚力C試驗(yàn)表明，不同齡期的C水泥摻入比(a在水泥摻入比a抗拉強(qiáng)度：當(dāng)水泥土的抗壓強(qiáng)度為1800～6800kPδ固結(jié)特性和變形模量：水泥土壓縮試驗(yàn)結(jié)果和變形模量列于表1。水泥土的壓縮系數(shù)不因水泥摻入比的變化而發(fā)生過大的變化，在(1.0～6.0)×10當(dāng)垂直應(yīng)力達(dá)50%無側(cè)限抗壓強(qiáng)度時(shí)，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變比值稱為水泥土的變形模量E3駁岸軟基加固區(qū)樁體強(qiáng)度試驗(yàn)方案現(xiàn)場(chǎng)施工深層攪拌樁受當(dāng)?shù)赝临|(zhì)、水文、施工養(yǎng)護(hù)條件和環(huán)境等因素的影響，與室內(nèi)水泥土試驗(yàn)的結(jié)果有較大的差別。因此，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，研究水泥深層攪拌在特定環(huán)境下的強(qiáng)度特性，結(jié)合工程和現(xiàn)場(chǎng)條件，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，探索水泥摻入量與樁體強(qiáng)度的關(guān)系，尋求不同種類的外加劑對(duì)水泥土的影響?，F(xiàn)場(chǎng)加固試驗(yàn)區(qū)選擇在駁岸軟基加固區(qū)的邊緣，采用SJB型雙頭深層攪拌機(jī)施工，樁徑為700mm，樁之間搭接200mm，樁長(zhǎng)15m左右。以不同水泥摻入比a現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)駁岸軟基經(jīng)過水泥土加固，其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)明顯提高，且比室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果稍好。(2)采用水泥摻入比a(3)外加劑采用0.3%石膏和采用0.2%木鈣、0.5%三乙醇胺的效果相近，同樣能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故采用0.3%石膏作外加劑。由此可見，室內(nèi)水泥土試驗(yàn)的結(jié)果可以用于現(xiàn)場(chǎng)駁岸軟土地基的加固。4灰漿制備機(jī)施工工藝流程駁岸軟基加固處理采用水泥深層攪拌樁，設(shè)計(jì)加固駁岸長(zhǎng)度119.5m，加固寬度3.2～6.2m，加固最大深度20.1m。樁的排列為格柵型，樁徑700mm，攪拌樁斷面為雙軸“8”字形，樁與樁之間搭接200mm。施工參數(shù)：水泥摻入比15%；水泥漿水灰比50%；外加劑采用石膏粉，摻和比為0.3%；壓漿提升速度<0.5m/min；下攪速度<2m/min；灰漿泵出口壓力0.4～0.6MP施工設(shè)備主要有SJB-II型深層攪拌機(jī)；灰漿拌制機(jī)(3m施工工藝流程：(1)定位：平整施工場(chǎng)地后，按照樁位平面布置圖確定樁位。將攪拌機(jī)移至設(shè)計(jì)樁位，定位對(duì)中，樁位偏差不超過5cm，攪拌軸垂直度誤差不超過1.5%。(2)制漿：用(3)預(yù)攪下沉：待攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)正常后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，放松起吊鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉。下沉?xí)r不得沖水，其速度一般不大于2.0～2.5m/min，使軟土完全預(yù)攪切碎。預(yù)攪高程一般比設(shè)計(jì)值超深10～20cm。(4)提升噴漿攪拌：當(dāng)攪拌頭下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵，將拌制好的灰漿壓入地基土中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，提升速度不大于0.5m/min。當(dāng)漿液到達(dá)出漿口后，應(yīng)坐底30秒以上，使?jié){液完全到樁端。攪拌頭提升到距樁頂1m時(shí)，應(yīng)減速，在噴漿口露出地面時(shí)，應(yīng)停止提升，攪拌數(shù)秒以保證樁頭均勻密實(shí)。(5)二次攪拌：當(dāng)攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)加固深度時(shí)，集料斗中水泥漿應(yīng)正好排空。為使水泥漿和地基土充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑧?yīng)再次將攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土中，至設(shè)計(jì)深度后邊攪拌邊提升至地面。(6)清洗：向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗管中殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將粘附在攪拌頭上的軟土清洗干凈。除廢棄船塢區(qū)寬31.4m已打木樁并拋填塊石無法成樁外，加固駁岸基礎(chǔ)總長(zhǎng)106.3m，施工實(shí)際工作日達(dá)3個(gè)多月，實(shí)際完成水泥攪拌樁781根，累計(jì)樁長(zhǎng)10185m，攪拌水泥土7679.2m5抗壓強(qiáng)度、穩(wěn)定性施工結(jié)束后，經(jīng)過一定養(yǎng)護(hù)齡期，抽取一定數(shù)量的工程樁，采用鉆機(jī)鉆取樁身芯樣，進(jìn)行室內(nèi)抗壓和三軸剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。8組齡期為90d的芯樣試驗(yàn)結(jié)果表明，其芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為3.1MPa；三軸剪切凝聚力和內(nèi)摩擦角的平均值分別為0.93MPa和26.3°，與室內(nèi)試驗(yàn)90d齡期的水泥土相接近，達(dá)到了加固駁岸淤泥地基的預(yù)期效果。為了觀察駁岸地基加固后的穩(wěn)定情況，從1995年9月到1996年6月對(duì)駁岸位移、沉降進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)駁岸上游段較穩(wěn)定，累計(jì)沉降2.5～4.0mm，位移2～3mm；下游段駁岸頂部最大累計(jì)偏位8～9mm，累計(jì)最大沉降23mm。目前駁岸沉降位移已趨于穩(wěn)定，加固效果比較好。6駁岸軟土地基加固工程如何解決沿海岸坡深層軟土地基的加固問題，應(yīng)用傳統(tǒng)的排水固結(jié)法投資大，工期長(zhǎng)，且地基變形大，不易在短時(shí)間內(nèi)完成。通過引進(jìn)和采用水泥深層攪拌樁加固軟土地基新技術(shù)，解決本工程駁岸軟土地基(淤泥最厚達(dá)23m)的整體穩(wěn)定問題，在省內(nèi)尚屬首次。該方法與傳統(tǒng)預(yù)壓排水固結(jié)法相比，可節(jié)省工程投資39%，駁岸的位移和沉降變形也大大減小，達(dá)到了加固駁岸軟基的預(yù)期效果。1駁岸地基土層福州港頭3000噸級(jí)對(duì)臺(tái)貿(mào)易碼頭位于閩江口小長(zhǎng)門，碼頭平臺(tái)棧橋?yàn)楦邩读喊褰Y(jié)構(gòu)，平臺(tái)長(zhǎng)121m，寬18m，碼頭前沿泥面高程-7.0m(羅零，下同)。碼頭平臺(tái)通過棧橋與后方駁岸相連接，駁岸前沿線與碼頭平臺(tái)前沿線相距57m。駁岸后方布置2m寬的綠化帶和9m寬的道路以及4384m根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，駁岸地基土層自上而下大致可分為4個(gè)工程地質(zhì)單元體：(1)海相沉積淤泥質(zhì)粘土；(2)沖洪積、海積砂礫混淤泥或