提高深厚淤泥土質高壓旋噴樁復合地基承載力的研究

劉天祥

(中國水電基礎局有限公司,天津 301700)

1 概況

北二路道路建設改造及東營河水環境綜合治理工程位于山東省東營市中心城北部，項目西起西六路，東至東八路，南至北二路，北至六干渠，規劃面積約44.90km2。其中，北二路道路建設改造工程主要對主路實施拓寬改造28.60km，配套完善公交車道、人行道和路燈的市政設施；東營河水環境綜合治理工程主要對片區東營河西延、河道拓寬、截污導污、濕地建設實施水環境治理和生態修復，實現三河貫通、自然生態、特色濕地，穩定達到地表Ⅴ類水質的治理目標。

工程項目處于城市建成區，施工項目多，分布區域范圍廣，點多、線長，各子項施工牽涉征地拆遷、土方開挖與回填、河道清淤、混凝土建構筑物施工、道路與橋梁施工、服務設施施工等。項目的工作量大，工期短及強度高，如何在保證的工期下完成高質量的施工目標是本次施工的重點。其中，在施工過程中經常會對地基進行加[1]，高壓旋噴灌漿法由于設備簡單、機動性強成為工程上常用的一種方法[2- 5]。但是，高壓旋噴注漿法施工受地質條件因素影響大，不同土層的旋噴水泥漿螺旋成樁效果不一致，樁身的強度、完整性、樁徑的大小隨地質環境的變化而變化[6- 8]。特別是要保證在3m以下高含水率的深厚淤泥土質下的樁體芯樣無側限抗壓強度達到2.5MPa，且復合地基承載力特征值達到120kPa(S≤14mm)，這無疑成為本工程的重難點。因此，本文圍繞本工程中提高深厚淤泥土質高壓旋噴樁復合地基承載力的目標展開研究。

2 現狀調查

通過前期對現場進行地質調查，發現當地的地質存在以下問題：

現狀1：本項目基礎施工難度大，現狀地形起伏，地質條件復雜，施工前現場為淤泥棄土場，場坪標高以下淤泥厚度在3～8米，且淤泥含水量極大，呈流塑狀分布，且砂層厚，加大了淤泥層成樁的難度。

現狀2：由于本項目位于淺海水陸交互相片區，屬于臨近海的淤泥土質區域，該區域地下水埋深較淺，水源豐富，從而對旋噴樁成樁質量造成影響。

為了檢查本工程高壓旋噴樁的合格率，通過對首批82根旋噴樁進行試驗段施工，水泥摻入量分別為120kg/m(35根)、150kg/m(47根)。施工完成后，檢測單位、項目部質檢員與監理工程師一起對已完成試驗段情況進行質量檢查，檢查情況和旋噴樁芯樣分別見表1和如圖1所示。

表1 82根水泥摻入量分別為120kg/m和150kg/m旋噴樁試驗質量調查統計表

圖1 高壓旋噴樁芯樣

從圖表中可以看出，28d試樁芯樣(水泥摻量120kg/m)抗壓強度無法滿足設計要求(合格率0%)，因此沒有繼續進行壓板載荷試驗。只有小部分28d試樁芯樣(水泥摻量150kg/m)抗壓強度達到要求，但抗壓強度合格率(10%)和復合地基承載力特征值沒達到要求，所以必須再次進行試驗。因此，經過初步試驗調查，深厚淤泥土質高壓旋噴樁質量問題主要表現為強度(抗壓強度、復合地基承載力)和樁徑2個方面。為了確保深厚淤泥土質高壓旋噴樁成樁質量，需要解決這2個主要問題。

3 原因分析

3.1 原因關聯分析

針對以上兩個影響成樁質量的因素(強度和樁徑)，運用原因關聯分析法，對施工過程中可能影響這兩個因素質量的原因進行探究，如圖2所示繪制了影響成樁強度和樁徑的末端因素關聯圖。

圖2 影響強度和樁徑的末端因素關聯圖

在得出上述可能影響成樁質量的末端因素后，有必要實地對這些因素進行調查分析，以便最終確認實際影響成樁質量的要因。

3.2 要因確認

根據上述列出的原因，通過查閱資料、調查分析和現場驗證，從實際查驗出發逐一進行要因確認，確認情況見表2。經過分析，最終確定影響高壓旋噴樁成樁質量的5個要因：注漿壓力不足、鉆桿提升速度過快、深厚淤泥土質[9]、水泥摻入量過小和潮汐動水位影響。針對這些要因，需要一一分別制定對策來減小或排除它們的影響。

4 對策實施及效果

4.1 對策制定

對策1：針對注漿壓力不足的問題，采取的對策是增大注漿壓力[10]。

在保證水泥摻入量均為230kg/m情況下，使得漿壓分別為20～22MPa，22～24MPa兩組工況進行對比施工，然后比較樁體的抗壓強度和完整性。通過檢測可以發現，水泥漿壓為22～24MPa組的樁身強度和完整性有明顯提高。

表2 要因確認情況表

對策2：針對鉆桿提升速度過快的問題，采取的措施是調整鉆桿提升速度。

采用提升速度分別為12～14cm/min，14～16cm/min，16～18cm/min，18～20cm/min進行對比施工，比較樁體的抗壓強度和完整性。在實施后發現，提升速度為12～14cm/min的樁身強度和完整性相對較好。

對策3：針對現場深厚淤泥土質的問題，采取深厚淤泥土質層高壓旋噴樁復噴的措施。

對3m以下高含水率的深厚淤泥土質層采取復噴的工藝，然后比較不同土層樁體的抗壓強度、完整性和復合地基承載力。可以發現，采用淤泥土層復噴的施工工藝對淤泥土質范圍的樁體強度有較大提升，能夠增加原土體破壞的有效強度，增加螺旋固結體的強度，促使復合地基的承載力大幅提升，從而改變淤泥土層因旋噴阻力過小，導致水泥漿液擴散的情況，確保樁體的整體完整性。

對策4：針對水泥摻入量過小的問題，采取的對策是提高水泥摻入量[11]。

設置水泥摻入量為150、190、230kg/m三組工況進行對照施工，然后比較樁體的抗壓強度、完整性和復合地基承載力。結果表明，水泥摻入量為230kg/m樁身抗強度和旋噴樁復合地基承載力均均符合規范要求。

對策5：針對潮汐動水影響的問題，采取添加復合速凝劑的措施。

同一水位情況下，一組使用復合速凝劑，另外一組不添加。選擇兩地土層分布情況類似并且該地層在車輛段地質情況相同，滿足同等工程地質條件要求。結合前面大量試驗數據、查閱資料和規范，噴漿壓力設置為為22～24MPa經濟可行，然后添加復合速凝劑，同時對淤泥土質層采用復噴工藝。對成樁后樁基進行檢測，發現旋噴樁成樁樁徑滿足設計要求，成樁效果滿足要求。原因是速凝劑減少了潮汐水對水泥固結影響，確保了樁身強度。

4.2 實施效果

通過開挖淺部樁頭觀察，采用擬定施工參數形成的旋噴樁均勻性均滿足要求，根據淺部樁頭開挖結果，對高壓旋噴樁進行鉆芯及復合地基載荷試驗，并進行檢測，見表3。

由表3可知，三組試樁的28d試樁芯樣抗壓強度均滿足設計要求。其中經檢測，對于深厚淤泥土質，在高壓旋噴樁旋轉速度為20r/min，提升速度為12～14cm/min，水泥摻入量為230kg/m施工參數下(試樁3)，成樁效果最佳。此外，試樁3的高壓旋噴樁樁身抗壓強度滿足要求，且其負荷地基承載力大于設計復合地基承載力2160kN，且有較多富裕。

表3 芯樣抗壓強度結果

5 結語

本文針對含有深厚淤泥質土的高壓旋噴樁成樁質量進行研究，通過現場調查分析確定影響成樁質量的因素，并一一給出了相應的解決對策，使得高壓旋噴樁質量合格率得到較大提高。該研究有利于現場施工管理人員及作業人員掌握施工工藝和施工要點，有利于提供同類淤泥土質下高壓旋噴樁成樁施工方案和技術參數，能大大提高成樁的質量合格率，保證了工程的穩步推進，有利于提高工程質量，打造精品工程，爭創優質工程。其次，原因關聯分析法也能運用到其他領域的問題中，為更好更快的尋找對策來解決問題提供思路及指導。