蘇昭劍

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

高壓旋噴樁在深厚軟土地基處理中的應(yīng)用

蘇昭劍

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

結(jié)合某實(shí)際工程，針對該地區(qū)深厚的淤泥地層情況，采用了高壓旋噴樁對擬建場地進(jìn)行地基處理。高壓旋噴樁是利用高壓水泥漿液通過噴頭，以高速水平噴入土體，以此切割土體，并與土體和水泥漿充分?jǐn)嚢栊纬伤嗤良庸腆w的地基處理方法。各種檢驗(yàn)結(jié)果表明，高壓旋噴樁對沿海軟土地區(qū)地基處理是可靠有效的。

淤泥；高壓旋噴樁；地基處理

0 引言

高壓旋噴技術(shù)(也即高壓噴射注漿法)是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)入土層后，以高壓把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，達(dá)到與原位軟土的充分混合，發(fā)生等離子交換和團(tuán)?；磻?yīng)，形成穩(wěn)定的、具有一定強(qiáng)度的樁體或墻體，與周圍土體一起組成半柔半剛性復(fù)合地基，使得地基承載力得以明顯提高，變形得以變小，從而達(dá)到抑制地基沉降的目的[1-3]。

1 工程概況

1.1 場地周邊環(huán)境

(1)場地內(nèi)拋填大量塊石

由于擬建場地原為臨海魚塘或蝦塘，前期場地平整時(shí)拋填了大量的花崗巖塊石，經(jīng)現(xiàn)場踏勘可知塊石粒徑在50cm左右，個(gè)別直徑大于1m，拋填厚度3.9m～4.9m；另在主廠房區(qū)域有舊引水渠(寬度約30m)貫穿，原有花崗巖駁岸也未清除，該區(qū)域塊石厚度更大達(dá)到8.34m。

(2)淤泥平均厚度大和厚度差大

高壓旋噴樁處理區(qū)域分布見圖1。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告螺旋焊管廠和防腐廠②層淤泥的厚度為14.6m～29m，平均厚度22.28m。

圖1 高壓旋噴樁處理區(qū)域分布圖

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭露深度范圍內(nèi)地層：按地層時(shí)代、成因類型地層由上而下共分為10 主層，依次為人工填土層、第四系海積層、坡殘積層，下伏基巖為燕山晚期第一次侵入花崗巖，上部各土層特征自上而下分述如下：

(1)人工填土(Q4ml)

①素填土：黃褐色，巖性不均勻，主要由附近開山搬運(yùn)的殘積土、強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化花崗巖巖塊回填而成，屬新近回填土，結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度較差。回填土粒徑一般50mm～150mm，少量巖塊體積達(dá)1m3。

①1 素填土：灰褐色，松散(軟塑)，以黏性土為主，含少量碎礫石及蠣殼等雜物，表層含少量植物根系。本層新近堆填，未經(jīng)壓實(shí)，結(jié)構(gòu)松散。

(2)海積層(Qm)

②淤泥：灰色、深灰色，呈流塑～軟塑狀態(tài)，飽和，有腥臭味，含有腐殖質(zhì)及少量貝殼，局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，干強(qiáng)度、韌性中等，有光澤，無搖振反應(yīng)，有機(jī)質(zhì)含量為1.79～2.69%，屬中等靈敏～高靈敏度土，呈高壓縮性。

③黏土：黃褐色、灰褐色，可塑～硬塑，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土，干強(qiáng)度、韌性高，無搖振反應(yīng)，光澤反應(yīng)，呈中等壓縮性。

④淤泥質(zhì)黏土：深灰色，局部灰黑色、灰綠色，飽和，呈軟塑，局部流塑、可塑，局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，相變頻繁，有腥臭味，干強(qiáng)度、韌性中等，有光澤，無搖振反應(yīng)，呈高壓縮性，局部層頂含有薄層貝殼，其中25#孔含厚1.5m的孤石，巖性為中風(fēng)化花崗巖，巖芯呈短柱狀。

場地地層層頂埋深、層頂標(biāo)高詳見表1。

表1 場地地層層頂埋深、層頂標(biāo)高統(tǒng)計(jì)表 m

1.3 地基處理所選參數(shù)

表2為高壓旋噴地基處理設(shè)計(jì)所選地層參數(shù)數(shù)據(jù)。

表2 高壓旋噴地基處理設(shè)計(jì)所選地層參數(shù)

2 地基處理設(shè)計(jì)方案

2.1 地基處理設(shè)計(jì)方案的選擇

根據(jù)本場地的工程地質(zhì)條件，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全等因素，最終確定高壓旋噴樁作為該場地地基處理的方法。

高壓旋噴樁的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

(1)旋噴樁直徑：800mm，布樁形式：正方形，樁間距2.2m×2.2m。

(2) 技術(shù)指標(biāo)

①采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量30%。

②樁位誤差≤50mm，鉆孔垂直度偏差<1%。

③樁端進(jìn)入第③層粘土層，由于地層極不平整，層位標(biāo)高各勘察孔相差較大，按分區(qū)域設(shè)計(jì)樁長，保證進(jìn)入第③層粘土層。

④噴漿過程中因故停漿，重新噴射時(shí)樁體搭接長度≥30cm。

⑤噴漿結(jié)束，對注漿孔進(jìn)行二次回灌，防止旋噴樁體因水泥漿固結(jié)出頂部凹陷，達(dá)不到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

2.2 復(fù)合地基處理的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)高壓旋噴樁承載力計(jì)算[4-5]

根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2012)，單樁豎向承載力特征值可按以下二式估算，取其中的較小值。

Ra=ηfcuAp

fcu—室內(nèi)同配比試塊28d抗壓強(qiáng)度平均值 (kPa)；

η—樁身強(qiáng)度折減系數(shù),n—樁長范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)；

li—樁周第i層土的厚度；

qsi—樁周第i層土的側(cè)阻力特征值(kPa)；

qp—樁端地基土的承載力特征值；

Ra—單樁豎向承載力特征值(kN)；

Ap—樁的截面積(m2)。

根據(jù)上述公式計(jì)算出Ra后代入以下公式計(jì)算面積置換率m：

fspk=m×Ra/Ap+β(1-m)×fsk

fspk—復(fù)合地基承載力特征值，取100kPa；

m—面積置換率，β—樁間土承載力折減系數(shù)；

fsk—處理后樁間土承載力特征值(kPa)。

由于地層變化較大，選取螺旋焊管廠區(qū)域內(nèi)的9個(gè)勘察孔地層資料進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：施工樁長是設(shè)計(jì)樁長加上填土層厚度與進(jìn)入③層土厚度，計(jì)算的單樁承載力如表3所示。

表3 高壓旋噴樁承載力計(jì)算匯總表

(2)復(fù)合地基沉降計(jì)算

根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2012)、建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2012)計(jì)算地基處理前的沉降值S、復(fù)合地基加固區(qū)的沉降S1、地基處理后樁端以下土層的沉降S2。

建筑地基處理技術(shù)規(guī)范計(jì)算公式如下：

ζ—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算公式如下：

ψs—沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

根據(jù)地基處理手冊[6]，加固區(qū)土層壓縮量S1可采用復(fù)合模量法按以下公式計(jì)算：

加固區(qū)土層復(fù)合模量的計(jì)算方法有以下兩種方法，不同的計(jì)算方法得到的加固區(qū)土層壓縮量S1不同。

Ecs=m×Eps+(1-m)×Ess(計(jì)算方法稱為方法1)

ΔPi—第i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量；

Hi—第i層復(fù)合土的厚度；

Ecs—復(fù)合土壓縮模量；

Ess—樁間土壓縮模量；

Eps—樁體壓縮模量；

m—面積置換率。

地基處理后各復(fù)合土層的壓縮模量也可按以下公式計(jì)算：

Ecs=ζ×Ess(計(jì)算方法稱為方法2)

ζ=fspk/fak

fspk—復(fù)合地基承載力特征值，取100kPa；

fak—樁間土承載力特征值(kPa)。

(3)高壓旋噴樁承載力計(jì)算

螺旋焊管廠房的地面附加荷載取50kN，計(jì)算的沉降如下：

處理區(qū)域復(fù)合地基承載力fspk=100kPa；設(shè)計(jì)樁徑：0.8m，設(shè)計(jì)樁間距：2.2m×2.2m；布樁方式：正方形布樁；42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量30%，高壓旋噴樁承載力特征值Ra=410kN。

加固區(qū)土層復(fù)合模量按Ecs=m×Eps+(1-m)×Ess公式計(jì)算時(shí)(方法1)，處理后的工后沉降如表4所示。

表4 方法1工后沉降

從表4可知，若加固區(qū)域土層復(fù)合模量按上述公式計(jì)算，處理前按地基處理方法計(jì)算沉降在0.441m～0.554m之間，按地基設(shè)計(jì)方法計(jì)算沉降在0.407m～0.510m之間，兩種計(jì)算方法所得結(jié)果差異較小。

經(jīng)高壓旋噴地基處理后，加固處理區(qū)域沉降0.058m～0.073m，加固區(qū)域以下的沉降在0.011m～0.023m，總的工后沉降較小在0.080m～0.087m之間。

加固區(qū)土層復(fù)合模量按Ecs=fspk/fak×Ess

公式計(jì)算時(shí)(方法2)，處理后的工后沉降如表5所示。

表5 方法2工后沉降

處理前按地基處理方法計(jì)算沉降在0.441m～0.554m之間，按地基設(shè)計(jì)方法計(jì)算沉降在0.407m～0.510m之間，兩種計(jì)算方法所得結(jié)果差異較小。

經(jīng)高壓旋噴樁地基處理后，加固處理區(qū)域沉降0.223m～0.282m，加固區(qū)域以下的沉降在0.011m～0.023m，總的工后沉降在0.245m～0.290m之間。

3 結(jié)語

(1) 該工程經(jīng)地基處理后，復(fù)合地基承載力fspk=100kPa,工后沉降<30cm。

(2)按照兩種不同的計(jì)算方法，兩種計(jì)算方法所得結(jié)果差異較小。

(3)施工完成后，福建省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司對高壓旋噴樁做了12 組多樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)， 檢測結(jié)果表明， 最大荷載1 000kN作用下， 沉降量為7.91mm，地基承載力特征值均大于100kPa。

(4)水泥土強(qiáng)度檢驗(yàn)通過鉆芯取水泥土， 室內(nèi)28d水泥土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，水泥土抗壓強(qiáng)度值為1．95MPa～2.16MPa，平均值2.02Mpa，高于設(shè)計(jì)要求的1.60MPa。

從各種檢驗(yàn)結(jié)果可知，此次地基處理完全能夠滿足場地的堆料使用要求，表明高壓旋噴樁對沿海軟土地區(qū)地基處理是可靠有效的，對其他類似工程具有借鑒意義，值得在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

[1] 韓志超.高壓旋噴樁施工技術(shù)[J].交通世界(建養(yǎng)·機(jī)械),2009(13): 107-108.

[2] 余衛(wèi)京．高壓旋噴注漿法在廠房地基加固工程中的應(yīng)用[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000(5).

[3] 王艷榮.旋噴樁軟基加固處理施工技術(shù)[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007(6).

[4] 李小杰.高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力與沉降計(jì)算方法分析[J].巖土力學(xué),2004,25(9):1499-1502.

[5] 耿殿魁.旋噴樁復(fù)合地基技術(shù)在加固軟土路基中的應(yīng)用[J].鐵道勘察,2009(3):43-46.

[6] 龔曉南.地基處理手冊(第二版)[M]．北京：中國建筑出版社，2002.

Application of high-pressure jet grouting pile in deep foundation treatment

SUZhaojian

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

Based on an actual project, according to the region's layer conditions, according to deep silt layer in the region, high-pressure grouting pile is used for proposed basement foundation treatment, h the high pressure cement slurry is sprayed into the soil body at a high speed through a spray nozzle to cut the soil body, the soil and the cement slurry are fully stirred to form the cement soil and the solid, it has obvious economy and superiority .The results show that the high-pressure jet grouting pile is reliable and effective for the treatment of soft soil foundation in coastal areas.

Silt; High-pressure grouting pile; Foundation treatment

蘇昭劍(1986.5- )，男，工程師。

E-mail:angel1986051519@126.com

2017-02-21

TU47

A

1004-6135(2017)05-0075-04