地下高水位流沙土條件下高壓旋噴樁成樁效果影響分析

劉 興 陳月新

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司， 上海 200125；2.上海交通建設(shè)總承包有限公司， 上海 200136)

關(guān)鍵字：泥漿比重；泵漿壓力；提升速度；自鉆速度；水泥摻量

1 工程概況

江蘇中關(guān)村科技產(chǎn)業(yè)園污水管網(wǎng)工程全長約 6km，污水收集后經(jīng)一體化泵站提升，排入污水廠進(jìn)行處理。其中W32-W55為大型鋼筋砼結(jié)構(gòu)沉井施工，井周分布高壓旋噴樁，旋噴樁樁徑為φ600，搭接 200，間距 400，采用雙重管高壓旋噴樁施工。本文選取鋼筋砼結(jié)構(gòu)矩形沉井周圍高壓旋噴樁施工為例，研究成樁效果的影響因素。

2 施工難點(diǎn)

2.1 工程主要分布于距離省道邊15m范圍內(nèi)，且大型鋼筋砼結(jié)構(gòu)沉井需開挖下沉深度達(dá)9m，因此需確保旋噴樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2MPa，以避免土體變形位移而導(dǎo)致的省道路基邊坡穩(wěn)定。

2.2 施工沿線土質(zhì)差，大部分井位四周旋噴樁施工時(shí)，樁體深入流沙層，容易造成翻漿，影響成樁效果。

2.3 部分井位分布于河道兩邊，地下水位高，需嚴(yán)格保證成樁效果達(dá)到止水作用，確保頂管施工至管口處的防滲要求。

3 主要研究方法、過程

3.1 研究方法：

鑒于工程施工過程中，地下水位高、流沙土范圍分布廣，現(xiàn)場將選取一個(gè)有代表性的矩形檢查井位的一側(cè)共計(jì) 84根樁體作為生產(chǎn)性試驗(yàn)樁，樁徑為φ600，采用雙重管法施工。

3.2 研究過程：

（1）選取影響成樁施工效果的主要施工參數(shù)；（2）對選取的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的研究取值分布；（3）參數(shù)調(diào)整對成樁效果的影響；（4）得出各施工主要參數(shù)對于地下高水位、流沙土條件下成樁效果影響的一般性結(jié)論；

4 參數(shù)選取及分布

4.1 選取主要影響參數(shù)

通過查詢高壓旋噴樁相關(guān)施工規(guī)范、論文資料等，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，對比篩選了幾組影響成樁效果的主要施工控制參數(shù)，總結(jié)下來主要有泵漿壓力（MPa）、泥漿比重（g/cm3）、提升速度（cm/min）、自鉆速度（r/min）、水泥摻量（%）五個(gè)，逐一分析研究。

4.2 參數(shù)研究取值分布

項(xiàng)目配套圖紙中，對這五個(gè)施工參數(shù)均有取值要求，且代表的是一般土質(zhì)條件下的參考取值，由于本項(xiàng)目地下高水位、流沙土的特殊性，本次研究將以設(shè)計(jì)給出的各參數(shù)的參考取值要求作為基準(zhǔn)，選取其上下一定幅度范圍取值進(jìn)行試樁施工，通過各參數(shù)的不斷調(diào)整，探求其參數(shù)變化對于成樁效果變化的影響趨勢及程度，并得到最合理的參數(shù)取值范圍。主要參數(shù)研究取值分布如下表4-1：

表4-1 主要影響參數(shù)試樁取值分布表

5 參數(shù)調(diào)整對成樁效果的影響分析

本文研究分析在高水位流沙土中，施工參數(shù)對成樁效果的影響，并將選取最具代表性的樁徑及 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)作為高壓旋噴樁成樁效果的參考指標(biāo)。采取控制變量法，施工完成后做好標(biāo)記，采取開挖實(shí)測的方法檢查樁徑，鉆芯取樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)來檢測 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)，以此觀察各個(gè)參數(shù)對成樁效果的影響。

圖5-1 樁徑測量

5.1 泵漿壓力影響研究

施工時(shí)保證其余施工參數(shù)不變，泵漿壓力以25MPa為基礎(chǔ)，一個(gè)兆帕為一級，逐級增加進(jìn)行樁體施工，最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表如下：

表5-1 成樁效果（泵漿壓力）

圖5-2 樁徑-泵漿壓力曲線

圖5-3 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-泵漿壓力曲線

小結(jié)：根據(jù)數(shù)據(jù)分布曲線可以看出，保證其他四個(gè)基本參數(shù)不變的情況下，以1個(gè)MPa依次增加泵漿壓力，樁徑依次增大，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度保持在1.2-1.22之間浮動(dòng)。因此泵漿壓力與樁徑呈正相關(guān)，且影響較大；對樁體 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響較小。

5.2 泥漿比重影響研究

設(shè)計(jì)要求水灰比為 1：1，泥漿比重即為 1.5，施工時(shí)選取其余四個(gè)參數(shù)不變，在1.51附近進(jìn)行取值，觀察泥漿比重的變化對成樁效果的影響，最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表如下：

表5-2 成樁效果（泥漿比重）

圖5-3 樁徑-泥漿比重曲線

圖5-4 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-泥漿比重曲線

小結(jié)：根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線可以看出，當(dāng)泥漿比重依次增大，樁徑依次減小，泥漿比重與樁徑呈負(fù)相關(guān)，且影響較大；樁體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在1.20-1.24之間浮動(dòng)，泥漿比重對28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響有限。

5.3 提升速度

選取提升速度在15cm/min附近進(jìn)行取值，施工完成后，經(jīng)開挖測量及現(xiàn)場檢測，最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表如下：

表5-3 成樁效果（提升速度）

圖5-5 樁徑-提升速度曲線

圖5-6 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-提升速度曲線

小結(jié)：根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線可以看出，鉆桿提升速度越快，樁徑越來越小，呈負(fù)相關(guān)；28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在1.20-1.24MPa之間浮動(dòng)，且無明顯趨勢，度影響較小。

5.4 自轉(zhuǎn)速度

自轉(zhuǎn)速度在15r/min附近進(jìn)行取值，施工完成后，經(jīng)開挖測量及現(xiàn)場檢測，最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表如下：

表5-4 成樁效果（自轉(zhuǎn)速度）

圖5-7 樁徑-自轉(zhuǎn)速度曲線

圖5-8 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-自轉(zhuǎn)速度曲線

表5-5 成樁效果（水泥摻量）

小結(jié)：自轉(zhuǎn)速度在14-16r/min之間時(shí)，樁徑在600以上。當(dāng)自轉(zhuǎn)速度低于14r/min時(shí)，易形成螺旋樁，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低，不能滿足 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2MPa；當(dāng)自轉(zhuǎn)速度高于16r/min時(shí)，樁徑越小， 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不變。在實(shí)際施工過程中，鉆速在14-16r之間有較好的成樁效果。

5.5 水泥摻量

試樁時(shí)水泥摻量依次增加，施工完成后開挖測量及現(xiàn)場檢測，最終數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表如下：

樁徑（m） 0.62 0.63 0.63 0.61 0.63 0.61 0.62 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Mpa） 0.90 1.03 1.15 1.21 1.28 1.35 1.41

圖5-9 樁徑-水泥摻量曲線

圖5-10 28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度-水泥摻量曲線

小結(jié)：水泥摻量越大，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大，對樁徑的影響不大。且當(dāng)水泥摻量低于35%時(shí)，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于1.2MPa，不符合設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行樁體處理。

6 效果對比結(jié)論匯總

根據(jù)以上各參數(shù)連續(xù)調(diào)整變化對成樁效果（樁徑、強(qiáng)度）影響的橫向比較結(jié)果，現(xiàn)將其數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比較，得到五個(gè)參數(shù)變化對于成樁效果影響的集中反應(yīng)，如下斜率圖：

通過對比折線圖的斜率可知，在高水位流沙土中，影響旋噴樁樁徑的主要施工參數(shù)為泵漿壓力和泥漿比重，其中泵漿壓力變化與樁徑呈正相關(guān)，泥漿比重變化與樁徑呈負(fù)相關(guān)，在樁徑φ600允許誤差范圍內(nèi)泵漿壓力最佳取值為25～27MPa，泥漿比重最佳取值為1.4～1.5之間；影響樁體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的主要施工參數(shù)為水泥摻量，且呈現(xiàn)較為明顯的正相關(guān)趨勢，取值區(qū)間不得小于 34%，其他參數(shù)對強(qiáng)度影響變化不大。

因此在本項(xiàng)目高水位流沙土中施工高壓旋噴樁時(shí)，在保證樁徑及強(qiáng)度的前提下，應(yīng)著重控制泵漿壓力、泥漿比重，并嚴(yán)格保證水泥摻量，以保證旋噴樁成樁效果。

7 總結(jié)

施工過程中的參數(shù)調(diào)整并非一成不變，本文主要是以項(xiàng)目地下高水位、流沙土質(zhì)條件下，以樁徑φ600、強(qiáng)度≥1.2MPa為控制標(biāo)準(zhǔn)展開的研究，在施工過程中，應(yīng)根據(jù)各種土質(zhì)變化的實(shí)際情況，靈活調(diào)節(jié)施工參數(shù)，避免出現(xiàn)斷樁，螺旋狀，樁徑不夠、強(qiáng)度不均勻不達(dá)標(biāo)等質(zhì)量問題。且本次研究的成樁數(shù)據(jù)結(jié)果中，樁徑范圍覆蓋了0.48～0.92m，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度覆蓋了0.9～1.41MPa區(qū)間，希望能夠以此數(shù)據(jù)增強(qiáng)與同行業(yè)之間施工交流，并提供借鑒。