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        深厚淤泥質(zhì)土條件下釘型水泥攪拌樁的適應性分析

        2024-03-24 17:23:16熊樂舉
        四川水泥 2024年3期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)土試驗段單樁

        夏 偉 熊樂舉

        (中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司,四川 成都 610000)

        0 引言

        淤泥質(zhì)土是指天然含水率大于液限、天然孔隙比在1.0~1.5 之間的黏性土,主要分布在我國東南沿海及內(nèi)陸湖泊、河流沿岸及周邊,具有含水率高、孔隙率大、有機質(zhì)含量高、壓縮性大、強度低等特點[1]。在工程中處理不善,易導致地基沉降大,造成建筑物墻體開裂,甚至建筑物傾覆。

        為了減少淤泥質(zhì)土的工程危害,諸多學者對淤泥質(zhì)土進行了大量的研究,對淤泥質(zhì)土的強度、變形、電導率、滲透性等有了較為全面的認識[2-4]。對淤泥質(zhì)土地基的處理方法主要可以分為淺層處理及深層處理兩類:一類是換填法及拋石擠淤法,主要用于淺層軟土地基處理;另一類是堆載預壓法、排水固結(jié)法、復合地基法,主要用于深層軟土路基的處理。研究表明,其中水泥攪拌樁復合地基法相較于其他幾種處理方法具有節(jié)約資源、控制成本、效果明顯等優(yōu)勢[5-6],是處理淤泥質(zhì)軟弱地基的常用方法。而釘型水泥攪拌樁與普通水泥攪拌樁相比,工程造價大致可以節(jié)約20%,且樁體質(zhì)量更佳[7-8]。

        本文對舟山市小干島地區(qū)超過20m 的深厚淤泥質(zhì)土層進行釘型雙向水泥攪拌樁試驗段施工,通過對試驗段結(jié)果的分析和總結(jié),對該地區(qū)采用釘型雙向水泥攪拌樁工藝處理深厚淤泥質(zhì)軟土地基提供參考。

        1 理論計算方法

        1.1 復合地基承載力計算

        釘形水泥土雙向攪拌樁復合地基承載力按下式計算:

        式中:fspk——復合地基承載力特征值,kPa;

        fsk——處理后樁間土地基承載力特征值,kPa;

        β——樁間土承載力折減系數(shù),宜按當?shù)亟?jīng)驗取值,如無經(jīng)驗時可取0.75~1.0;

        m1——擴大頭部分面積置換率;

        Apl——擴大頭部分面積,m2;

        Rak——單樁承載力特征值,kN。

        其中,單樁承載力按下列公式綜合確定:

        (1)如果樁身強度滿足:

        則單樁極限承載力應由下式確定:

        (2)如果樁身強度滿足:

        則單樁極限承載力應由下式確定:

        (3)如果樁身強度滿足:

        則單樁極限承載力應由下式確定:

        釘形水泥土雙向攪拌樁單樁承載力按下式計算

        式中:Rak——單樁豎向承載力特征值,kN;

        η1——擴大頭部分樁身強度折減系數(shù),可取0.6~0.8;

        η2——擴大頭以下樁體強度折減系數(shù),可取0.5~0.65;

        fcu——水泥土攪拌樁90d 齡期的無側(cè)限抗壓強度平均值;

        qpa——變截面處地基土承載力特征值,kPa;

        qpb——樁端地基土承載力特征值,kPa;

        qsi——擴大頭深度范圍內(nèi)第i層樁周土的摩阻力特征值,kPa;

        qsj——下部樁體范圍內(nèi)第j層樁周土的摩阻力特征值,kPa;

        hi、hj——擴大頭深度范圍內(nèi)第i層,第j層樁周土厚度,m;

        n1、n2——分別為擴大頭和下部樁體深度范圍內(nèi),樁周土體的分層數(shù);

        α1——變截面處天然地基土承載力折減系數(shù),可取0.8~0.9;

        α2——樁端天然地基土承載力折減系數(shù),可取0.4~0.6。

        1.2 復合地基沉降計算

        根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第五版)復合地基變形包括擴大頭復合土層的沉降s1、下部樁體復合土層的沉降s2和樁端下臥土層的沉降s3。

        其中,攪拌樁復合地基的沉降si按下式計算:

        式中:pz、pzl——攪拌樁復合土層頂面、底面的附加壓力值,kPa;

        Esp——攪拌樁復合地基壓縮模量,MPa;

        Ep——攪拌樁的壓縮模量,MPa,可?。?00~120)fcu;

        Es——樁間土的壓縮模量,MPa;

        m——樁土置換率,m=D2/de2,其中D為樁或擴大頭的直徑,de=1.05S,S為樁間距。

        樁端下未加固土層的沉降量按下式計算

        式中:sj——樁端下未加固土層的變形,mm;

        ψs——沉降經(jīng)驗系數(shù)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 50007)查表確定;

        n1——加固區(qū)土層數(shù);

        n2——加固區(qū)以下的土層數(shù);

        Espi——加固區(qū)以下土的壓縮模量,MPa;

        zi、zi-1——樁端下第i層土,第i-1層土底面距離,m。

        2 工程實例

        2.1 工程概況

        舟山市小干島某新建城市道路,紅線寬度26m,城市主干路。根據(jù)道路地勘報告,地層從上到下依次為②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3-2淤泥質(zhì)黏土、③黏土、④1a粉質(zhì)黏土、④2黏土,其中淤泥質(zhì)土最大深度約為23.5m。土層分布及主要物理力學指標見表1所示。

        表1 土層分布及主要物理力學指標

        2.2 試驗段方案

        釘形水泥土雙向攪拌樁成樁質(zhì)量影響因素主要是水泥摻量、攪拌的均勻性以及加固土體本身的性質(zhì)。因此本次試驗段方案對不同水泥摻量(18%和20%)、不同施工工藝(4 攪2 噴和2 攪2 噴)的檢測結(jié)果進行對比,以確定最佳的施工工藝和水泥摻量。

        本次試驗段釘形水泥土雙向攪拌樁正三角形布置,間距2m,樁長20m,上部擴大頭長5m,樁徑1m,下部樁長15m,樁徑0.5m。選用42.5R 普通硅酸鹽水泥,水灰比根據(jù)前期試樁結(jié)果采用0.5,水泥材料噴漿壓力不小于0.5MPa。28d鉆孔取芯的取芯率應≥85%,28d樁體無側(cè)限抗壓強度≥1.2MPa,單樁豎向承載力特征值不小于250kN,復合地基承載力110kPa。

        2.3 試驗結(jié)果及分析

        根據(jù)試驗段方案,成樁28d檢測結(jié)果見表2、表3。

        表2 28d后鉆孔取芯試驗結(jié)果統(tǒng)計

        表3 28d后單樁豎向承載力特征值

        由表2 可以看出,有效樁長均達不到設(shè)計樁長,能達到的有效最大樁長約15m。對于相同地質(zhì)、相同施工工藝,樁身水泥摻量越高,成樁質(zhì)量越好。對于相同地質(zhì)、相同水泥摻量,攪拌次數(shù)越高,水泥土越均勻,成樁質(zhì)量越好。

        由表3可以看出,單樁豎向承載力均能達到設(shè)計要求。本次試驗段單樁豎向承載力主要受樁身強度控制,水泥摻量越高,攪拌越充分,樁身質(zhì)量越高,單樁豎向承載力越高。

        根據(jù)釘形水泥土雙向攪拌樁在該區(qū)域的試驗結(jié)果,水泥摻量選用20%,采用4 攪2 噴的施工工藝成樁效果較好。單樁豎向承載力均能達到設(shè)計要求,但有效樁長無法達到設(shè)計計算樁長。該工程為城市主干路,路基容許工后變形一般路段不超過30cm,橋臺與路堤相鄰處不超過10cm,經(jīng)計算釘形水泥土雙向攪拌樁進行軟基處理后無法滿足路基沉降要求,建議采用其他工藝進行路基處理。

        3 結(jié)束語

        本文通過對釘形水泥土雙向攪拌樁在舟山小干島區(qū)域深厚淤泥質(zhì)軟土進行試驗段施工,發(fā)現(xiàn)針對地表以下15m 范圍內(nèi)的淤泥質(zhì)軟土,采用20%水泥摻量,4攪2 噴的施工工藝成樁質(zhì)量較好。攪拌樁的單樁豎向承載力較高,對于受豎向承載力控制的建筑,可以選用該工藝進行地基處理。對于地基變形要求較高的建筑物,淤泥質(zhì)土深度在15m 以下,可采用釘形水泥土雙向攪拌樁進行地基處理;淤泥質(zhì)土超過15m 時,建議添加外摻劑進行重新試驗或更換其他地基處理工藝。

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