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摘要：水泥土搅拌桩技术是海堤淤泥质软土地基中常采用的地基加固措施之一。文章结合工作实例，对海堤地基加固处理方案的比选作了详细的阐述，工程实践表明, 该技术非常适合在已有海堤加高加固工程的地基处理。以期能为有关方面提供有益的参考和借鉴。
关键词：海堤；软基处理；加固应用
水泥土搅拌桩系指利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处,就地将软土和固化剂强制搅拌,由固化剂和软土间产生一系列的物理和化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。这种水泥土搅拌桩与桩周土一起组成复合地基,从而提高地基承载力,减少地基沉降。因此，为更好地实现海堤地基施工中的加固更现代化及高效率,文章通海堤地基加固处理方案的比选，采用水泥土搅拌桩来加固地基达到了设计与施工要求。
1 工程概况
某一堤围工程，长度为3200米，主要用于保护度假城。现海堤的防洪防潮能力较低，由于整体堤身的构成材料主要是混合泥土，所以导致整体海堤缺乏平稳性，这样的现状无法达到标准的防洪防潮标准，当遭遇强劲的台风、暴潮时将毫无抵抗能力。严格按照施工规划的要求，要加高与加固本段海堤，使其达到100a的防御水平，当遇到暴潮、台风时能够成功抵御。依据招标文件的具体要求，中标后即刻开始堤围工程的施工。坚持“质量过关、技术过硬”的建筑原则，在全面确保施工条件达到文明、安全、环保的基础上，科学制定施工期，最后确定为600历天。
2 地质基础
所选的建造场地在滩涂地上。事先钻探发现，施工工程的地质地层由上至下分别为：填土层、海陆间沉积层与基岩。前者土质由海陆相接粘性土构成，土质湿润松软易散，颜色以浅灰色、灰黄色为主；后者土质可细分为粉质粘土、淤泥土及砾砂等，花岗岩由于风化影响颜色多呈浅红色，质地较硬；而基岩主要由花岗岩组成，土粒较粗，花岗岩还具有块状构造坚硬的特点，花岗岩由云母、长石等岩性物质构成。
建造场地的软土发育情况良好，主要是海陆间冲击形成的淤泥土质，土质饱和且极富可塑性，其土层厚度较大，厚度区间在[0.6,16.5]米。其土质性能表现为：土质含水分高、土层强度差、地基承载力差、通透性差、灵敏度高、压缩性高等。面临震动时，土层结构难以抵御，从而容易遭受破坏，其中堤围工程的承载力也会急速下降。采用钻探技术发现地层由上至下分别为：
碎石：风化程度为中等的岗性碎石，其土质松散，通常的块径范围区间是[3,10 ]厘米，岗性碎石的厚度平均为1.26 米，是最近人工填土而形成的。
素填土：由粉细砂、粘性土、贝壳碎构成，素填土的厚度平均为2.15米。
淤泥：土质饱和且且极富可塑性，主要由粉细砂构成，土质分布不对称，但土层分布具有连续性，淤泥的厚度平均是13.16 米。
淤泥质土：土质饱和且极富可塑性，富有粘性，部分区域含大量贝壳碎与粉细砂，土层分布具有连续性，土层厚度平均为11.35 米。
粉质粘土：极富可塑性与粘性，颜色以灰黄色为主，局部有少量的粉细砂，土层厚度平均为44厘米。
3 选取地基加固方案
现阶段的地基加固方法包括：搅拌桩、旋喷桩及碎石桩等。水泥搅拌方法，指的是将水泥作为混合固化剂，利用施工搅拌机提取地基深处的软土，并与水泥等固化剂搅拌均匀后，在用于工程施工。水泥搅拌方法主要用于软土较深、较厚的土层加固处理，此外，这种方法还具有对周围建筑小、无污染噪音等特点，被广泛应用于城市施工或建筑密集区的施工。旋喷桩处理法，是指把带有特制喷嘴的引浆管放入预定深度的土层之后再提升，同时喷嘴匀速旋转，采取高压喷射方式让水泥固化浆液和土体进行混合，静置等待凝固后硬化成桩。与土体加固工艺相比，柱桩的成本更高、强度更大、压缩性更小。主要应用于粉细砂、软黏土、冲填土地基的加固处理。碎石桩，指的是采用专门的震动机械（比如沉管机、水震冲器等）进行成桩施工，将粒料桩、周围地基整合，最终做成复合型地基。这种做法能够发挥粒料桩对地基的挤密、排水与置换功能。根据稳定与沉降计算方法来计算粒料桩的间距、直径、深度等。碎石桩法的柱桩长度、柱桩直径不但要受所在地质的制约，还要考虑施工机械的能力。
在确保工程海堤的安全性及不误工期的前提下，对比以上三种地基加固方法的效果与经济成本，见表1。
勘察发现该工程地基含水分多、通透性差、凝固较慢、承载能力低及抗剪强度差等，整体来说该工程特性较差。同时，根据该工程处于受度汛控制的现状,必须结合实际采用工期短、速度快的地基施工技术。经过考察地基情况与方案对比,最后选择方案来进行该工程的地基加固施工。水泥搅拌桩方法能够最大限度地利用场地资源，即将海堤构建成施工平台或交通主场,与抛石挤淤法相比，经济成本大大降低，施工速度也更易于把控,此外还能有效控制海堤地基的沉降量。
4 施工设计阶段
4.1 方案的各参数设计
水泥搅拌桩的桩径设计长度为50厘米。实际施工时桩底要刺穿淤泥质层，厚度>100厘米，同时确保穿透厚度大于最危险滑弧面，厚度>200厘米，目的是提高海堤工程的整体稳定性与降低海堤的沉降量，按照之前的地质勘查数据，设计的桩长长度区间为[12.5,18.5]米。出于节约成本考虑，只在堤身放置水泥搅拌桩，排列方式为纵横正方形排列，纵、横向各六排且纵、横向距离保持在120厘米左右。设计面积置换率为0.135。参考之前试桩的经验，采用量变法来设计水泥掺量，选择桩身上半部分约 处设计为20%，其余部分只要保持为15%即可。最后再放入一定量的石膏粉与减水剂。其断面示图如下图1所示。
由上述公式计算可得：海堤复合地基承载力是81.94 ，单桩竖向承载力是89.01 。计算可得，采用水泥土搅拌桩进行海堤加固，可以提高其复合地基承载力，并足以支撑桩身上半部分的竖向荷载。
4.3 计算堤坡的稳定性
荷载的增加容易导致地基损坏，这是由于荷载增加造成其抗震能力下降及堤身变形，最终影响海堤整体的稳定性。通常发生地基破坏的地点是在海堤地基中最薄弱的滑动面，这是由于滑动面的阻滑力降低，难以与下滑力相抗衡，以致出现堤基剪切性破坏。所以，提高海堤地基的抗剪强度对堤基的加固有着十分重要的作用。
反复演算后可知，以目前海堤现状来看，加高防堤之后其滑动面的抗滑安全系数是0.882，如果在其他非正常情况下滑动面的抗滑安全系数只有0.797，达不到建筑施工要求，所以必须加固海堤，以确保其堤坡的稳定性。该工程决定采用水泥土搅拌桩对海堤的淤泥质粘土层进行加固处理，目的是为了提高堤身的抗剪强度。
加固海堤地基后，计算其复合地基抗剪强度值，主要采用当地海堤设计导则中R的计算方式来换算。采用瑞典圆弧滑动法来计算加固后的堤坡抗滑稳定值。分别验算堤坡在正常情况下与非正常情况下的稳定值。演算可得，正常情况下的安全系数最小值是1.316，满足当地海堤设计规范中≧1.3的要求，在非正常情况下的安全系数最小值是1.237，同样符合海堤设计规范中≧1.2的要求。
4.4 沉降量
海堤沉降量是下堤身加上堤基沉降量的总量。本工程的沉降量就是复合地基沉降量加上海堤土层变形总量。海堤加固处理前沉降量已经非常适宜，所以，加固工程时只要根据海堤新增荷载的沉降量来施工，便可由此确定该工程的沉降量。
通常情况是采用分层总和法来计算海堤的沉降。如果出现实际压缩层厚度<计算公式值的情况，则以实际压缩层厚度来验算海堤沉降量。由相关参数计算海堤的沉降量，可以计算出：搅拌桩堤身的土层变形量平均是2.8厘米，而海堤的下卧土层变形量通过验算平均值可得约为2.5厘米。利用水泥搅拌桩加固后，总沉降量的平均值可达到4.8厘米。满足海堤总沉降量<5.0厘米的施工要求。
5 施工步骤
采用量变掺量来设计水泥掺量，在桩身上半部分约 处设计为20%，水泥的使用量大概是70千克/米；其余部分只要保持为15%即可，水泥的使用量大概是53千克/米。水与石灰的用量比大概为0.6，采集外运来水作为海堤施工的用水。设置水泥搅拌桩的提升速度为0.6米/分钟，搅拌钻轴转速设定为60转/分钟。掺入含3%水泥的粉煤灰以及一定量的减水剂。四次搅拌配合一次喷浆，最后一次搅拌要注意减缓速度。直至喷浆口达到适宜高度时停止搅拌，之后再搅拌5～10秒，这样就能够确保桩头的密实且均匀。在海堤加固深度内的所有土体均要完成20～40次的提升搅拌，以此来确保泥浆的均匀。如果看到浆液抵达出浆口位置，应及时喷浆座底30秒，目的是为了完全提升浆液抵达桩端，这样可以确保整个海堤工程的施工质量。
具体施工步骤如下：
(1)筑起交通平台后安排各机械设备就位，搅拌机械做调平测试；
(2)预先提升搅拌，直至达到工程加固的深度；
(3)同时喷浆与搅拌提升，直到抵达适宜的停浆位置；
(4)重复提升搅拌，直至达到工程加固的深度；
(5)按照施工规范，喷浆和搅拌交互进行直到抵达适宜的停浆位置；
(6)停止搅拌。如果在加固施工过程中，出现因故停止拌浆的情况，要及时把搅拌桩头向下沉放，停在停浆点下50厘米位置，直到再次供浆才开启搅拌机器进行搅拌提升；如果停止搅拌超过3个小时，应先做好输浆管路的拆卸与清洗工作。
6 施工检测
完成海堤加固施工28天后，抽取其中5%～10%的桩体进行低应变反射波法检测，检测后表明，堤身体没有出现明显或严重缺陷的 、 类桩，整体桩身比较协调完整。完成地基加固处理90天后，对地基进行相关载荷检测，选取其中的12个柱桩进行检测，结果显示地基的极限承载力 及地基载荷承载力 ，由此可见，其地基承载力符合施工规范。海堤压力-沉降曲线详见下图2。抽取其中1%～3%的柱桩进行连续抽芯检测，检测结果显示其芯样坚硬，水泥土均匀且密实，柱桩的长度、强度都符合施工规范的设计要求。
7 结束语
总之，在海堤加固工程施工中，水泥搅拌桩具有施工速度快、施工时无振动、基础最终沉降量小等优势，已被广泛应用于软土地质海堤加固工程之中。同时，为了给水泥土搅拌桩的应用创造更好的施工条件以及确保海堤地基加固施工的质量，选择科学、合理的施工设计方案非常重要，只有这样才能为海堤加固工程奠定坚实的基础。
参考文献
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[2]王宏晖,毛伟. GNSS自动化监测技术在海堤监测应用的探索[J]. 水利建设与管理. 2016(12)
论文作者:陈广海
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：海堤论文; 地基论文; 土层论文; 水泥论文; 工程论文; 土质论文; 厚度论文; 《基层建设》2016年36期论文;