高壓旋噴樁紅黏土地基處理試驗分析

何 木，李明玉

(廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，廣西 桂林 541002)

0 引言

工程實踐中遇到土體的巖土工程性質難以滿足工程需要的特殊土地基時，需要進行地基處理。地基處理方法之一的高壓旋噴樁由于其適用范圍廣，處理效果好而得到了廣泛應用。國內外學者對其進行了廣泛研究。Shang等[1]研究了旋噴樁在軟土地基處理中的應用。研究表明，旋噴樁能有效地提高軟土的強度和降低其沉降變形；Bergado等[2]對比堆載預壓、真空預壓、高壓旋噴樁處理軟基效果，發現高壓旋噴樁能有效地提高土體的強度指標，降低壓縮性；周樂平等[3]利用高壓旋噴樁對紅黏土隧道進行加固處理，能夠有效地減小隧道的沉降；劉寶臣等[4]基于室內試驗，研究了水泥摻量對紅黏土強度性質的影響，結果表明：紅黏土的力學性質隨水泥摻入比增大而提高，隨養護齡期增長而增大，一定養護齡期后增加緩慢；鮑洋等[5]探討了水泥摻量對紅黏土固結體抗剪強度特性的影響規律，發現紅黏土固結體的剪應力-剪位移關系曲線峰值應力跌落現象隨水泥摻量增加逐漸顯現;紅黏土固結體粘聚力隨水泥摻量的增大而減小，內摩擦角隨水泥摻量的增大而增大；袁意超等[6]通過室內試驗，發現水泥黏土的抗剪強度與齡期，豎向壓應力呈明顯正相關，而與含水率，水灰比呈一定程度的負相關。

上述研究工作主要是在室內試驗室進行。關于高壓旋噴樁在紅黏地基處理的原位試驗鮮見報道。本文基于工程高壓旋噴樁復合地基承載力原位試驗數據，通過與公式計算數據比較，以期得到高壓旋噴樁在紅黏土地基處理中增加復合地基承載力的結論。

1 高壓旋噴樁設計方法[7]

高壓旋噴樁單樁豎向承載力取決于水泥土強度和地基土兩個條件。初步設計時可根據式(1)、(2)計算，取其中較小值；復合地基承載力特征值可按式(3)計算：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Up、Li為樁的橫截面周長和有效樁長范圍內第i層土的厚度，m；qp、qsi為樁端下地基土承載力特征值和樁周第i層土的側阻力特征值，kPa；α為樁端下天然地基土承載力折減系數，可取0.4～0.6；n為樁長范圍內土層數；fcu為與樁身水泥土配比相同的室內水泥土試塊在標準養護條件下，90天齡期的抗壓強度平均值，kPa；Ap為樁橫截面積，m2；η為強度折減系數；β為樁間土承載力折減系數；fsk處理后樁問土承載力特征值；fspk復合地基承載力特征值。

2 工程概況

2.1 工程地質條件

擬建某創新示范項目位于廣西桂林市秀峰區。項目所在地為喀斯特地貌。場地勘察報告的鉆孔資料揭露的場地地層自上而下如下：①人工填土(Qml)：灰褐～褐色，稍濕～濕，松散，主要成分為黏性土，局部含少量碎石，厚0.50～3.60 m；②耕土(Q4pd)：褐色～灰黑色，濕～很濕，軟塑狀態，成分主要為黏性土，含少量的碎石、植物根系，厚0.20～1.30 m；③粉質黏土(Q4al)：褐黃色，濕，可塑～軟塑狀態，土體較均勻，含褐黑色鐵錳質氧化物結核，厚0.50～7.20 m；上部呈可塑狀態，下部呈軟塑狀態，④黏土(Qel-s)：黃褐色，稍濕～飽和，可塑～軟塑狀態，土體較均勻，厚0.70～6.50 m。各土層物理力學參數見表1：

表1 土層物理力學參數表

2.2 工程設計概況

擬建項目建筑層數5層，框架剪力墻結構，筏板基礎，采用高壓旋噴樁進行地基處理，要求處理后復合地基增強體單樁承載力特征值為160 kN，復合地基承載力特征值為130 kPa。旋噴樁設計樁徑為0.5 m，設計樁長長度不一，設計樁距為1.2 m × 1.2 m。

3 復合地基承載力3.1 載荷試驗

檢測復合地基承載力要從復合地基靜載荷試驗和單樁靜載荷試驗兩方面展開。高壓旋噴樁地基處理完成后，選取3根樁進行復合地基單樁靜載荷試驗和3個點位復合地基靜載荷試驗。試驗過程嚴格按《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79—2012)進行。試驗前需采用低應變法對全部樁進行完整性檢測，對進行靜載荷試驗的樁進行鉆孔抽芯試驗。對所抽取芯樣進行無側限抗壓強度試驗，應力-應變曲線顯示，無側限抗壓強度為6.8 MPa，變形模量為1.08 GPa。

本次靜載荷試驗選用面積為1.96 m2(邊長a=1.40 m)方形壓板；面積換算后的最大荷載為510 kN，置換率m=0.116；復合地基單樁靜載荷試驗樁7#、3#、6#樁長分別為10.80、5.8和9.2 m；復合地基靜載荷試驗樁10#、8#、5#樁長分別為10.20、5.2和6.9 m；單樁靜載荷試驗和復合地基靜載荷試驗P-S曲線分別如圖1、圖2所示。

圖1 單樁復合地基靜載荷試驗P-S曲線

圖2 復合地基靜載荷試驗P-S曲線

從上述圖可得：

(1)單樁靜載荷試驗與復合地基靜載荷試驗P-S曲線大致呈緩變形曲線，曲線未出現明顯陡降起始點(即第二拐點)，故取試驗點地基承載力特征值為最大加載值的一半。

(2)單樁復合地基承載力標準值比多樁復合地基的高，雖然面積置換率比單樁時高，但承載力標準值反而小，說明高壓旋噴樁要考慮群樁效應，這結果與粉噴樁研究結果類似[8-10]。

3.2 試驗值與計算值比較

根據前文公式計算單樁豎向承載力，并將結果試驗值匯總于表2：

表2 單樁豎向承載力特征值試驗值和計算值

由上表可得，單樁靜載荷極限荷載比計算值小。這主要是由于計算時采用樁直徑不變值的理想情況。實際上在施工過程中，由于各種原因，樁徑通常大小不等，從而使得實際樁側摩阻面積往往比理想狀況下的小，從而導致樁的豎向承載力特征值試驗值小于計算值。

4 結論

通過對高壓旋噴樁紅黏土地基處理試驗分析，將承載力載荷試驗值與計算值比較分析，得到以下結論：

(1)高壓旋噴樁能夠有效的應用到紅黏土地基處理中，能夠有效的提高地基承載力和降低沉降。

(2)高壓旋噴樁單樁豎向承載力載荷試驗特征值與計算值存在較大差異。這主要是由于樁施工過程中，由于施工工藝、土層等原因導致樁徑不均。設計時應綜合考慮樁徑的變化。

(3)高壓旋噴樁復合地基載荷試驗時，承壓板下樁數和樁間土面積不同，所得到的載荷試驗值存在較大差異。高壓旋噴樁復合地基具有明顯的群樁效應。