旋噴樁在處理涵洞軟弱地基中的應(yīng)用

喬居龍

1 工程概況

平定—昔陽杜莊二級公路改建工程K985+941 1—4 m接長17 m的石拱涵,地處昔陽縣東溝村原舊涵以東,舊涵處于水庫淹沒線范圍內(nèi),接長涵洞原設(shè)計(jì)為大開挖基坑,采用圍堰截水措施后,開挖探坑2處到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,底部為松軟淤泥,含水量偏大,淤泥深度大于8 m且機(jī)械無法?？?大開挖施工對安全和環(huán)保、投資影響較大,無法保證工期,經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)監(jiān)理和施工單位現(xiàn)場研究決定,對該涵采用深層旋噴樁處理。設(shè)計(jì)平均有效樁長以樁端進(jìn)入到硬土層為準(zhǔn),樁徑0.7 m,正方形布樁間距1.2 m,完成后樁基承載力特征值大于260 kPa。

2 地質(zhì)鉆探分析及承載力計(jì)算

2.1 鉆孔布置

在接長涵洞兩條形基礎(chǔ)上,共布設(shè)鉆探孔6個,分別如下：

南側(cè)條形基礎(chǔ)3點(diǎn),深度10.8 m,9.8 m,8.9 m,平均9.8 m。

北側(cè)條形基礎(chǔ)3點(diǎn),深度9.4 m,10.1 m,9.5 m,平均9.7 m。

鉆機(jī)鉆探到平均深度9.8 m時,鉆頭不再下移,到達(dá)持力層。

2.2 單樁承載力

2.2.1 根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度計(jì)算

其中,Ra為單樁承載力特征值;η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù),取0.33;fcu為與旋噴樁樁身水泥土配比相同的試塊的28 d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值,kPa;Ap為樁的截面積,0.384 6 m2。

根據(jù)對所取試塊的強(qiáng)度試驗(yàn)和修正計(jì)算,建議抗壓強(qiáng)度平均值取5 000 kPa。

單樁承載力特征值：Ra=5 000×0.33×0.384 6=634.59 kN。

2.2.2 根據(jù)摩擦樁計(jì)算

式中：qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值,kPa;

up——樁的周長,m;

li——樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度,取施工完成后平均樁長8.5 m;

qp——樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值,kPa;

Ap——樁的截面積,0.384 6 m2。

根據(jù)JGJ 79-2002建筑地基技術(shù)處理規(guī)范和GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范,樁間土為填土和砂性土,qs在0 m～10.5 m內(nèi)取15 kPa,樁徑取700 mm作為計(jì)算值;樁端地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值依據(jù)設(shè)計(jì)取350 kPa。則樁的承載力特征值為：

根據(jù)規(guī)范,計(jì)算復(fù)合地基承載力時,可取兩種計(jì)算結(jié)果較小值進(jìn)行計(jì)算,單樁承載力特征值取418 kN。

2.3 樁間土承載力

根據(jù)設(shè)計(jì)資料,樁間土承載力特征值 fsk=100 kPa。

2.4 復(fù)合地基承載力

根據(jù)JGJ 79-2003建設(shè)地基技術(shù)處理規(guī)范,采用如下公式：

式中：fsp,k——復(fù)合地基承載力特征值;

m——面積轉(zhuǎn)換率,m=Ap/Ae=0.267;

Ap——樁的截面積,0.384 6 m2;

Ae——復(fù)合單元控制面積,1.44 m2,本場地正方形布樁,間距1.2 m;

fsp,k——樁間土承載力特征值;

β——樁間土承載力折減系數(shù),取0.3;

Ra——單樁豎向承載力特征值。

由此可得：

復(fù)合地基承載力特征值為312 kPa。

要求涵洞處理后的承載力特征值大于260 kPa。

3 對施工的技術(shù)要求

1)設(shè)計(jì)要求采用普通32.5號水泥,用量300 kg/m。

2)樁位偏差不大于50 mm,樁身垂直度不大于1.5%。

3)其他要求均按國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。

4 檢驗(yàn)

施工結(jié)束后,按國家有關(guān)規(guī)定比例對樁基質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

5 深層旋噴樁的工藝原理及特點(diǎn)

1)鉆孔機(jī)采用改制鉆頭,將鉆桿鉆至要求土層深度后,用高壓泵將配制好的水泥漿液通過鉆桿內(nèi)孔道壓到噴嘴,隨同鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片向四周土體噴射,同時鉆桿用一定的速度提升,鉆頭隨同葉片將周圍土體自下而上打碎,并向土體內(nèi)噴射水泥漿,攪拌完成的水泥土體固化,達(dá)到加固地基,提高承載力的目的。

2)在軟土地基中,采用旋噴攪拌樁,對地基及周圍建筑物擾動小、噪聲低、作業(yè)安全可靠,地表下沉得到控制,以較小的投入即可達(dá)到理想的加固效果。適用于公路工程處理淤泥、飽和黏土、粉土、亞黏土等地基加固。

6 施工設(shè)備

該鉆機(jī)主要由液壓步履式底架、15 m高井架、減速機(jī)構(gòu)及鉆機(jī)傳動系統(tǒng),及其配套的漿液攪拌機(jī)和電氣系統(tǒng)組成。

7 旋噴樁的施工

1)鉆機(jī)就位將鉆機(jī)移到布設(shè)好的樁點(diǎn),鉆頭垂直對準(zhǔn)樁位,啟動電機(jī),使鉆頭沿導(dǎo)抽架邊攪拌土體邊下沉,直至鉆頭不再下沉為止,開始將配制好的水泥漿液向鉆頭輸送。2)提升噴漿：開動壓漿泵將水泥漿壓入土基中,同時將鉆機(jī)按規(guī)定速度均勻提升,使水泥漿和土體充分拌和,直至到地面以下0.5 m。3)為了使攪拌樁更加均勻密實(shí),再次將鉆桿邊攪拌邊下沉,復(fù)攪到樁長1/3處,但不少于5 m。4)從復(fù)噴深度均勻提升鉆桿至地面,樁柱完成。

8 質(zhì)量控制

1)樁徑、樁長檢測是控制質(zhì)量、數(shù)量最有效的手段,測量好每根樁徑、樁長至關(guān)重要,為工程計(jì)量、質(zhì)量提供原始的數(shù)據(jù)。有效樁長偏差小于±10 cm,樁徑70 cm～78 cm范圍內(nèi)。2)現(xiàn)場通過每完成一根樁所用水泥用量和原設(shè)計(jì)進(jìn)行比較,控制好水灰比。3)室內(nèi)水灰比試驗(yàn)。現(xiàn)場采取要加固土樣及施工用的水泥到試驗(yàn)室進(jìn)行物理指標(biāo)試驗(yàn)。試驗(yàn)合格后的水泥和土樣制作試件,并進(jìn)行養(yǎng)護(hù),達(dá)到規(guī)定的28 d齡期后,作無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),選定最優(yōu)水灰比。4)對完成7 d后的樁基,切取樁頭后用鉆孔取樣機(jī)取樣,制作無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件,與原設(shè)計(jì)圖要求3.5 MPa及試驗(yàn)室提供的水灰比試樣進(jìn)行驗(yàn)證,平均達(dá)到6.45 MPa,大于設(shè)計(jì)要求。5)對完成的168根樁基抽取40根進(jìn)行低應(yīng)變檢測,結(jié)果一類樁32根,二類樁8根,合格率100%。6)建筑場地檢測深度范圍內(nèi)平均復(fù)合地基承載力特征值312 kPa,大于原設(shè)計(jì)260 kPa。

9 質(zhì)量控制措施

1)開工前組織施工監(jiān)理人員進(jìn)行技術(shù)交底,施工中,每天要召開專題會,由監(jiān)理人員對一天中所完成工程量、水泥用量和存在問題進(jìn)行通報(bào)。2)對受潮水泥及時清除出場,缺斤短兩的水泥及時補(bǔ)上。3)嚴(yán)格控制鉆機(jī)的提升速度。通過旋噴樁對該涵不良地基進(jìn)行處理,使涵底基礎(chǔ)穩(wěn)定,該涵竣工后進(jìn)行沉降觀察,沒有發(fā)現(xiàn)沉降現(xiàn)象,取得良好的效果。

[1] 馬小鋒.淺談軟土地基處理方法[J].山西建筑,2008,34(1)：121-122.