变电站内水泥土搅拌桩法进行软土地基处理的研究

2022-09-12

在软土地基上建造建筑物就需要对软土地基进行处理, 其处理的目的主要是改善地基土的工程性质, 达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求, 包括改善地基土的变形特性和渗透性, 提高其抗剪强度和抗液化能力, 以消除其他不利的影响。

伴随着变电站需求的飞速发展和设计质量的提高, 在软土地基上建设变电站已经成为不可避免的现实需要。对变电站软土地基的成功处理, 往往也成为提高建设速度、确保工程质量、降低工程造价的十分重要的措施之一。

1 基本概念

水泥土搅拌法是利用水泥作为固化剂主剂, 通过特制的深层搅拌机械, 在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌, 产生一系列物理、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优质地基的方法。其所形成的加固体与桩间土共同承担上部结构的荷载, 从而提高地基的承载能力, 减少沉降变形。按照施工工艺, 可将水泥土搅拌法分为浆液喷射法和粉体喷射法两种, 前者形成的加固体称为深层搅拌桩, 后者形成的加固体称为粉喷桩, 二者统称为水泥土搅拌桩。

2 水泥土搅拌桩软土地基理论分析

2.1 水泥土搅拌桩的加固机理

利用水泥等材料作为固化剂, 通过特制的搅拌机械边钻进边往软土中喷射浆液, 在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌, 使喷入软土中的固化剂与软土充分拌合在一起, 由固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学作用, 形成的抗压强度比天然土强高得多, 并具有整体性、水稳性的水泥加固体, 该柱形加固体称为水泥搅拌桩, 通过铺设褥垫层, 水泥搅拌桩和桩间土形成复合地基, 共同承担上部荷载, 从而达到加固的目的。其中主要有以下几种反应。

(1) 水泥的水解和水化反应。这一反应离不开水, 如果天然土的含水量过低而又采用干法 (喷粉) 施工, 不但施工难度大, 而且水泥不能得到充分的水解和水化反应, 势必会影响水泥土的加固效果。 (2) 粘土颗粒与水泥水化物的作用。包括凝硬作用和离子交换作用, 这一反应过程也取决于水泥水化反应的程度, 与适当的含水量有关。 (3) 碳酸化作用。从水泥加固土的作用机理分析来看, 水泥加固土的强度主要来自于水泥水化物的胶结作用。从施工工艺来看, 水泥搅拌桩中不可避免会存在原状土块和水泥团块, 其大小与强制搅拌的程度有关。

2.2 实际工程要求及注意事项

对于采用水泥土搅拌法的工程, 除了常规的工程地质勘察要求外, 应注意查明以下几项内容。

(1) 填土层的组成, 特别是大块物质 (石块和树根等) 的尺寸和含量。含大块石对水泥土搅拌法施工速度有很大的影响, 所以必须清除大块石等再予施工。 (2) 土的含水量。试验表明, 当土的含水量在50%～85%范围内变化时, 含水量每降低10%, 水泥土强度可提高30%。 (3) 有机质含量。有机质含量较高会阻碍水泥水化反应, 影响水泥土的强度增长。故对有机质含量较高的明、暗滨填土及吹填土应予慎重考虑, 许多设计单位往往采用在滨域内加大桩长的设计方案, 从而得不到理想的效果。

2.3 施工工艺流程

深层搅拌桩地基加固系利用水泥作固化剂, 采用机械搅拌, 将固化剂和软土强制拌和, 使固化剂和软土之间产生一系列物理, 化学反应而逐步硬化, 形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土桩体, 承担上部荷载, 详细施工工艺如下。

3 水泥土搅拌桩施工中常见的的问题及措施

(1) 糊钻, 可按抱钻或糊钻的措施处理。 (2) 发生在软士有多层硬粘土夹层地段的翻淤和翻浆。遇到硬粘土夹层时, 钻进速度减缓, 泥浆泵还照常在匀速的送浆, 用瓶满自溢的道理解释, 自然出现翻浆。处理的办法是正向钻进结合反向钻进, 当快速的穿过硬粘土夹层后就可避免发生翻浆。 (3) 处理段存在上层承压滞水层 (即局部含承压水的透镜状砂层) 。钻进遇到承压水时, 承压水柱往往连同水泥浆喷出地面。碰到这种情况, 首先要搞清承压水的范围和厚度。当规模大时, 只能变更方法采用其他办法处理, 如改用碎石桩等。当规模小时, 可在桩间打孔排水, 再以水泥深层搅拌桩施工。 (4) 在施工过程中还经常出现搅拌不均匀的情况。这类情况多数由于提钻速度过快, 叶片搅拌速度跟不上所致。这种情况的处理在工程中应加强管理, 注意不能堵塞喷浆口, 并控制提钻速度。由于桩顶的应力较大, 一般设计时桩顶1/3桩长进行复喷复搅。

3 结语

软土地基的处理质量直接影响到变电站的基础承载力, 也是保证变电站建成后能够安全、高效运营的关键。所以选择合理的软基处理方案及方法, 从而取得预期的经济和社会效益具有重大的实际意义。水泥土搅拌桩加固技术从发明到现在, 其历史不过短短几十年, 无论从加固机理还是设计计算方法, 均存在不完善的地方, 仍处在探讨研究之中。希望通过本文的简单研究为相似工程的地基处理提供一个有益的探索。

摘要：随着我国工业布局和城市发展规划的飞速发展, 变电站的建设需求也在不断地扩大。但由于地质形成的特殊性, 建在软土地基上的变电站将越来越多, 若对地基处理不当, 有可能因地基沉降或差异沉降过大而影响变电站的正常使用功能。鉴于此问题的存在, 本文从软土的工程的特性出发, 分析了软土地基的特点, 简单地描述了用水泥土搅拌桩法对变电站内软土地基进行处理的研究。

关键词：变电站,水泥土搅拌桩,软土,地基处理