李新華 楊彩曉 張宏偉

高壓旋噴樁復(fù)合地基的分析及應(yīng)用

李新華 楊彩曉 張宏偉

闡述了高壓旋噴樁法地基加固的原理、方案設(shè)計(jì),結(jié)合工程實(shí)例,介紹了高壓旋噴樁在地基處理中的應(yīng)用,從特定工程條件下說(shuō)明高壓旋噴樁地基處理方法的優(yōu)勢(shì),值得大力推廣。

高壓旋噴樁,復(fù)合地基,設(shè)計(jì),試驗(yàn)

1 高壓旋噴樁簡(jiǎn)介

高壓噴射注漿法處理地基在我國(guó)已有了廣泛的應(yīng)用,并制定了相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)規(guī)范。在高速公路軟弱地基加固、水利工程防滲、礦山井巷加固與防滲等方面得到越來(lái)越多的應(yīng)用。在一些大城市,隨著地鐵建設(shè)和高層建筑的崛起,不少深基坑工程亦都采用了高壓噴射注漿技術(shù)來(lái)進(jìn)行深基坑的止水防滲。高壓噴射注漿按注漿管類型可分為單管、二重管和三重管三種方法。單管以單純噴射水泥漿液;二重管在水泥漿液射流外面包裹一層高壓空氣同時(shí)噴射來(lái)破壞土層結(jié)構(gòu),完成置換、填充;而三重管則是以包裹了高壓空氣的高壓水流來(lái)破壞土層結(jié)構(gòu),再以水泥漿液進(jìn)行置換、填充。

高壓旋噴樁復(fù)合地基是以高壓水泥漿液與地基土混合固結(jié)形成的一種樁土復(fù)合材料,是樁與土的共同作用,既利用了天然地基土的強(qiáng)度又使之強(qiáng)化,具有強(qiáng)化地基和防水止?jié)B的作用,適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基,它有其施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、投資少、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。高壓旋噴樁施工中各種技術(shù)指標(biāo)的選取是影響工程施工和質(zhì)量的關(guān)鍵,目前高壓旋噴施工技術(shù)已有了比較廣泛的應(yīng)用。

2 工程概況

擬建的綜合樓高 5層,東西長(zhǎng) 47.6m,南北寬 15.0m,框架結(jié)構(gòu),無(wú)地下室,基礎(chǔ)埋深 1.5m,單柱最大荷載 6 500 kN。

擬建場(chǎng)地地貌單元屬于黃河沖、洪積平原,地表為雜填土,場(chǎng)地較平坦,場(chǎng)地環(huán)境簡(jiǎn)單。本區(qū)地下水位在 20m以下,對(duì)基礎(chǔ)及基礎(chǔ)施工無(wú)不良影響。根據(jù)鉆探、標(biāo)貫、靜力觸探及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果,在勘探深度 25.0m范圍內(nèi)將地層共分為 8層：①素填土,②粉土,③粉砂,④粉土,⑤粉砂,⑥粉細(xì)砂,⑦粉土,⑧粉質(zhì)粘土。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn),原位靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果,經(jīng)綜合分析后,提供各土層地基承載力特征值列于表 1。

表1 各土層承載力特征值 kPa

3 天然地基方案分析

擬建建筑物基礎(chǔ)埋深為 1.5m,基礎(chǔ)持力層為第②層粉土,基礎(chǔ)下持力層的地基土承載力特征值 120 kPa,基礎(chǔ)主要受力層層面最大坡度為 6.7%＜10%,綜合分析本場(chǎng)地地基土應(yīng)屬均勻地基土。若采用天然地基獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)底面積達(dá) 59.5m2,基礎(chǔ)底面積較大,其獨(dú)立基礎(chǔ)的邊長(zhǎng)達(dá) 7.72m,顯然不妥,故不宜采用天然地基。

4 高壓旋噴樁復(fù)合地基方案論證分析

根據(jù)本場(chǎng)地地層情況,擬建場(chǎng)地可采用高壓旋噴樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理。建議加固處理至第⑥層粉細(xì)砂,基礎(chǔ)埋深按 1.5m,現(xiàn)設(shè)樁端埋深 10.7m,有效樁長(zhǎng) 9.2m,樁徑 0.6m。高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)按表 2采用。

表2 高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù) kPa

4.1 單樁豎向承載力特征值估算

根據(jù) JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范,高壓旋噴樁單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)荷試驗(yàn)確定,設(shè)計(jì)時(shí)也可按下列二式計(jì)算,并取下兩式中的小值：

4.2 復(fù)合地基承載力值估算

依據(jù)公式：

其中,fsk為樁間土承載力特征值,取 120 kPa;β取 0.3;Ap=0.282 6m2,按正方形布樁,樁間距 1.1m;fspk=411。

4.3 高壓旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)樁徑 0.6m,有效樁長(zhǎng) 9.2m,正方形布樁,樁間距1.1m,設(shè)計(jì)要求處理后復(fù)合地基承載力特征值為 410 kPa,單樁承載力特征值為 466 kN,設(shè)計(jì)總樁數(shù) 279根。

5 高壓旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案檢測(cè)驗(yàn)證

采用靜載荷試驗(yàn)方法對(duì)樁號(hào)為 88,116和 210的三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)合地基承載力試驗(yàn),對(duì)樁號(hào)為 42,172和263的三根樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn);采用低應(yīng)變反射波法對(duì) 279根高壓旋噴樁進(jìn)行了樁身完整性檢測(cè)。

5.1 樁身完整性檢測(cè)

采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。具體方法是：使用力錘錘擊樁頂產(chǎn)生一應(yīng)力波,該波以某一速度沿樁身向下傳播,當(dāng)樁身阻抗發(fā)生變化時(shí)(擴(kuò)徑、縮徑、夾泥、離析等),應(yīng)力波產(chǎn)生反射波和透射波,利用固定安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮諔?yīng)力波的響應(yīng),通過(guò)與其聯(lián)接的動(dòng)測(cè)儀送入微機(jī)存儲(chǔ)。利用波動(dòng)理論,對(duì)應(yīng)力反射波的時(shí)域和頻域特征進(jìn)行分析,判斷樁身完整性。低應(yīng)變檢測(cè)裝置見(jiàn)圖 1。

通過(guò)低應(yīng)變檢測(cè)資料分析,本工程高壓旋噴樁應(yīng)力波波速在2 007m/s～2 296m/s之間,波速正常,說(shuō)明基樁樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)分析,本工程所測(cè) 279根高壓旋噴樁樁身完整性綜合評(píng)價(jià)為：

Ⅰ類樁樁身結(jié)構(gòu)完整 236根,占總樁數(shù)的 84.6%;Ⅱ類樁有輕微不良缺陷反應(yīng),樁身結(jié)構(gòu)基本完整 43根,占總樁數(shù)的15.4%;未發(fā)現(xiàn)影響工程質(zhì)量的Ⅲ類和Ⅳ類樁。

5.2 單樁承載力檢測(cè)

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)量 3根樁;根據(jù)規(guī)范,靜載荷試驗(yàn)資料解釋采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的結(jié)果曲線進(jìn)行分析。單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2。

由圖 2看到試驗(yàn)曲線平緩,沉降較小,最大值為 6.5mm,根據(jù)樁基檢測(cè)規(guī)范規(guī)定,取試驗(yàn)中最大加載量作為單樁極限承載力。具體分析結(jié)果見(jiàn)表 3。

表3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表 kN

由表 3可見(jiàn),各樁極限承載力極差不超過(guò)平均值的 30%,取各樁承載力極限值的平均值為單樁極限承載力統(tǒng)計(jì)值,單樁豎向抗壓承載力特征值取單樁極限承載力統(tǒng)計(jì)值的一半為 466 kN。

5.3 復(fù)合地基承載力檢測(cè)

復(fù)合地基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn) 3組,根據(jù)規(guī)范,靜載資料解釋采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的試驗(yàn)曲線進(jìn)行分析。豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖 3。

由圖 3看到試驗(yàn)曲線平緩,沉降較小,最大值為 7.35mm,根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范復(fù)合地基載荷要點(diǎn)規(guī)定,當(dāng)達(dá)不到極限荷載時(shí),各樁承載力極限值取設(shè)計(jì)要求壓力值的 2倍,由此得出復(fù)合地基承載力特征值。

由表 4可見(jiàn),各試驗(yàn)點(diǎn)特征值的極差不超過(guò)平均值的 30%時(shí),取平均值為復(fù)合地基承載力特征值,復(fù)合地基承載力特征值為410 kPa。

表4 復(fù)合地基靜載試驗(yàn)結(jié)果表

綜上所述,通過(guò)靜載荷試驗(yàn)資料分析確定高壓旋噴樁單樁豎向抗壓承載力特征值為 466 kN,復(fù)合地基承載力特征值為410 kPa。低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)的 279根中,Ⅰ類樁 236根,占總樁數(shù)的84.6%,Ⅱ類樁 43根,占總樁數(shù)的 15.4%;未發(fā)現(xiàn)影響工程質(zhì)量的Ⅲ類和Ⅳ類樁。說(shuō)明高壓旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案合理,滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

辦公樓投入使用五年多,經(jīng)觀測(cè)基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定,完全滿足設(shè)計(jì)和使用要求。從方案設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐中得到驗(yàn)證,單柱荷載或基底壓力較大,場(chǎng)地地層上部 8.0m左右范圍內(nèi)天然地基土不能滿足設(shè)計(jì)要求,且 8.0m以下有較好持力層的情況下,根據(jù)樁身強(qiáng)度控制有效樁長(zhǎng)(約 10m)的高壓旋噴樁法處理地基比較適合,處理效果明顯,經(jīng)濟(jì)合理、效益好,值得大力推廣。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]喬居龍.旋噴樁在處理涵洞軟弱地基中的應(yīng)用[J].山西建筑,2010,36(8)：111-112.

Analysis and applied of jet grouting pile composite foundation

LIX in-hua YANG Cai-xiao ZHANG Hong-wei

Introducing the method and the princip le of the scheme of jet grouting pile foundation,combined with engineering example,introduces the app lication of the jetgrouting pile foundation.Exp lain exp laining the advantageof jetgrouting pile foundation from the specific p roject and isworth p romoting.

jet grouting pile,composite foundation,design,test

TU472

A

1009-6825(2011)09-0076-02

2010-11-26

李新華(1956-),男,工程師,河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì),河南 鄭州 450009

楊彩曉(1980-),女,工程師,河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì),河南 鄭州 450009

張宏偉(1979-),男,工程師,河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì),河南 鄭州 450009