粉喷桩复合地基在江汉平原软土路基加固中的经验总结

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(湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 400051)

0 引言

粉喷桩属于深层搅拌法加固地基方法的一种形式，是采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法，最适合于加固各种成因的饱和软黏土，目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的黏性土，在江汉平原软土加固处理中有着广泛的应用。

本文依托于江汉平原沙公高速公路软土路基粉喷桩设计项目，施工完成后，经检测单位对粉喷桩单桩载荷试验与复合地基平板载荷试验成果进行检验，与原设计地基承载力和沉降进行对比，对于江汉平原的软土地基加固设计是较好的经验总结。

1 粉喷桩复合地基设计

项目区地势平坦、开阔，略有起伏，地面标高22.1～30.9 m。由长江发生大量堆积和地表水流将大量的风化碎屑物带到洼地，使河边堆积，不断地扩大和发展，形成冲湖积平原，勘探未揭露基岩，其堆积巨厚的第四系沉积物，以细颗粒为主，地下水主要为松散岩类孔隙水。

1.1 岩土体物理力学性质参数

根据室内试验结果及同类工程经验数据，复合地基各岩土层物理力学参数见表1。

1.2 沉降计算

根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)：

表1 岩土体物理力学参数地层岩性厚度/m承载力容许值fa0/kPa压缩模量ES/MPa粉质黏土1 21107 5淤泥质土6 8703 0细砂>1020018 0

(1)

zn=b(2.5-0.4 lnb)

(2)

式中:ψs为沉降计算系数(本文取1.1)；p0为基础底面处附加应力(本文取150 kPa);b为基础宽度(本文取2 m)。

估算软土地基在上覆荷载150 kPa下最终沉降量s=16.4 mm。.

1.3 设计方案

设计采用水泥作为固化剂材料，水泥掺入比为15%，桩径500 mm，桩间距1.3 m，正三角形布置，置换率为0.134，设计单桩承载力100 kPa，复合地基承载力150 kPa。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)：

(3)

式中:Ra为单桩竖向承载力特征值；Ap为桩截面积;m为置换率;β为桩间土承载力折减系数(本文取0.85);fsk为桩间承载力特征值(本文取110 kPa)。

估算复合地基承载力特征值fspk=150 kPa。

2 检测结果

粉喷桩施工完成90 d后，检测单位抽取了6根粉喷桩分别进行了静载荷测试，其中单桩竖向抗压静载试验3根，复合地基平板载荷试验3组。

2.1 单桩竖向载荷试验

现场单桩载荷试验采用慢速维持荷载法，用手动油泵逐级加载，最大加载量按单桩竖向承载力设计值的2倍取值，总加载量为200 kN。分为9级加载和5级卸载，每级加载量为20 kN，第1级加载量为40 kN，卸载量为每级加载量的2倍。

本次单桩竖向静载荷试验桩3根，以5—21检测桩为例，Q—s、s—lgt及s—lgQ曲线见图1～图3。

图1 试验桩5—21Q—s曲线

图2 试验桩5—21s—lgt曲线

图3 试验桩5—21s—lgQ曲线

本次单桩竖向静载荷试验桩3根，试验加载达到预期最大荷载时终止加载。被检测桩试验荷载和沉降数据见表2。

表2 单桩竖向静载荷试验结果汇总表桩号沉降/mm最大试验荷载200kN极限承载力200kN承载力特征值100kN残余沉降量 5—2122 6422 646 0016 9221—7 21 9521 955 2716 0427—2519 8919 895 1714 39

根据单桩竖向静载荷试验结果，该桩单桩竖向承载力特征值均为100 kPa，满足设计要求。

2.2 复合地基载荷试验

现场复合地基平板载荷试验加载量依据承载力设计值2倍及置换率、承压板面积综合计算，总加载量为438 kN。分8级加载和4级卸载，每级加载量48 kN，第一级加载量为96 kN，卸载按其加载值的2倍进行。

复合地基平板载荷试验承压板采用1.20 m×1.20 m方板，板底设50～150 mm中粗砂铺平层，试坑底开挖至基底标高。采用手动油压千斤顶加载，工字钢搭设堆载平台，砂袋堆积提供反力，最大压重量526 kN。

本次共进行3组复合地基平板载荷试验，以11—29试验点为例，P—s曲线见图4。

图4 试验点11—29P—s曲线

本次共进行3组复合地基平板载荷试验，试验加载达到预期最大荷载时终止加载，各试验点情况见表3。

试验加载到438 kN时，P—s曲线平缓无明显陡降段。可取沉降比s/b=0.006所对应的荷载为该试验点承载力特征值，即沉降为7.2 mm对应的荷载值为179 kPa，>150 kPa，满足设计要求，且理论公式计算地基承载力偏于安全。

表3 复合地基平板载荷试验结果汇总表桩号沉降/mm最大试验荷载438kN极限承载力300kN承载力特征值150kPa残余沉降量11—2919 8519 855 2015 8815—9 20 3320 335 6616 3033—1919 4619 465 3315 37

根据P—s曲线，150 kPa压力下累计沉降值为5.20 mm，<16.4 mm，可知相对于软土地基压缩模量，复合地基压缩模量提高了3.2倍，而根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)公式9.2.8—1可知，理论上复合地基压缩模量提高2.6倍，可见，利用静载试验计算得出的沉降值是小于理论公式计算值，故采用理论公式计算偏于安全。

3 结语

粉喷桩采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法，该方法理论较完善，经验较多，数据可靠，最适合于加固各种成因的饱和软黏土，在江汉平原软土加固处理中有着广泛的应用。

根据粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力检验结果，经过粉喷桩处理后，地基承载力得到明显明显提高。复合地基的P—s曲线平缓、光滑，无明显拐点，试验未加载至极限状态，复合地基承载力特征值为179 kPa，与规范的理论计算基本吻合，也验证了设计的正确性及施工效果良好。

相对于静载试验，理论公式计算其地基承载力和沉降均偏于安全，因此，应合理地确定土层计算参数，使之更切合实际。

[1] 刘松玉,钱国超,章定文.粉喷桩复合地基理论与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2006.

[2] 陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[3] 高大钊.地基加固新技术[M].北京:机械工业工业出版社，1997.

[4] 龚晓南.复合地基理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.