高壓旋噴樁復合地基的分析及應用

李新華 楊彩曉 張宏偉

高壓旋噴樁復合地基的分析及應用

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、方案設計,結合工程實例,介紹了高壓旋噴樁在地基處理中的應用,從特定工程條件下說明高壓旋噴樁地基處理方法的優勢,值得大力推廣。

高壓旋噴樁,復合地基,設計,試驗

1 高壓旋噴樁簡介

高壓噴射注漿法處理地基在我國已有了廣泛的應用,并制定了相應的施工設計規范。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越多的應用。在一些大城市,隨著地鐵建設和高層建筑的崛起,不少深基坑工程亦都采用了高壓噴射注漿技術來進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噴射來破壞土層結構,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破壞土層結構,再以水泥漿液進行置換、填充。

高壓旋噴樁復合地基是以高壓水泥漿液與地基土混合固結形成的一種樁土復合材料,是樁與土的共同作用,既利用了天然地基土的強度又使之強化,具有強化地基和防水止滲的作用,適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基,它有其施工工藝簡單、工期短、投資少、適用性強等優點。高壓旋噴樁施工中各種技術指標的選取是影響工程施工和質量的關鍵,目前高壓旋噴施工技術已有了比較廣泛的應用。

2 工程概況

擬建的綜合樓高 5層,東西長 47.6m,南北寬 15.0m,框架結構,無地下室,基礎埋深 1.5m,單柱最大荷載 6 500 kN。

擬建場地地貌單元屬于黃河沖、洪積平原,地表為雜填土,場地較平坦,場地環境簡單。本區地下水位在 20m以下,對基礎及基礎施工無不良影響。根據鉆探、標貫、靜力觸探及室內土工試驗結果,在勘探深度 25.0m范圍內將地層共分為 8層：①素填土,②粉土,③粉砂,④粉土,⑤粉砂,⑥粉細砂,⑦粉土,⑧粉質粘土。

根據室內土工試驗,原位靜力觸探和標準貫入試驗成果,經綜合分析后,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

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

4 高壓旋噴樁復合地基方案論證分析

根據本場地地層情況,擬建場地可采用高壓旋噴樁對地基進行加固處理。建議加固處理至第⑥層粉細砂,基礎埋深按 1.5m,現設樁端埋深 10.7m,有效樁長 9.2m,樁徑 0.6m。高壓旋噴樁設計參數按表 2采用。

表2 高壓旋噴樁設計參數 kPa

4.1 單樁豎向承載力特征值估算

根據 JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范,高壓旋噴樁單樁豎向承載力特征值應通過現場開荷試驗確定,設計時也可按下列二式計算,并取下兩式中的小值：

4.2 復合地基承載力值估算

依據公式：

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 高壓旋噴樁復合地基設計方案

設計樁徑 0.6m,有效樁長 9.2m,正方形布樁,樁間距1.1m,設計要求處理后復合地基承載力特征值為 410 kPa,單樁承載力特征值為 466 kN,設計總樁數 279根。

5 高壓旋噴樁復合地基設計方案檢測驗證

采用靜載荷試驗方法對樁號為 88,116和 210的三個試驗點進行了復合地基承載力試驗,對樁號為 42,172和263的三根樁進行了單樁豎向抗壓承載力試驗;采用低應變反射波法對 279根高壓旋噴樁進行了樁身完整性檢測。

5.1 樁身完整性檢測

采用低應變反射波法對樁身完整性進行檢測。具體方法是：使用力錘錘擊樁頂產生一應力波,該波以某一速度沿樁身向下傳播,當樁身阻抗發生變化時(擴徑、縮徑、夾泥、離析等),應力波產生反射波和透射波,利用固定安裝在樁頂的傳感器接收應力波的響應,通過與其聯接的動測儀送入微機存儲。利用波動理論,對應力反射波的時域和頻域特征進行分析,判斷樁身完整性。低應變檢測裝置見圖 1。

通過低應變檢測資料分析,本工程高壓旋噴樁應力波波速在2 007m/s～2 296m/s之間,波速正常,說明基樁樁長滿足設計要求。

經分析,本工程所測 279根高壓旋噴樁樁身完整性綜合評價為：

Ⅰ類樁樁身結構完整 236根,占總樁數的 84.6%;Ⅱ類樁有輕微不良缺陷反應,樁身結構基本完整 43根,占總樁數的15.4%;未發現影響工程質量的Ⅲ類和Ⅳ類樁。

5.2 單樁承載力檢測

單樁豎向抗壓靜載荷試驗,試驗數量 3根樁;根據規范,靜載荷試驗資料解釋采用實測數據繪制的結果曲線進行分析。單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線見圖2。

由圖 2看到試驗曲線平緩,沉降較小,最大值為 6.5mm,根據樁基檢測規范規定,取試驗中最大加載量作為單樁極限承載力。具體分析結果見表 3。

表3 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果表 kN

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

5.3 復合地基承載力檢測

復合地基豎向抗壓靜載荷試驗 3組,根據規范,靜載資料解釋采用實測數據繪制的試驗曲線進行分析。豎向抗壓靜載荷試驗曲線見圖 3。

由圖 3看到試驗曲線平緩,沉降較小,最大值為 7.35mm,根據建筑地基基礎設計規范復合地基載荷要點規定,當達不到極限荷載時,各樁承載力極限值取設計要求壓力值的 2倍,由此得出復合地基承載力特征值。

由表 4可見,各試驗點特征值的極差不超過平均值的 30%時,取平均值為復合地基承載力特征值,復合地基承載力特征值為410 kPa。

表4 復合地基靜載試驗結果表

綜上所述,通過靜載荷試驗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,復合地基承載力特征值為410 kPa。低應變樁身完整性檢測的 279根中,Ⅰ類樁 236根,占總樁數的84.6%,Ⅱ類樁 43根,占總樁數的 15.4%;未發現影響工程質量的Ⅲ類和Ⅳ類樁。說明高壓旋噴樁復合地基設計方案合理,滿足設計要求。

6 結語

辦公樓投入使用五年多,經觀測基礎沉降基本穩定,完全滿足設計和使用要求。從方案設計及工程實踐中得到驗證,單柱荷載或基底壓力較大,場地地層上部 8.0m左右范圍內天然地基土不能滿足設計要求,且 8.0m以下有較好持力層的情況下,根據樁身強度控制有效樁長(約 10m)的高壓旋噴樁法處理地基比較適合,處理效果明顯,經濟合理、效益好,值得大力推廣。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術規范[S].

[3]喬居龍.旋噴樁在處理涵洞軟弱地基中的應用[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,河南省煤田地質局物探測量隊,河南 鄭州 450009

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

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