水泥深层搅拌法在码头驳岸软基处理中的应用

水泥深层搅拌法在码头驳岸软基处理中的应用

2室内水土壤配置研究2.1水土流失的作用机理（1）水泥的水解和水化作用。软土和水泥搅拌之后，水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等与土中的水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙及含水铁酸钙等化合物。氢氧化钙、含水硅酸钙能迅速溶于水中，使水泥颗粒表面重新暴露出来，再与水发生反应，从而使周围的水溶液逐渐达到饱和，新生成物不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮在溶液中，形成胶体。(2)离子交换和团粒作用。粘土和水结合时就表现出一种胶体特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水后，形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na(3)硬凝反应。随着水泥土水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换的需要量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二硅的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的稳定结晶化合物，生成物在水中和空气中逐渐硬化，增大了水泥土的强度，且由于其结构比较致密，水分不易侵入，从而使水泥土有足够的水稳定性。(4)碳酸化作用。水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也能使软土固化，使水泥土增加强度，但增长的速度较慢，幅度也较小。2.2水泥石流强度的测量试验结果(1)试验内容和方法试验目的是为了了解加固水泥的品种、掺入量、水灰比、最佳外加剂对水泥土强度的影响，求得龄期与强度关系，从而为设计计算和施工工艺提供可靠的参数。土样取自拟加固现场，按加固区域和深度分别从不同地点钻取一定数量原状土，密封运至实验室即储存进密封缸，取原状土进行物理力学试验。取一部分原状土样经风干、碾碎和过筛制成风干土样作配比试验。固化剂选取“建福”牌水泥掺入比以水泥的干重与被加固软土重量之比a按试验计划分批制样成型，1～2d后拆模并进行养护。当龄期达到3d、7d、28d、90d时进行各项试验，主要内容有含水量、重度、比重、无侧限抗压强度、三轴剪切(固结不排水)、变形模量、固结(压缩)、抗拉等试验。(2)试验结果及分析重度：水泥土重度较原状土有所增加，但增加的比例很小。当水泥掺入比a含水率：水泥土的含水率较原状土有所降低，当a比重：水泥土的比重比天然软土稍大，随着水泥掺入比的增加，水泥土的比重较软土增大0.8%～2.3%。无侧限抗压强度：受水泥的掺入比、龄期、软土含水率、掺加粉煤灰、选择外加剂等因素的影响。水泥掺入比：水泥掺入比越大，水泥土的强度越高，在一定养护龄期下，随着水泥掺入比的增加，水泥土的无侧限抗压强度随之增长。短龄期时增幅小，长龄期时增幅大，90d龄期几乎是线性增长。试验表明，a养护龄期：当水泥掺入比一定时，水泥土无侧限抗压强度随龄期的增加而增长。当龄期为7d左右时，强度增长最快。龄期28d内仍有较大的增长速率，其后无侧限抗压强度增速减缓。当龄期达60d左右时，无侧限抗压强度呈缓慢增长。龄期达90d时，强度值基本稳定。水泥土龄期90d、28d、7d的强度大致有以下关系：q软土含水率：在水泥掺入比相同的情况下，水泥土的无侧限抗压强度随着软土初始含水率的增加而降低。粉煤灰的掺加：试验表明，当在不同水泥掺入比的水泥中再掺入一定量(试验取加固土重的15%)的粉煤灰时，在28d龄期测得无侧限抗压强度在水泥掺入比超过11%的情况下，掺粉煤灰的水泥土强度约提高15%～60%。但粉煤灰掺入量不得超过水泥掺入量，否则会适得其反。外加剂的选择：不同外加剂对水泥土的强度有不同的影响。试验表明，不加外加剂时，水泥土强度降低14%～19%。抗剪强度：水泥土的抗剪强度与水泥掺入比、龄期、软土的含水率、粉煤灰的掺入等因素也有着密切的关系。水泥土的凝聚力C试验表明，不同龄期的C水泥掺入比(a在水泥掺入比a抗拉强度：当水泥土的抗压强度为1800～6800kPδ固结特性和变形模量：水泥土压缩试验结果和变形模量列于表1。水泥土的压缩系数不因水泥掺入比的变化而发生过大的变化，在(1.0～6.0)×10当垂直应力达50%无侧限抗压强度时，水泥土的应力与应变比值称为水泥土的变形模量E3驳岸软基加固区桩体强度试验方案现场施工深层搅拌桩受当地土质、水文、施工养护条件和环境等因素的影响，与室内水泥土试验的结果有较大的差别。因此，必须进行现场试验工作，研究水泥深层搅拌在特定环境下的强度特性，结合工程和现场条件，进行生产性试验，探索水泥掺入量与桩体强度的关系，寻求不同种类的外加剂对水泥土的影响。现场加固试验区选择在驳岸软基加固区的边缘，采用SJB型双头深层搅拌机施工，桩径为700mm，桩之间搭接200mm，桩长15m左右。以不同水泥掺入比a现场试验结果表明：(1)驳岸软基经过水泥土加固，其力学性质指标明显提高，且比室内试验结果稍好。(2)采用水泥掺入比a(3)外加剂采用0.3%石膏和采用0.2%木钙、0.5%三乙醇胺的效果相近，同样能达到设计要求，故采用0.3%石膏作外加剂。由此可见，室内水泥土试验的结果可以用于现场驳岸软土地基的加固。4灰浆制备机施工工艺流程驳岸软基加固处理采用水泥深层搅拌桩，设计加固驳岸长度119.5m，加固宽度3.2～6.2m，加固最大深度20.1m。桩的排列为格栅型，桩径700mm，搅拌桩断面为双轴“8”字形，桩与桩之间搭接200mm。施工参数：水泥掺入比15%；水泥浆水灰比50%；外加剂采用石膏粉，掺和比为0.3%；压浆提升速度<0.5m/min；下搅速度<2m/min；灰浆泵出口压力0.4～0.6MP施工设备主要有SJB-II型深层搅拌机；灰浆拌制机(3m施工工艺流程：(1)定位：平整施工场地后，按照桩位平面布置图确定桩位。将搅拌机移至设计桩位，定位对中，桩位偏差不超过5cm，搅拌轴垂直度误差不超过1.5%。(2)制浆：用(3)预搅下沉：待搅拌机冷却水循环正常后，启动电动机，放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。下沉时不得冲水，其速度一般不大于2.0～2.5m/min，使软土完全预搅切碎。预搅高程一般比设计值超深10～20cm。(4)提升喷浆搅拌：当搅拌头下沉到达设计深度后，开启灰浆泵，将拌制好的灰浆压入地基土中，边喷浆边旋转，提升速度不大于0.5m/min。当浆液到达出浆口后，应坐底30秒以上，使浆液完全到桩端。搅拌头提升到距桩顶1m时，应减速，在喷浆口露出地面时，应停止提升，搅拌数秒以保证桩头均匀密实。(5)二次搅拌：当搅拌机提升至设计加固深度时，集料斗中水泥浆应正好排空。为使水泥浆和地基土充分搅拌均匀，应再次将搅拌头边旋转边沉入土中，至设计深度后边搅拌边提升至地面。(6)清洗：向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗管中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。除废弃船坞区宽31.4m已打木桩并抛填块石无法成桩外，加固驳岸基础总长106.3m，施工实际工作日达3个多月，实际完成水泥搅拌桩781根，累计桩长10185m，搅拌水泥土7679.2m5抗压强度、稳定性施工结束后，经过一定养护龄期，抽取一定数量的工程桩，采用钻机钻取桩身芯样，进行室内抗压和三轴剪切试验，试验结果如表1。8组龄期为90d的芯样试验结果表明，其芯样的无侧限抗压强度平均值为3.1MPa；三轴剪切凝聚力和内摩擦角的平均值分别为0.93MPa和26.3°，与室内试验90d龄期的水泥土相接近，达到了加固驳岸淤泥地基的预期效果。为了观察驳岸地基加固后的稳定情况，从1995年9月到1996年6月对驳岸位移、沉降进行连续观测，发现驳岸上游段较稳定，累计沉降2.5～4.0mm，位移2～3mm；下游段驳岸顶部最大累计偏位8～9mm，累计最大沉降23mm。目前驳岸沉降位移已趋于稳定，加固效果比较好。6驳岸软土地基加固工程如何解决沿海岸坡深层软土地基的加固问题，应用传统的排水固结法投资大，工期长，且地基变形大，不易在短时间内完成。通过引进和采用水泥深层搅拌桩加固软土地基新技术，解决本工程驳岸软土地基(淤泥最厚达23m)的整体稳定问题，在省内尚属首次。该方法与传统预压排水固结法相比，可节省工程投资39%，驳岸的位移和沉降变形也大大减小，达到了加固驳岸软基的预期效果。1驳岸地基土层福州港头3000吨级对台贸易码头位于闽江口小长门，码头平台栈桥为高桩梁板结构，平台长121m，宽18m，码头前沿泥面高程-7.0m(罗零，下同)。码头平台通过栈桥与后方驳岸相连接，驳岸前沿线与码头平台前沿线相距57m。驳岸后方布置2m宽的绿化带和9m宽的道路以及4384m根据工程地质勘察资料，驳岸地基土层自上而下大致可分为4个工程地质单元体：(1)海相沉积淤泥质粘土；(2)冲洪积、海积砂砾混淤泥或