高壓旋噴樁在浙江舟山沿海某軟土地基處理中施工參數(shù)的確定

摘要：本文根據(jù)浙江舟山淺海區(qū)工程地質、水文地質條件，結合工程實例，綜合考慮地基類型和性質、地下水條件、上部結構形式、荷載情況、場地環(huán)境、施工設備性能等因素，通過全面細致的施工前期試驗工作，對高壓旋噴樁強度增加過程，影響強度的主要因素做了詳細的檢測和分析，確定了高壓旋噴樁較經(jīng)濟合理的施工參數(shù)，對浙江沿海地區(qū)相類似的地基處理有較好的借鑒作用。

關鍵詞：高壓旋噴樁；工程地質條件；試樁；合理；施工參數(shù)

Abstract：In this paper，according to the Shallow water engineering geological and hydrogeological conditions，Combined with practical engineering，Considering the foundation types and properties、underwater conditions、substructure types、Load magnitude、site environment、performance of engineering facilities and so on so forth.Through comprehensive and detailed test work in the early construction stage.Have done the detailed analysis for the strength increase process of high-pressure jet grouting piles and fundamental factors which could affect the pile strength，which could be a good reference for the Similar foundation treatment for coastal zones in Zhejiang.

Key word：High-pressure jet grouting piles，engineering geological conditions，pile test，reasonable，construction parameters

一 工程概況

浙江省舟山市地處浙江省東北、上海市東南、杭州灣外緣的東海海域中，擬建工程位于浙江省舟山市岱山縣長涂港南岸，界于東經(jīng)122°15'，北緯30°14'，處于舟山漁場中心，我國南北海運中點，江海聯(lián)運的樞紐。

原漁港護岸總長約1000米，于2007年年中開始施工，全線護岸在施工至頂標高2.4m（85高程）時（設計頂標高3.20米），東側585.72米于2008年8月1日（農(nóng)歷七月初一）發(fā)生滑坡，留下西側414.28米。擬建工程需對剩下的414.28米護岸進行加固.

該護岸所處場地地質環(huán)境較復雜，在勘察深度50m范圍內有6個土層，見地層剖面圖，其中，上部淤泥質粉質粘土，是本場地地基的中最軟弱的土層，埋藏淺，厚度大（約20m），是本場地地基的主要受壓層。這層飽和軟粘土的存在，構成了本場地最不利的工程地質條件。上部各主要土層的物理力學指標見表：

由于本場地淤泥質粉質粘土層物理力學性質極差，原護岸施工階段未對該土層進行加固處理，本工程在要求在不破壞現(xiàn)存護岸的基礎上對場地上部的軟弱土層進行加固處理。以便完成上部尚未完成的工程。

二 地基處理方案的比選

根據(jù)目前掌握的資料適合本場地軟弱地基土加固的方法主要有：

（1）采用砂井和塑料排水板法：然而現(xiàn)有護岸的灌砌墻體為不透水體，拋石與基礎下部粘性土結合處，由于擠土作用和多年沉降，拋石間孔隙已經(jīng)被粘性土充填，灌砌墻體前灘涂較原泥面線標高上升了約1.3～1.5m，因此灌砌墻前后土體水力聯(lián)系較弱。拋石棱體也可視為不透水體，難以和豎向排水體共同形成有效的連通的排水通道，孔隙水消散緩慢，很難達到排水固結的目的。砂井和塑料排水板進行軟基處理不可行。

（2）水泥土攪拌樁復合地基：由于已建護岸臨海面有拋石護腳、灌砌墻體，后方陸域上部有2～3米的塊石回填，這些上部結構對水泥土攪拌樁施工有較大的影響，如果采用開挖引孔的辦法把攪拌頭送至軟弱土層，由于水泥土攪拌樁需要較高的置換率才能滿足上部荷載要求，開挖引孔需要對上部結構大開大挖，重復工程量大，因此水泥土攪拌樁不可行。

（3）高壓旋噴樁法：該方法采用鉆孔成孔（直徑約95mm），使噴射頭直達預定的深度，以高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，由于樁頭較小所以引孔對上部結構破壞較小，在軟土地基中可以形成較大的樁徑（800～2000mm），樁身強度較高，與樁間土共同作用。形成物理力學性質較好的復合基礎。

圖1工程地質剖面圖

對這3種方案按照復合場地實情，技術達標，造價經(jīng)濟，施工可行的要求，進行了對比，終因高壓旋噴樁可充分利用原土自然性能，形成復合地基，樁長可隨軟土的深度而變化，引孔對上部結構破壞較小，認為選用高壓旋噴樁對軟弱地基進行加固處理較為合理經(jīng)濟可行。

三 試驗研究工作

針對護岸軟基加固處理，為確保樁身質量滿足設計要求，正式施工前，先進行試樁工作，包括：水泥摻入量、外摻劑種類、水灰比，高壓泵壓力值、噴嘴直徑，為了準確計算出每根樁的水泥用量，采用現(xiàn)場開挖測量樁徑，以便準確控制水泥用量。

注：水泥摻入比aw是指水泥重量與被加固的軟土重量之比。

3.1兩次試樁樁身質量檢測成果

（1）第一次試樁成果：根據(jù)有關資料初步選定，高壓旋噴樁水泥摻入量控制在25%左右，施工單位誤用了P.C32.5水泥標號，水灰比為1：1，旋噴樁高壓泵的壓力控制在20Mpa，外加硅酸堿（水玻璃）硅酸鈉、硅酸鉀類速凝劑。本次共檢測6枚樁，受檢樁有關參數(shù)見下表：

3.2兩次試樁檢測成果對比分析

（1）兩次試樁共計12枚受檢樁，水泥漿與軟土攪拌混合28天后，根據(jù)現(xiàn)場鉆孔取樣表面觀察，芯樣多呈短柱狀，連續(xù)性、膠結性較差，樁身完整性較差，樁身均勻性一般，取芯率較低。樁長基本滿足設計要求。

（2）將水泥土芯樣斷面切開觀察，可見軟弱土中包含較硬的水泥土小顆粒，直徑0.5mm～5mm不等，手捏可碎，含量20～40%不等，說明水泥漿液和軟弱土混合欠均勻，部分層段顯示雖然水泥土攪拌較均勻，肉眼觀察含一定的水泥漿液，但強度較低，呈軟可塑狀態(tài)，說明水泥土的一系列物理化學反應在28齡期尚未完成。受檢高壓旋噴樁樁身水泥土無側限抗壓強度平均值均均未達到設計值。

（3）兩次試樁樁身質量均未達到設計要求，從試驗結果可以發(fā)現(xiàn)第二次試樁水泥標號從復合硅酸鹽水泥P.C32.5換成普通硅酸鹽水泥P.O42.5后，別的施工參數(shù)不變的情況下，水泥土的無側限抗壓強度平均值提高了35.9%，水泥土強度增長效果較顯著。

四 正式施工階段樁身質量檢測成果及對比分析

根據(jù)高壓旋噴樁兩次試樁樁身質量檢測成果，對高壓旋噴樁施工參數(shù)調整如下：高壓旋噴樁水泥摻入量控制在25%左右，水泥標號：P.O42.5，水灰比為0.8：1，旋噴樁高壓泵的壓力控制在20Mpa，外加劑為聚羧酸鹽高性能減水劑。

4.1正式施工階段樁身質量檢測成果

（1）根據(jù)調整后的施工參數(shù)，正式施工階段第一次鉆孔取芯共檢測6枚樁，受檢樁有關參數(shù)見下表：

其中E-44#號樁無側限抗壓強度未達到設計要求，經(jīng)詢問施工單位操作人員，估計是施工時噴漿頭堵塞或提升速度較快導致水泥土中水泥含量偏低所致，后已進行了補樁。

4.2正式施工階段檢測成果對比分析

（1）正式施工階段共計16枚受檢樁，水泥漿與軟土攪拌混合40天后，根據(jù)現(xiàn)場鉆孔取樣表觀觀察，芯樣多呈短柱狀，連續(xù)性、膠結性較好，樁身完整性較好，樁身均勻性一般，樁長滿足設計要求，大部分樁無側限抗壓強度未達到設計要求。

（2）將60天左右齡期水泥土芯樣斷面切開觀察，芯樣水泥土混合較均勻，切開芯樣斷面，極少發(fā)現(xiàn)較硬的水泥土小顆粒，除去個別由于施工階段操作不規(guī)范造成有缺陷的樁，無側限抗壓強度均達到設計要求0.6Mpa。

（3）從正式施工第一次檢測成果和試樁階段檢測成果數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，采用40天左右齡期較28天左右齡期各樁無側限抗壓強度平均值提高了87.9%。說明這階段水泥土強度在20～40這個時間段強度增長非?？臁?/p>

（4）從正式施工第一次和第二次檢測成果數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，采用60天左右齡期較40天左右齡期各樁無側限抗壓強度提高了39.2%。說明這階段水泥土強度在這一階段增長仍較快。

（5）從正式施工第二次和第三次檢測成果數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，采用90天左右齡期較60天左右齡期各樁無側限抗壓強度提高了10.9%。說明這階段水泥土強度在這一階段仍在增長，但增長速度明顯放緩。100天以后水泥土的強度增長非常緩慢，由于水泥土檢測數(shù)據(jù)受取樣、土質、試和施工條件等多種因素影響，本次施工階段較少統(tǒng)計樣本數(shù)量無法反應水泥土微弱的強度增長趨勢。

值得注意的是：3#樁，試樁階段27天齡期無側限抗壓強度為0.16Mpa，90天齡期無側限抗壓強度為1.61，增長了9倍，和平均值偏差較大。

（6）水泥土齡期與無側限抗壓強度的關系。（根據(jù)本次工程檢測成果）

圖2水泥土齡期與無側限抗壓強度的關系

五 高壓旋噴樁施工參數(shù)確定的分析和總結

該工程根據(jù)兩次試樁和正式施工階段三次鉆孔取芯檢測成果，對樁基施工參數(shù)進行了幾次調整，樁身質量較試樁階段有較大幅提高，滿足設計要求，總結主要有以下幾點經(jīng)驗：

（1）以28天齡期強度作為作為水泥土的標準強度是不合適的。通過試樁階段和正式施工階段水泥土無側限抗壓強度數(shù)據(jù)對比，28天齡期水泥土強度普遍低，均不能達到設計要求，60天齡期水泥土強度較28天齡期有很大幅度的提高，90天齡期水泥土強度較60天齡期仍有明顯增長，但增長速度明顯放緩，90天以后水泥土的強度增長速度非常緩慢。綜合考慮，采用60天齡期強度作為作為水泥土的標準強度較合適。

分析造成這種現(xiàn)象的原因，水泥土的物理化學反應過程與混凝土的硬化機理不同。混凝土的硬化主要是水泥在填充料（即比表面積不大、活性很弱的介質）中進行水解和水化作用，所以凝結速度較快。而在水泥加固土中，由于水泥的摻量很小（僅占被加固土重的20%～30%）。水泥水解和水化反應完全是在有一定活性的介質一土的圍繞下進行，土體的物理力學性質和物理化學性質對水泥土強度均有較大的影響。水泥土硬化速度緩慢且作用復雜，其強度增長的過程較混凝土強度增長緩慢。

（2）高壓旋噴樁正式施工階段水灰比由試樁階段的1：1調整為0.8：1，調整后的水灰比較試樁階段1立方米水泥土可減水的重量為1800kg/m3×0.25×（1.0-0.8）=90kg，軟弱土層的天然含水率為W天然=46%，調整水灰比后水泥土的含水率較試樁階段減少了90 kg÷（1800 kg/m3×0.25+1700 kg/ m3×0.75×0.54）=7.9%。（設水泥土體密度為1800 kg/m3，根據(jù)土工試驗報告，淤泥質粉質粘土密度為1700 kg/ m3，天然含水率為W天然=46%。固體顆粒的百分含量為54%）。

圖3 場地抗壓強度與含水率的關系

場地抗壓強度與含水率的關系。Aw=25%，T=28d。（由試驗室標準養(yǎng)護28d后提供）。

（3）正式施工階段旋噴樁高壓泵的壓力控制在20Mpa，采用現(xiàn)場開挖的方法確認正式施工階段實際樁徑，開挖的兩根旋噴樁直徑為830mm，實際樁徑與設計樁徑偏差為3.75%，水泥的用量是按樁經(jīng)800m摻入量25%配比計算的，正式施工重新計算水泥的實際摻入量約為0.25×（0.82÷0.832）=23.2%。與設計偏差為1.8%。

（4）從第兩次試樁成果判斷外加速凝劑對水泥土硬化的速度和強度的提高作用微乎其微，根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》第三版，水泥土的抗壓強度隨著土樣的含水量的增加而迅速降低的規(guī)律。該場地上部軟弱土層平均含水量46%，屬于含水量較高土層，正式施工外加劑采用新型的聚羧酸鹽高性能減水劑，該減水劑的作用原理主要通過分子的主鏈吸附在水泥顆粒表面，能夠有效的阻礙水化反應提高其保塑性，從而達到減少水泥土的含水量和提高水泥粒子的分散效果，從正式施工階段鉆孔取出的芯樣斷面觀察，水泥土混合較均勻?；疚窗l(fā)現(xiàn)或很少發(fā)現(xiàn)試樁階段普遍存在的水泥土中包含水泥硬化小顆粒的現(xiàn)象。

（5）正式施工后將水泥的品種由P.C32.5換成P.O42.5，根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ 79-2002 11.2條文說明，水泥標號直接影響水泥土的強度，水泥強度等級提高10級，水泥土強度fcu約增大20%～30%。從兩次試樁及正式施工的取芯成果看水泥標號從復合硅酸鹽水泥P.C32.5提高到普通硅酸鹽水泥P.O 42.5后，別的施工參數(shù)不變的情況下，水泥土的無側限抗壓強度平均值提高了35.9%，水泥土強度增長效果較顯著。

六 結束語

高壓旋噴樁的設計和施工，應因地制宜，綜合考慮地基類型和性質、地下水條件、上部結構形式、荷載大小，場地環(huán)境、施工設備性能等因素，做到技術先進，經(jīng)濟合理，確保工程質量。

該工程在正式施工之前，做了較細致的試驗工作，考慮到水泥土在實驗室的標準養(yǎng)護條件和實際施工的地質環(huán)境相差較大，決定選擇在對整個工程有代表性地段打試樁，通過鉆孔芯樣檢測無側限抗壓強度，采用現(xiàn)場開挖的方法確認實際樁徑，目的是在滿足設計要求的情況下通過試驗確定最經(jīng)濟合理的施工參數(shù)，避免樁機全面施工進場后由于施工參數(shù)不合理，從而造成延誤工期和工程質量不合格的現(xiàn)象。

參考文獻：

【1】《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ79-2002 中華人民共和國行業(yè)標準

【2】龔曉南 《地基處理技術手冊》（2008.06 第三版）中國建筑工業(yè)出版社

【3】高大釗 《巖土工程勘察與設計》（2010 第一版）人民交通出版社

【4】陳躍慶 《地基與基礎施工技術》（2003 第一版）機械工業(yè)出版社

【5】王吉剛 閻長虹等 《淤泥質土改性試驗研究》水文地質工程地質 2007.02

作者簡介：

第一作者通訊地址：舟山市臨城新區(qū)交通大樓3樓 舟山市交通規(guī)劃設計院

第一作者簡介 虞青（1972-），女，注冊巖土工程師，從事巖土工程勘察設計