水泥粉噴樁在某圖書館地基處理中的試驗研究

鮑麗香 郭艷華 徐一灃

（1.遼寧天合空港建設有限公司，遼寧 沈陽 110041；2.空軍勤務學院機場勤務保障系，江蘇 徐州 221000）

某圖書館建于1994年，框架四層，由于圖書館面積偏小、容書有限、功能局限、層高偏低，遂進行擴建。擴建工程的主體結構為框架四層（局部六層），建筑面積約4 200m2，建筑總高度為21.6m。根據建筑需要，要求加固后的復合地基承載力特征值為160kPa，單樁承載力特征值滿足78.5kN。

1 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，地層情況從上到下依次是：

（1）雜填土：顏色呈灰黃色與灰色，覆蓋土層，含磚瓦、石塊、爐渣等，各種土質不均勻，厚度約1.18m。

（2）粉土：顏色呈灰黃色，濕度介于濕到很濕，稍密，夾雜薄層粉質黏土，搖振反應非常迅速，干強度低，韌性也低，厚度約3.74m。

（3）粉土：顏色呈灰色，濕，密度介于稍密到中密，夾雜薄層粉質黏土，搖振反應迅速，干強度較低，韌性較低，厚度約3.61m。

（4）粉土：本層粉土呈灰色，濕，密度為中密，搖振反應較迅速，干強度不高，韌性不高，厚度約2.91m。

（5）黏土：呈灰色，可塑，切面表現光滑，干強度高，韌性高，厚度未揭穿。

各層土的物理力學性能指標及承載力見表1。

表1 地基土性能指標

2 地基處理方案選擇與試驗簡介

2.1 地基處理方案選擇

深層攪拌法是利用水泥、石灰等作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械在地基深部將軟土與固化劑強制拌和，使軟土與固化劑之間產生物理和化學反應，使之成為具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基，其施工順序如圖1所示。深層攪拌法按膠結劑的狀態分為粉體噴射深層攪拌法（簡稱粉噴樁）和漿液噴射深層攪拌法（簡稱漿噴樁）兩種。其中，粉噴樁適用于各種成因的淤泥、淤泥質土、粉土、飽和軟黏土，以及含水量較高（大于18%）的黏性土地基。粉噴樁對軟土地基加固明顯，加固后可立即投入使用，對相鄰建筑物不會產生不利影響，而且施工周期短、造價低、無振動、無噪音，對周圍環境無污染。由于本擴建工程緊鄰舊圖書館，加上土層含水率較大，故采用水泥粉體噴射深層攪拌法施工，即采用水泥粉噴樁加固地基。

水泥粉噴樁加固地基法的施工過程與順序如圖1所示，即（a）定位下沉、（b）沉入底部、（c）噴漿攪拌上升、（d）重復攪拌下沉、（e）重復攪拌上升、（f）完畢。用該方法形成的樁取代同體積的軟土，可有效形成豎向增強體，起到置換作用，提高承載力。同時，對樁間土也有一定的擠密作用。本擴建工程最終由粉噴樁和樁間土共同組成復合地基，一起支承上部建筑物基礎傳來的荷載。

圖1 深層攪拌法施工順序

2.2 試驗方法簡介

根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）規定的測試標準：為設計提供依據的試驗樁，應依據設計確定的基樁受力狀態采用相應的靜載試驗方法來確定單樁極限承載力；檢測數量應滿足設計要求，且在同一條件下不應少于3根。根據設計要求，本文所述圖書館擴建工程設計用樁531根，檢測樁數量選取為3根。

（1）材料：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，滿足《通用硅酸鹽水泥標準》（GB 175-2007）的各項指標要求，性能穩定。

（2）樁徑及水泥摻入量：根據設計要求，粉噴樁長9.5m，樁徑為Ф500mm，復攪長度為3m，水泥摻入量為50kg/m，偏差不大于8 %。

（3）儀器設備：JCQ型靜載荷測試儀、位移傳感器、GYL型測力傳感器、壓重平臺反力裝置及配重（20t/25t）、承壓板（規格0.80m×0.80m）。

（4）測試原理與方法：采用接近工程實際條件的測試原理，加載時采用慢速維持荷載法（即逐級加載法），觀測樁的沉降狀況。當在某級荷載力的作用下，沉降達到相對穩定后，再加下一級荷載，直到預定加載值。最后，根據荷載與沉降的規律和特點，評價單樁豎向極限承載力和復合地基承載力。

3 試驗結果及分析

3.1 單樁豎向極限承載力試驗結果

本工程檢測樁數共3根，分別是82號、210號、257號樁，總加載量為設計要求值的兩倍，加載分級為15級，每級加載量為總加載量的1/10。其28d單樁豎向靜載試驗（荷載-沉降）匯總見表2。

表2 單樁豎向靜載試驗（荷載-沉降）匯總表

依據上述表格，繪制荷載-沉降（Q-s）曲線，如圖2所示。

圖2 單樁靜載試驗Q-s曲線

單樁豎向抗壓承載力試驗結果見表3。

表3 單樁豎向抗壓極限承載力靜載試驗結果

試驗結果表明，3根試樁最終加載量均為160kN，試樁單樁豎向抗壓極限承載力按最大試驗荷載值的1/2確定。本工程單樁豎向抗壓極限承載力統計值為160kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為80kN，滿足設計要求。

3.2 復合地基承載力試驗結果

地基承載力檢測點數為3點，分別是27號、66號、86號點位，總加載量為設計要求值的兩倍，加載分級為15級，每級加載量約為總加載量的1/10。其28d復合地基靜載試驗（荷載-沉降）匯總見表4。

表4 復合地基靜載試驗（荷載-沉降）匯總表

依據上述表格，繪制荷載-沉降（P-s）曲線，如圖3所示。

圖3 復合地基靜載試驗P-s曲線

復合地基承載力試驗結果見表5。

表5 復合地基靜載試驗結果

根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）的規定：各試驗實測值的極差不超過其平均值的30%時，取其平均值作為該復合地基承載力的特征值。根據上表數據結果得知，本試驗中，3個試點承載力特征值的平均值為164.9kPa，實測值的極差與平均值的比值為4.2%，小于30%，完全滿足規定要求，本場地復合地基承載力特征值取164.9kPa。

3.3 試驗結果分析

（1）從Q-s曲線和P-s曲線可以得出三個結論：一是在荷載作用下沉降量隨外荷載增加而增大，且隨外荷載增加呈加劇趨勢。二是曲線逐步向下彎曲，為一條平緩且光滑的曲線，沒有明顯的拐點。三是相鄰兩級荷載所對應的沉降量之比沒有一定規律。另外，從復合地基P-s曲線可以看出，由于粉噴樁的加入，地基承載力得到了明顯改善，說明粉噴樁發揮了重要的置換作用（置換率為25%）。（2）比較表3和表5中各樁的彈性變形，其中，所占比重最多的86號樁復合地基回彈率為41.87%，其余所占比重相對較小。這說明單樁及復合地基彈性變形占總沉降量的比例不是很大，非彈性變形是它的主要變形特征。（3）本工程設計要求單樁承載力特征值不小于78.5kN，復合地基承載力不小于160kPa。從試驗結果得知，單樁豎向抗壓承載力特征值為80kN，復合地基承載力的平均值為164.9kPa，均滿足設計要求。試驗結果也驗證了本工程地基處理設計方案、施工工藝方案的可行性。

4 結語

（1）針對新、舊圖書館距離較近，使用后荷載較大等特點，本工程采用粉噴樁進行地基加固處理，取得了較好的技術和經濟效果。工程全部竣工后投入使用至今已經有兩年半的時間，通過持續監測，沒有出現不良變形、不均勻沉降等問題，結構完整。（2）粉噴樁施工工藝簡單，工程總噴樁531根，工期只需15d，大大縮短了施工工期，并且避免了過大振動和噪聲對已有建筑物和教學環境的影響。（3）粉噴樁可根據不同地質的處理要求，對不同深度的土體進行加固，在提高地基土承載力的同時，解決地基不均勻沉降問題，有效消除粘性土地基普遍存在的濕陷性問題，因此，是一項值得大力推廣的施工工藝。