高压旋喷桩复合地基的分析及应用

李新华 杨彩晓 张宏伟

高压旋喷桩复合地基的分析及应用

李新华 杨彩晓 张宏伟

阐述了高压旋喷桩法地基加固的原理、方案设计,结合工程实例,介绍了高压旋喷桩在地基处理中的应用,从特定工程条件下说明高压旋喷桩地基处理方法的优势,值得大力推广。

高压旋喷桩,复合地基,设计,试验

1 高压旋喷桩简介

高压喷射注浆法处理地基在我国已有了广泛的应用,并制定了相应的施工设计规范。在高速公路软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗等方面得到越来越多的应用。在一些大城市,随着地铁建设和高层建筑的崛起,不少深基坑工程亦都采用了高压喷射注浆技术来进行深基坑的止水防渗。高压喷射注浆按注浆管类型可分为单管、二重管和三重管三种方法。单管以单纯喷射水泥浆液;二重管在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射来破坏土层结构,完成置换、填充;而三重管则是以包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构,再以水泥浆液进行置换、填充。

高压旋喷桩复合地基是以高压水泥浆液与地基土混合固结形成的一种桩土复合材料,是桩与土的共同作用,既利用了天然地基土的强度又使之强化,具有强化地基和防水止渗的作用,适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基,它有其施工工艺简单、工期短、投资少、适用性强等优点。高压旋喷桩施工中各种技术指标的选取是影响工程施工和质量的关键,目前高压旋喷施工技术已有了比较广泛的应用。

2 工程概况

拟建的综合楼高 5层,东西长 47.6m,南北宽 15.0m,框架结构,无地下室,基础埋深 1.5m,单柱最大荷载 6 500 kN。

拟建场地地貌单元属于黄河冲、洪积平原,地表为杂填土,场地较平坦,场地环境简单。本区地下水位在 20m以下,对基础及基础施工无不良影响。根据钻探、标贯、静力触探及室内土工试验结果,在勘探深度 25.0m范围内将地层共分为 8层：①素填土,②粉土,③粉砂,④粉土,⑤粉砂,⑥粉细砂,⑦粉土,⑧粉质粘土。

根据室内土工试验,原位静力触探和标准贯入试验成果,经综合分析后,提供各土层地基承载力特征值列于表 1。

表1 各土层承载力特征值 kPa

3 天然地基方案分析

拟建建筑物基础埋深为 1.5m,基础持力层为第②层粉土,基础下持力层的地基土承载力特征值 120 kPa,基础主要受力层层面最大坡度为 6.7%＜10%,综合分析本场地地基土应属均匀地基土。若采用天然地基独立基础,基础底面积达 59.5m2,基础底面积较大,其独立基础的边长达 7.72m,显然不妥,故不宜采用天然地基。

4 高压旋喷桩复合地基方案论证分析

根据本场地地层情况,拟建场地可采用高压旋喷桩对地基进行加固处理。建议加固处理至第⑥层粉细砂,基础埋深按 1.5m,现设桩端埋深 10.7m,有效桩长 9.2m,桩径 0.6m。高压旋喷桩设计参数按表 2采用。

表2 高压旋喷桩设计参数 kPa

4.1 单桩竖向承载力特征值估算

根据 JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范,高压旋喷桩单桩竖向承载力特征值应通过现场开荷试验确定,设计时也可按下列二式计算,并取下两式中的小值：

4.2 复合地基承载力值估算

依据公式：

其中,fsk为桩间土承载力特征值,取 120 kPa;β取 0.3;Ap=0.282 6m2,按正方形布桩,桩间距 1.1m;fspk=411。

4.3 高压旋喷桩复合地基设计方案

设计桩径 0.6m,有效桩长 9.2m,正方形布桩,桩间距1.1m,设计要求处理后复合地基承载力特征值为 410 kPa,单桩承载力特征值为 466 kN,设计总桩数 279根。

5 高压旋喷桩复合地基设计方案检测验证

采用静载荷试验方法对桩号为 88,116和 210的三个试验点进行了复合地基承载力试验,对桩号为 42,172和263的三根桩进行了单桩竖向抗压承载力试验;采用低应变反射波法对 279根高压旋喷桩进行了桩身完整性检测。

5.1 桩身完整性检测

采用低应变反射波法对桩身完整性进行检测。具体方法是：使用力锤锤击桩顶产生一应力波,该波以某一速度沿桩身向下传播,当桩身阻抗发生变化时(扩径、缩径、夹泥、离析等),应力波产生反射波和透射波,利用固定安装在桩顶的传感器接收应力波的响应,通过与其联接的动测仪送入微机存储。利用波动理论,对应力反射波的时域和频域特征进行分析,判断桩身完整性。低应变检测装置见图 1。

通过低应变检测资料分析,本工程高压旋喷桩应力波波速在2 007m/s～2 296m/s之间,波速正常,说明基桩桩长满足设计要求。

经分析,本工程所测 279根高压旋喷桩桩身完整性综合评价为：

Ⅰ类桩桩身结构完整 236根,占总桩数的 84.6%;Ⅱ类桩有轻微不良缺陷反应,桩身结构基本完整 43根,占总桩数的15.4%;未发现影响工程质量的Ⅲ类和Ⅳ类桩。

5.2 单桩承载力检测

单桩竖向抗压静载荷试验,试验数量 3根桩;根据规范,静载荷试验资料解释采用实测数据绘制的结果曲线进行分析。单桩竖向抗压静载荷试验曲线见图2。

由图 2看到试验曲线平缓,沉降较小,最大值为 6.5mm,根据桩基检测规范规定,取试验中最大加载量作为单桩极限承载力。具体分析结果见表 3。

表3 单桩竖向抗压静载荷试验结果表 kN

由表 3可见,各桩极限承载力极差不超过平均值的 30%,取各桩承载力极限值的平均值为单桩极限承载力统计值,单桩竖向抗压承载力特征值取单桩极限承载力统计值的一半为 466 kN。

5.3 复合地基承载力检测

复合地基竖向抗压静载荷试验 3组,根据规范,静载资料解释采用实测数据绘制的试验曲线进行分析。竖向抗压静载荷试验曲线见图 3。

由图 3看到试验曲线平缓,沉降较小,最大值为 7.35mm,根据建筑地基基础设计规范复合地基载荷要点规定,当达不到极限荷载时,各桩承载力极限值取设计要求压力值的 2倍,由此得出复合地基承载力特征值。

由表 4可见,各试验点特征值的极差不超过平均值的 30%时,取平均值为复合地基承载力特征值,复合地基承载力特征值为410 kPa。

表4 复合地基静载试验结果表

综上所述,通过静载荷试验资料分析确定高压旋喷桩单桩竖向抗压承载力特征值为 466 kN,复合地基承载力特征值为410 kPa。低应变桩身完整性检测的 279根中,Ⅰ类桩 236根,占总桩数的84.6%,Ⅱ类桩 43根,占总桩数的 15.4%;未发现影响工程质量的Ⅲ类和Ⅳ类桩。说明高压旋喷桩复合地基设计方案合理,满足设计要求。

6 结语

办公楼投入使用五年多,经观测基础沉降基本稳定,完全满足设计和使用要求。从方案设计及工程实践中得到验证,单柱荷载或基底压力较大,场地地层上部 8.0m左右范围内天然地基土不能满足设计要求,且 8.0m以下有较好持力层的情况下,根据桩身强度控制有效桩长(约 10m)的高压旋喷桩法处理地基比较适合,处理效果明显,经济合理、效益好,值得大力推广。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[3]乔居龙.旋喷桩在处理涵洞软弱地基中的应用[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

李新华(1956-),男,工程师,河南省煤田地质局物探测量队,河南 郑州 450009

杨彩晓(1980-),女,工程师,河南省煤田地质局物探测量队,河南 郑州 450009

张宏伟(1979-),男,工程师,河南省煤田地质局物探测量队,河南 郑州 450009