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水泥攪拌樁樁長(zhǎng)變更研討

李家穩(wěn)¹ 李春東² 楊靖¹ 陳新洋²

（1、昆山市水利建筑安裝工程有限公司  江蘇 蘇州 215000 

2、蘇州市水利建設(shè)監(jiān)理有限公司  江蘇 蘇州 215128 ）

【摘要】本文通過(guò)工程實(shí)例對(duì)水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)和變更進(jìn)行了計(jì)算，并通過(guò)地勘報(bào)告對(duì)地基土質(zhì)進(jìn)行分析，找出變更的原因。

【關(guān)鍵詞】水泥攪拌樁； 地基處理； 復(fù)合地基； 承載力； 樁土置換率；特征值；靜載試驗(yàn)

一、工程概況

蘇州市七浦塘拓浚整治工程常熟段五標(biāo)在CS249~CS250河道北側(cè)糧管所位置設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為48米的碼頭，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為停靠300噸級(jí)船舶。碼頭底板頂高程設(shè)計(jì)為▽0.5，厚度設(shè)計(jì)為60cm，底板底高程▽-0.1米。上部為鋼筋混凝土護(hù)壁式擋墻結(jié)構(gòu)。

二、地勘資料

查看蘇州市七浦塘拓浚整治工程（常熟段）地質(zhì)勘察資料，，主要地基為3₁土層，層頂高程為1.91~2.81米，層底高程為-3.79~-4.21米，土質(zhì)為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為3，土壤含水量為37.5%，孔隙比1.036，飽和度99.2%，允許承載力為70kPa，攪拌樁土的側(cè)阻力特征值q_s為8kPa；其下為3₂土層，層頂高程為-3.79~-4.21米，層底高程為-21.08~-21.75米，灰色粉砂、細(xì)砂，局部輕粉質(zhì)壤土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為13，土壤含水量為31%，允許承載力為120kPa，攪拌樁土的側(cè)阻力特征值q_s為13kPa。

三、地基處理設(shè)計(jì)

   3₁層土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，屬于軟土地基，承載力不滿足要求，需要進(jìn)行地基處理。根據(jù)荷載組合計(jì)算要求地基處理后的復(fù)合地基承載力不小于110kPa。

   地基處理設(shè)計(jì)為Φ60@100cm的水泥攪拌樁，正方形布置，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8米，樁頂高程為▽-0.1米，樁底高程設(shè)計(jì)為▽-8.1米。（詳見(jiàn)附圖）設(shè)計(jì)單樁承載力100kN，復(fù)合地基承載力110kPa，要求水泥摻量不小于15%，28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2MPa。

    附圖一  水泥攪拌樁設(shè)計(jì)圖

1、水泥樁單樁承載力特征值計(jì)算

①按樁身材料強(qiáng)度計(jì)算

R_a1=ηf_cu90A_p

R_a1：?jiǎn)螛敦Q向承載力特征值（kN）

η：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，濕法施工的水泥攪拌樁可取0.25

f_cu90：與攪拌樁樁身水泥土配合比相同的室內(nèi)加固土試塊，邊長(zhǎng)為70.7mm的立方體在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90天齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值。（kPa)（為加快工程施工進(jìn)度，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)提出的為28天齡期的指標(biāo)值，這里存在的換算關(guān)系，《根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的推薦公式f_cu90=（1.43~1.80）f_cu28，這里根據(jù)蘇州市試驗(yàn)資料和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)保守取值為f_cu90=1.18f_cu28）

Ap：樁的截面積（m²）

Ra₁=0.25*1.18*1.2*1000*3.14*0.3*0.3=100KN

②按單樁側(cè)阻和端阻計(jì)算

R_a2=μ_pq_sil_pi+α_pq_pA_p

μ_p：樁的周長(zhǎng)（m)

q_si：樁周土的側(cè)阻力特征值（kPa）

l_pi：樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度

α_p：樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，可取0.4~0.6

A_p：樁的截面積（m）

R_a2=3.14*0.6*8*8+0.4*70*3.14*0.3*0.3=129KN

Ra₁<Ra₂，取Ra₁=100kN

2、復(fù)合地基承載力計(jì)算

①m=A_p/A

m：樁土置換率

A：一根樁分擔(dān)的處理地基面積（m）

m=3.1416*0.3*0.3/1*1=0.2827

②f_spk=mR_a/A_p+β(1-m)f_sk

f_spk：復(fù)合地基承載力（kPa）

β：樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.2。

f_sk：處理后樁間土承載力特征值（kPa）

fspk=0.2827*100/(3.14*0.3*0.3)+0.2*(1-0.2827)*70=110kPa

設(shè)計(jì)滿足要求。

四、施工過(guò)程

本工程由昆山市水利建筑安裝工程有限公司中標(biāo)承建，監(jiān)理單位為蘇州市水利建設(shè)監(jiān)理有限公司。施工單位樁基施工隊(duì)伍組織施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)，采用SJB型單軸深層水泥攪拌樁機(jī)，額定扭矩8500N·m，攪拌頭轉(zhuǎn)速為42r/min，采用37kW的電機(jī)的水泥攪拌樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)，施工至▽-5.0米位置機(jī)械不進(jìn)尺，打不下去。跟設(shè)計(jì)單位聯(lián)系后換成55kW的電機(jī)的水泥攪拌樁機(jī)械作業(yè)后仍然打不下去。施工時(shí)電流表顯示最大電流大于60A。

五、原因分析

   水泥攪拌樁施工過(guò)程中，鉆頭穿過(guò)3₁層土到達(dá)3₂層土，土層發(fā)生變化，鉆進(jìn)過(guò)程中摩阻力增加造成無(wú)法鉆進(jìn)。由3₂層土顆粒（附表二）分析，依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001》判定：改土質(zhì)為含少量礫的粉砂，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)判定：粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50%，但小于85%，為粉砂。由物性指標(biāo)（附表三）分析：土的孔隙比e=0.877，0.85＜e≤0.95，判稍密；標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N=13,10＜N≤15，判稍密。由此判斷：是由于土層由軟土層進(jìn)入稍密的粉砂層，是造成鉆頭無(wú)法鉆進(jìn)的真正原因。為此，施工單位按照程序報(bào)告，請(qǐng)求進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

附表二   3₂層土的顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果如下：            

顆粒范圍（mm）	＞2	2~0.075	0.075~0.005	＜0.075
含量（%）	0.1	73.7	24.7	1.5

附表三    3₂層土的物性狀態(tài)

標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N	含水率ω（%）	濕密度ρ（g/cm3)	孔隙率e	飽和度Sr（%）	允許承載力[R](kPa)
13	31.0	1.87	0.877	94.7	120

六、設(shè)計(jì)變更

設(shè)計(jì)單位根據(jù)地質(zhì)資料重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，將原設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)8米變更為5米（進(jìn)入持力層1米），樁底高程為▽-5.1米。其它參數(shù)不變。   

水泥樁單樁承載力特征值計(jì)算：

Ra₁=ηfcuAp=0.25*1.18*1.2*1000*3.14*0.3*0.3=100KN

Ra₂=μ_pq_sl+αq_pAp=3.14*0.6*（8*3.9+14*1.1）+0.4*120*3.14*0.3*

0.3=101KN

Ra₁<Ra₂，取Ra₁=100kN

仍然滿足要求。

七、復(fù)合地基檢測(cè)

1、在成樁28天后，采用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣，一檢驗(yàn)成樁質(zhì)量的完整性，二做水泥土強(qiáng)度檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量為1%。檢測(cè)結(jié)果全部合格。

2、靜載試驗(yàn)：水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)采用的是復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)用承壓板為1*1平方米的正方形鋼板，檢驗(yàn)數(shù)量為3組。試驗(yàn)最大加載220kN。試驗(yàn)結(jié)果全部合格。

 

參考文獻(xiàn)：

1、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）

2、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）

3、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）

4、《土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)

5、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001)

6、《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）

7、《蘇州市七浦塘拓浚整治工程常熟段七標(biāo)河道工程施工圖》

8、《蘇州市七浦塘拓浚整治工程常熟段河道工程地質(zhì)勘探報(bào)告》

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