高压旋喷桩在深厚软土地基处理中的应用

高压旋喷桩在深厚软土地基处理中的应用

苏昭剑

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

摘 要：结合某实际工程，针对该地区深厚的淤泥地层情况，采用了高压旋喷桩对拟建场地进行地基处理。高压旋喷桩是利用高压水泥浆液通过喷头，以高速水平喷入土体，以此切割土体，并与土体和水泥浆充分搅拌形成水泥土加固体的地基处理方法。各种检验结果表明，高压旋喷桩对沿海软土地区地基处理是可靠有效的。

关键词：淤泥；高压旋喷桩；地基处理

0 引言

高压旋喷技术(也即高压喷射注浆法)是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进入土层后，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或墙体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使得地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的[1-3]。

1 工程概况

1.1 场地周边环境

(1)场地内抛填大量块石

由于拟建场地原为临海鱼塘或虾塘，前期场地平整时抛填了大量的花岗岩块石，经现场踏勘可知块石粒径在50cm左右，个别直径大于1m，抛填厚度3.9m～4.9m；另在主厂房区域有旧引水渠(宽度约30m)贯穿，原有花岗岩驳岸也未清除，该区域块石厚度更大达到8.34m。

(2)淤泥平均厚度大和厚度差大

高压旋喷桩处理区域分布见图1。根据地质报告螺旋焊管厂和防腐厂②层淤泥的厚度为14.6m～29m，平均厚度22.28m。

图1 高压旋喷桩处理区域分布图

1.2 工程地质条件

根据勘察揭露深度范围内陆层：按地层时代、成因类型地层由上而下共分为10 主层，依次为人工填土层、第四系海积层、坡残积层，下伏基岩为燕山晚期第一次侵入花岗岩，上部各土层特征自上而下分述如下：

(1)人工填土(Q4ml)

①素填土：黄褐色，岩性不均匀，主要由附近开山搬运的残积土、强风化～中风化花岗岩岩块回填而成，属新近回填土，结构松散，密实度较差。回填土粒径一般50mm～150mm，少量岩块体积达1m3。

①1 素填土：灰褐色，松散(软塑)，以黏性土为主，含少量碎砾石及蛎壳等杂物，表层含少量植物根系。本层新近堆填，未经压实，结构松散。

(2)海积层(Qm)

②淤泥：灰色、深灰色，呈流塑～软塑状态，饱和，有腥臭味，含有腐殖质及少量贝壳，局部为淤泥质粉质黏土，干强度、韧性中等，有光泽，无摇振反应，有机质含量为1.79～2.69%，属中等灵敏～高灵敏度土，呈高压缩性。

③黏土：黄褐色、灰褐色，可塑～硬塑，局部相变为粉质黏土，干强度、韧性高，无摇振反应，光泽反应，呈中等压缩性。

④淤泥质黏土：深灰色，局部灰黑色、灰绿色，饱和，呈软塑，局部流塑、可塑，局部为淤泥质粉质黏土，相变频繁，有腥臭味，干强度、韧性中等，有光泽，无摇振反应，呈高压缩性，局部层顶含有薄层贝壳，其中25#孔含厚1.5m的孤石，岩性为中风化花岗岩，岩芯呈短柱状。

场地地层层顶埋深、层顶标高详见表1。

表1 场地地层层顶埋深、层顶标高统计表 m

层号层厚层顶标高层顶埋深最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值①7.200.602.832.87-1.582.223.900.000.07①13.900.31.352.98-0.031.280.000.000.00②37.613.924.11.83-4.84-0.587.200.001.29③24.00.508.43-15.49-36.47-23.5736.414.624.27④12.40.803.92-20.47-48.48-33.1246.823.233.72

1.3 地基处理所选参数

表2为高压旋喷地基处理设计所选地层参数数据。

表2 高压旋喷地基处理设计所选地层参数

地层编号土层名称侧摩阻力特征值qsi(kPa)地基承载力特征值fak(kPa)②淤泥645③黏土22180④淤泥质黏土1075

2 地基处理设计方案

2.1 地基处理设计方案的选择

根据本场地的工程地质条件，综合考虑经济、安全等因素，最终确定高压旋喷桩作为该场地地基处理的方法。

高压旋喷桩的主要设计参数如下：

(1)旋喷桩直径：800mm，布桩形式：正方形，桩间距2.2m×2.2m。

(2) 技术指标

①采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量30%。

②桩位误差≤50mm，钻孔垂直度偏差<1%。

③桩端进入第③层粘土层，由于地层极不平整，层位标高各勘察孔相差较大，按分区域设计桩长，保证进入第③层粘土层。

④喷浆过程中因故停浆，重新喷射时桩体搭接长度≥30cm。

⑤喷浆结束，对注浆孔进行二次回灌，防止旋喷桩体因水泥浆固结出顶部凹陷，达不到设计桩顶标高。

2.2 复合地基处理的设计计算

(1)高压旋喷桩承载力计算[4-5]

根据建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)，单桩竖向承载力特征值可按以下二式估算，取其中的较小值。

Ra=ηfcuAp

fcu—室内同配比试块28d抗压强度平均值 (kPa)；

η—桩身强度折减系数,n—桩长范围内划分的土层数；

li—桩周第i层土的厚度；

qsi—桩周第i层土的侧阻力特征值(kPa)；

qp—桩端地基土的承载力特征值；

Ra—单桩竖向承载力特征值(kN)；

Ap—桩的截面积(m2)。

根据上述公式计算出Ra后代入以下公式计算面积置换率m：

fspk=m×Ra/Ap+β(1-m)×fsk

fspk—复合地基承载力特征值，取100kPa；

m—面积置换率，β—桩间土承载力折减系数；

fsk—处理后桩间土承载力特征值(kPa)。

由于地层变化较大，选取螺旋焊管厂区域内的9个勘察孔地层资料进行计算，计算结果如下：施工桩长是设计桩长加上填土层厚度与进入③层土厚度，计算的单桩承载力如表3所示。

表3 高压旋喷桩承载力计算汇总表

孔号计算桩长(m)施工桩长(m)桩径(m)①填土厚度(m)②层土厚度(m)③层土厚度桩进入③、④层深度地层的单桩承载力Ra(kN)桩身强度的单桩承载力Ra(kN)6728.26330.84.7426.84.41.46575.04107620.93240.83.0720.410.60.53427.24108024.17280.83.832371.17501.74108425.3300.84.723.84.51.5532.041010825.57290.83.4325.34.80.27486.741011320.04240.83.9619.212.20.84426.241011724.73280.83.2723.84.70.93500.541012226.24290.82.7623.85.72.44584.041013019.32230.83.6817.88.91.52442.7410

(2)复合地基沉降计算

根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2012)、建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)计算地基处理前的沉降值S、复合地基加固区的沉降S1、地基处理后桩端以下土层的沉降S2。

建筑地基处理技术规范计算公式如下：

ζ—经验系数

建筑地基基础设计规范计算公式如下：

ψs—沉降计算经验系数

根据地基处理手册[6]，加固区土层压缩量S1可采用复合模量法按以下公式计算：

加固区土层复合模量的计算方法有以下两种方法，不同的计算方法得到的加固区土层压缩量S1不同。

Ecs=m×Eps+(1-m)×Ess(计算方法称为方法1)

ΔPi—第i层复合土上附加应力增量；

Hi—第i层复合土的厚度；

Ecs—复合土压缩模量；

Ess—桩间土压缩模量；

Eps—桩体压缩模量；

m—面积置换率。

地基处理后各复合土层的压缩模量也可按以下公式计算：

Ecs=ζ×Ess (计算方法称为方法2)

ζ=fspk/fak

fspk—复合地基承载力特征值，取100kPa；

fak—桩间土承载力特征值(kPa)。

(3)高压旋喷桩承载力计算

螺旋焊管厂房的地面附加荷载取50kN，计算的沉降如下：

处理区域复合地基承载力fspk=100kPa；设计桩径：0.8m，设计桩间距：2.2m×2.2m；布桩方式：正方形布桩；42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量30%，高压旋喷桩承载力特征值Ra=410kN。

加固区土层复合模量按Ecs=m×Eps+(1-m)×Ess公式计算时(方法1)，处理后的工后沉降如表4所示。

表4 方法1工后沉降

基础长(m)基础宽(m)2010处理前处理后勘探孔号附加荷载(kN)复合地基承载力fspk地基处理沉降计算S(m)地基设计沉降计算S(m)加固区沉降S1加固区域以下沉降S2工后总沉降S(m)67501000.4450.4110.0780.0080.08676501000.5230.4820.0620.0200.08380501000.4890.4500.0690.0160.08584501000.4410.4070.0720.0110.084108501000.5230.4810.0730.0140.087113501000.4660.4300.0610.0230.085117501000.5260.4830.0700.0150.085122501000.5540.5100.0690.0110.080130501000.4690.4330.0580.0220.080

从表4可知，若加固区域土层复合模量按上述公式计算，处理前按地基处理方法计算沉降在0.441m～0.554m之间，按地基设计方法计算沉降在0.407m～0.510m之间，两种计算方法所得结果差异较小。

经高压旋喷地基处理后，加固处理区域沉降0.058m～0.073m，加固区域以下的沉降在0.011m～0.023m，总的工后沉降较小在0.080m～0.087m之间。

加固区土层复合模量按Ecs=fspk/fak×Ess

公式计算时(方法2)，处理后的工后沉降如表5所示。

表5 方法2工后沉降

基础长(m)基础宽(m)2010处理前处理后勘探孔号附加荷载(kN)复合地基承载力fspk地基处理沉降计算S(m)地基设计沉降计算S(m)加固区沉降S1加固区域以下沉降S2工后总沉降S(m)67501000.4450.4110.2820.0080.29076501000.5230.4820.2410.0200.26280501000.4890.4500.2590.0160.27584501000.4410.4070.2590.0110.270108501000.5230.4810.2760.0140.290113501000.4660.4300.2320.0230.255117501000.5260.4130.2650.0150.281122501000.5540.5100.2660.0110.278130501000.4690.4330.2230.0220.245

处理前按地基处理方法计算沉降在0.441m～0.554m之间，按地基设计方法计算沉降在0.407m～0.510m之间，两种计算方法所得结果差异较小。

经高压旋喷桩地基处理后，加固处理区域沉降0.223m～0.282m，加固区域以下的沉降在0.011m～0.023m，总的工后沉降在0.245m～0.290m之间。

3 结语

(1) 该工程经地基处理后，复合地基承载力fspk=100kPa,工后沉降<30cm。

(2)按照两种不同的计算方法，两种计算方法所得结果差异较小。

(3)施工完成后，福建省建筑工程质量检测中心有限公司对高压旋喷桩做了12 组多桩复合地基静载荷试验， 检测结果表明， 最大荷载1 000kN 作用下， 沉降量为7.91mm，地基承载力特征值均大于100kPa。

(4)水泥土强度检验通过钻芯取水泥土， 室内28d水泥土抗压强度试验，水泥土抗压强度值为1．95MPa～2.16MPa，平均值2.02Mpa，高于设计要求的1.60MPa。

从各种检验结果可知，此次地基处理完全能够满足场地的堆料使用要求，表明高压旋喷桩对沿海软土地区地基处理是可靠有效的，对其他类似工程具有借鉴意义，值得在实际工程中推广应用。

参 考 文 献：

[1] 韩志超.高压旋喷桩施工技术[J].交通世界(建养·机械),2009(13): 107-108.

[2] 余卫京．高压旋喷注浆法在厂房地基加固工程中的应用[J].焦作工学院学报(自然科学版)，2000(5).

[3] 王艳荣.旋喷桩软基加固处理施工技术[J]．交通标准化，2007(6).

[4] 李小杰.高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析[J].岩土力学,2004,25(9):1499-1502.

[5] 耿殿魁.旋喷桩复合地基技术在加固软土路基中的应用[J].铁道勘察,2009(3):43-46.

[6] 龚晓南.地基处理手册(第二版)[M]．北京：中国建筑出版社，2002.

Application of high-pressure jet grouting pile in deep foundation treatment

SU Zhaojian

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

Abstract：Based on an actual project, according to the region's layer conditions, according to deep silt layer in the region, high-pressure grouting pile is used for proposed basement foundation treatment, h the high pressure cement slurry is sprayed into the soil body at a high speed through a spray nozzle to cut the soil body, the soil and the cement slurry are fully stirred to form the cement soil and the solid, it has obvious economy and superiority .The results show that the high-pressure jet grouting pile is reliable and effective for the treatment of soft soil foundation in coastal areas.

Keywords：Silt; High-pressure grouting pile; Foundation treatment

作者简介：苏昭剑(1986.5- )，男，工程师。

E-mail:[e-mail]

收稿日期：2017-02-21

中图分类号：TU47

文献标识码：A

文章编号：1004-6135(2017)05-0075-04