厲見芬，代國忠，李書進(jìn)

(常州市建設(shè)工程結(jié)構(gòu)與材料性能研究重點實驗室(常州工學(xué)院)，江蘇 常州 213002)

0 引言

用長短結(jié)合粉噴樁加固軟土地基具有較大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，尤其在長三角地區(qū)，軟土層深厚，且具有高壓縮性、低強(qiáng)度、低透水性、孔隙比大、天然含水量高等特點。采用沿深度變長度和變模量(即減少置換率)的長短結(jié)合布樁模式進(jìn)行地基處理，可充分發(fā)揮長短樁各自的優(yōu)勢，既可減少淺層的應(yīng)力集中，又可減少深層的位移沉降，在保證處理效果的前提下，達(dá)到方案合理、節(jié)約資金、縮短工期的目的。

圖1 受力機(jī)理圖

長短結(jié)合的粉噴樁復(fù)合地基的受力機(jī)理［1］，如圖1所示，d為基底埋深，Ⅰ區(qū)為長短樁共同區(qū)，以提高承載力為主，長短樁間隔布置，由于間距較密，在其深度范圍內(nèi)，樁體間將具有較明顯的“挾持”和“遮擋”效應(yīng)，樁間土體和樁體共同沉降，形成類似實體的等代墩基;而Ⅱ區(qū)是以減少沉降為目的的長樁工作區(qū)，Ⅲ區(qū)為承受樁體荷載的持力層。三者共同工作，以提高淺層地基承載力、減少地基沉降量，形成良好的長短結(jié)合復(fù)合地基。

1 工程概況

本工程為江蘇省常州市某污水處理廠濃縮池，半徑15.8 m，基礎(chǔ)底板為平板式筏板，半徑16.8 m，場地為長江下游三角洲沖積平原，場地類別為Ⅳ類，其巖土工程地質(zhì)剖面見圖2，主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1，根據(jù)巖土工程地質(zhì)條件以及應(yīng)力分布特點，采用長短結(jié)合粉噴樁布樁模式進(jìn)行軟基加固。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

表1 主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 長短結(jié)合粉噴樁設(shè)計要點

在深厚軟土中，用長短結(jié)合粉噴樁來加固軟土，需考慮基底的應(yīng)力分布，短樁保證復(fù)合地基的強(qiáng)度，長樁需考慮樁端的附加應(yīng)力，既要保證樁端附加應(yīng)力小于該處軟弱地基承載力，又要滿足建筑物變形要求，為保證軟弱下臥層計算能通過，復(fù)合地基強(qiáng)度不宜過大，需由多次試算確定。

本濃縮池底板半徑16.8 m，下鋪0.3 m厚級配碎石褥墊層，采用長短結(jié)合粉噴樁，置換率m1=0.19，樁徑500 mm，Ap=0.196 m2，短樁有效樁長12 m(沉樁長度12.5 m)，長樁有效樁長17.0 m(沉樁長度17.5 m)，水泥(PC 32.5)摻入比18.4%，fcu=1 500 kPa，樁位布置平面見圖3。

2.1 單樁豎向承載力特征值Ra

粉噴樁單樁豎向承載力特征值可按式(1)、式(2)計算，取其中較小值［2］作為設(shè)計依據(jù)。

取 η =0.25，α =0.5，經(jīng)計算 Ra=min(73.5 kN，144.6 kN)≈70 kN。

圖3 長短樁布置平面圖

2.2 粉噴樁復(fù)合地基承載力特征值fspk

根據(jù) JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》［2］(以下簡稱《規(guī)范》)中11.2.3 條，復(fù)合地基承載力特征值為:

經(jīng)計算fspk=120 kPa，β為樁間土承載力折減系數(shù)，取β=0.5，池底樁位布置見圖3。

2.3 基底附加應(yīng)力及沉降估算

長短結(jié)合粉噴樁復(fù)合地基土中附加應(yīng)力計算可按 Mindlin 解確定［1，3］，計算結(jié)果詳見表2，沉降計算法一般采用復(fù)合模量法［4-5］，按置換率的不同分別計算Ⅰ區(qū)(長短樁共同區(qū))和Ⅱ區(qū)(長樁工作區(qū))復(fù)合土層的沉降量S1和S2，以及Ⅲ區(qū)(承受樁體荷載的持力層)的沉降量S3，復(fù)合地基的最終沉降量為:

而粉噴樁復(fù)合土層的沉降量Si可按下式計算:

其中，Espi=miEp+(1-mi)Esi，Ep=100 fcu=150 MPa，Esp1=31.7 MPa(l=0 ～12 m 段)，Esp2=17.9 MPa(l=12～17 m段)，經(jīng)反復(fù)試算，本工程計算沉降量為11.5 mm。

2.4 格柵布樁

為減少濃縮池總沉降量以及不均勻沉降，提高復(fù)合地基承載力，在長短結(jié)合布樁的基礎(chǔ)上，沿池底對稱中軸以及池周邊增設(shè)格柵樁(見圖3)，使樁間土在有側(cè)限的狀態(tài)下受力，以防止樁間土側(cè)向擠出且又增加了復(fù)合地基剛度，從而可以明顯減少總沉降量以及不均勻沉降程度。

表2 基底附加應(yīng)力

3 試驗結(jié)果

為正確評價粉噴樁單樁及復(fù)合地基的加固效果，按照《規(guī)范》要求進(jìn)行了單樁及復(fù)合地基靜載荷試驗，實測結(jié)果比計算結(jié)果要大15%左右，滿足設(shè)計要求。

本工程長樁沉樁深度17.5 m，《規(guī)范》要求不宜大于15 m，故樁基施工結(jié)束后又對沉樁深度超過15 m的粉噴樁取3根進(jìn)行了樁間土靜力觸探，取芯進(jìn)行水泥土抗壓強(qiáng)度試驗和樁體標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，試驗結(jié)果詳見表3。

表3 取芯試驗結(jié)果匯總表

由表3可以看出，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于1 550 kPa，說明超過15 m孔深處，水泥粉能進(jìn)入軟土中，且水泥摻量符合要求;原狀淤泥質(zhì)土標(biāo)準(zhǔn)貫入N'=0～1擊，標(biāo)貫試驗結(jié)果N'=9，10，12擊，證明孔深17.5 m以下形成水泥土樁，且效果良好;在3個取芯試驗點，所做的3組樁間土(休止56天)靜力觸探試驗說明，經(jīng)過一定時間的休止，樁間土強(qiáng)度有明顯提高，而且隨著時間推移，還將進(jìn)一步提高。［6］

《規(guī)范》中粉噴樁加固深度不宜大于15 m一說，其一不是強(qiáng)制性條文，其二編制依據(jù)是2002年以前的成果。時代在前進(jìn)，技術(shù)在發(fā)展，本工程所用粉噴樁機(jī)最大施工深度達(dá)22 m，未來市場肯定會開發(fā)更深、更大的粉噴樁機(jī)，以適應(yīng)深厚軟土加固的需要。

4 超長粉噴樁施工措施及質(zhì)量監(jiān)控

4.1 樁機(jī)選擇

本工程長樁沉樁深度17.5 m，施工采用GPP-5E功率45 kW，可施工22 m長的粉噴樁機(jī)施工，該樁機(jī)變速箱扭矩大，施工速度慢，可進(jìn)入硬塑狀黏土1～1.5 m。其鉆頭為螺旋葉片狀，見圖4，在上提送粉過程中，葉片以下形成高壓霧狀水泥粉腔，能使霧狀水泥均勻擴(kuò)散到切割的土層中，實現(xiàn)邊噴粉邊壓實土體，能明顯提高樁間土強(qiáng)度。

圖4 螺旋葉片狀鉆頭

樁機(jī)附帶有SFT-2型噴粉監(jiān)測儀［7］，具有深度傳感器及重量傳感器，設(shè)置了雙工位顯示器，所測數(shù)據(jù)可在主機(jī)及送灰器操作，同工位同步顯示，操作者可觀察到相對每米內(nèi)每0.1 m段的噴灰量，能及時調(diào)整施工工藝，確保每米樁段噴灰量達(dá)到設(shè)計求，最后每根樁不同深度每米噴灰量，復(fù)攪深度、施工時間等均可自動打印，可較好地控制施工質(zhì)量。

4.2 空壓機(jī)數(shù)量

軟土厚度大于8 m時，需用兩臺空壓機(jī)施工，一臺1.6 m3空壓機(jī)最佳處理深度為8 m。本工程采用兩臺2.8 m3的空壓機(jī)施工，且配備了一個1 m3的儲氣罐，起到穩(wěn)壓作用。

4.3 監(jiān)控計量

粉噴樁機(jī)上必須安裝壓力表、電流表、電表、粉體流量計。壓力表用來了解管道壓力及灰罐壓力，保證送粉管道暢通，順暢送粉;電流表用來了解地層變化、持力層深度、進(jìn)入持力層長度。用電量是簡單易行的控制粉噴樁質(zhì)量的重要信息來源，滿足設(shè)計要求的樁用電量是相近的，且用電量又能判斷地層土質(zhì)的好壞。

4.4 復(fù)攪處理

所有樁必須進(jìn)行復(fù)攪，復(fù)攪深度由電流決定，復(fù)攪能使單樁承載力約提高1/3，且當(dāng)復(fù)攪電流與預(yù)攪電流相當(dāng)時，說明土質(zhì)極差，一定要進(jìn)行復(fù)噴，并再次復(fù)攪，以保證樁體質(zhì)量。

5 結(jié)語

1)采取有效的施工措施和質(zhì)量監(jiān)控手段，長短結(jié)合粉噴樁承載力等指標(biāo)均滿足要求，取得了較好的地基處理效果。

2)粉噴樁加固處理深度可超過15 m，質(zhì)量評價需綜合考慮靜載以及補充取芯試驗結(jié)果，在樁長控制上要求樁端要進(jìn)入持力層。

3)長短結(jié)合并增設(shè)格柵粉噴樁，可有效減少沉降。

現(xiàn)工程已建成并投入使用近1年，從實際效果來看，工程運行情況良好，各方面指標(biāo)均滿足《規(guī)范》要求，亦滿足功能使用要求，達(dá)到了預(yù)期目的，發(fā)揮了較佳工程效益。

［1］楊軍龍，龔曉南，孫邦臣.長短樁復(fù)合地基沉降計算方法探討［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2002(7):8-10.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［3］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［4］李超雄.長短樁結(jié)合的水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力理論研究與工程實踐［J］.廣東水利水電，2011(9):9-13.

［5］李超雄.長短樁結(jié)合的水泥攪拌樁復(fù)合地基沉降計算理論研究與工程實踐［J］.廣東水利水電，2012(3):1-5.

［6］劉松玉.粉噴樁復(fù)合地基理論與工程應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［7］馬敏，吳敏剛，柳家海，等.粉噴樁工程事故頻發(fā)的原因及消除事故的對策［J］.蘇州大學(xué)學(xué)報，2010(10):173-181.