高壓旋噴樁在長山河海寧片區(qū)水系綜合整治項目地基加固中的應用

李小沖，劉露庭

（浙江水專工程建設監(jiān)理有限公司，浙江 杭州 310051）

1 引言

城鎮(zhèn)水系整治工程逐漸受到重視，全國各地區(qū)正在抓緊時間整治城市水系，改善當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境[1～2]。在水系整治過程中，往往需要修建大量的水工建筑物，如水閘、大壩、堤岸等。河床沉積物顆粒較細，強度較低，天天地基承載力往往難以滿足要求。針對這種現(xiàn)象，就需要采取相關的地基處理措施，提高地基承載力，滿足建筑物變形要求。在工程建設過程中，常用的地基加固方法包括：真空預壓法[3～4]、換填法[5～6]、強夯法[7～8]、樁基礎加固[9～10]等。不同的方法其加固原理也不盡相同，真空預壓法、強夯法等是采用相應的方法對原地基土進行壓實，排出土體中的水、空氣等，從而提高地基承載力。換填法是采用高強度的材料替換原有強度較低的土體，從而改善地基的承載力條件。樁基礎加固是采用混凝土等材料，換填部分土體，依靠樁側摩擦力或者樁端端承力保證上部建筑物的穩(wěn)定性。

2 工程概況

長山河屬于太湖流域，是杭嘉湖南排工程的重要組成部分，自1978 年建成以來，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟和社會效益，保護了流域范圍內(nèi)無數(shù)群眾的安全，帶動了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。由于建成時期較早，長山河整治工程勢在必行。此次治理段為海寧片區(qū)，擬建水閘一座。

水閘建基面坐落在III 淤泥質粉質黏土，且該土層含水量較高，壓縮變形大，地基承載力較低，土的重度為18 kN/m3。

3 施工參數(shù)確定

長山河海寧片區(qū)水系綜合整治工程高壓旋噴樁施工工程量較大，施工參數(shù)選取不合理會造成嚴重的經(jīng)濟損失，同時也會對工程進度造成不利的影響。因此，在大規(guī)模施工前通過試樁的方式確定高壓旋噴樁的施工參數(shù)尤為重要，是保證工程建設進度和質量不可缺少的內(nèi)容。高壓旋噴樁的主要施工流程見圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工流程

試樁采用單管旋噴注漿法進行施工，為確定施工參數(shù)選取3 根旋噴樁進行試樁施工，旋噴樁直徑為0.6 m，長為8.0 m，采用梅花型布置，當水泥摻量為25%，則加固每立方米土體需要水泥量為450 kg。旋噴樁（含樁頭）總長為8.5 m，因此，旋噴樁每米的水泥用量為π×0.322×1×450=127.17 kg，單樁水泥用量為1.08 t。試樁參數(shù)見表1。

表1 試樁參數(shù)

采用表1 參數(shù)，各樁施工效果如下：

1# 樁成孔時間約10 min，噴射時間約57 min，其中樁機操作時間約9 min。施工時灌漿壓力為25 MPa。漿液流速為30 L/min。單根樁施工時間：1430/30=48 min。樁長8.5 m，提升速度：850/48=17.7 cm/min。

2# 樁成孔時間約10 min，噴射時間約51 min，其中樁機操作時間約6 min。施工時灌漿壓力為27 MPa。漿液流速為32 L/min。單根樁施工時間：1430/28=44.7 min。樁長8.5 m，提升速度：850/44.7=19.02 cm/min。

3#樁成孔時間約10 min，噴射時間約46 min，其中樁機操作時間約6 min。施工時灌漿壓力為30 MPa。漿液流速為36 L/min。單根樁施工時間：1430/35=39.7 min。樁長8.5 m，提升速度：850/39.7=21.4 cm/min。

4 施工效果分析

完成試樁試驗后，通過現(xiàn)場檢驗的方法對旋噴樁加固效果進行分析。旋噴樁施工質量檢測內(nèi)容主要包括：樁身完整程度、承載力、噴射距離、無側限抗壓強度以及滲透系數(shù)等。檢測犯法包括：開挖檢測、靜載試驗、鉆探取芯和動力觸探等。

4.1 開挖檢測

在試樁施工完成后1 個月后，開挖一定深度檢驗旋噴樁的成樁效果，經(jīng)檢查，3 根試驗樁成樁效果較好，樁身垂直，同時，水泥漿液在地面以下均勻分布。有效樁徑在61.6 cm～71.4 cm之間，滿足設計要求的60 cm。

4.2 單樁載荷試驗結果分析

采用靜載試驗獲取單樁承載力情況。荷載板采用圓形，直徑為60.0 cm，與旋噴樁設計直徑一致。采用分級加載，在沉降變化穩(wěn)定后再進行下級荷載的施加。本次旋噴樁靜載沉降標準為沉降速率不大于0.1 mm/h。3 根試樁的靜載試驗曲線見圖2。

圖2 靜載試驗曲線

從圖2 中可知，3 根試樁的靜載試驗曲線未出現(xiàn)突變點，這表明靜載試驗完成后均未破壞。根據(jù)靜載試驗結果有兩種方法可以獲取承載力特征值。

其中，采用沉降量法確定旋噴樁的單樁承載力特征值計算公式如下：

式中：s 為沉降量；b 為荷載板直徑。s 對應的荷載值為承載力特征值。

同時，還有一些學者建議采用下式計算單樁承載力特征值：

式中：a、b 為擬合參數(shù)；f 為承載力。

由式（2）可知，單樁承載力特征值為時間t→∞時的承載力。

兩種方法承載力特征值計算結果見表2。

表2 承載力特征值 單位：kN

從表2 可知兩種方法計算結果，3 根試樁的承載力特征值均大于450 kN，滿足設計要求。

4.3 取芯檢驗結果分析

在試樁施工完成一個月后，使用鉆機在灌注樁中心取芯，通過巖心完整程度以及巖心力學試驗分析試樁的施工效果。3根試樁的巖心均為長柱狀，RQD 值為80%～90%，僅局部巖心呈短柱狀，旋噴樁的外觀完整程度較高，連續(xù)性較好，通過取芯，未發(fā)現(xiàn)明顯的斷樁現(xiàn)象。樁心樣品室內(nèi)力學試驗結果見表3。

表3 力學實驗結果

表3 中，抗壓強度值（無側限）大于設計要求的1.5 MPa，滲透系數(shù)也小于1×10-7cm/s。室內(nèi)力學實驗結果表明，適用旋噴樁加固后，地基承載力可以滿足設計要求，施工質量為優(yōu)良。

5 結論

（1）根據(jù)試樁結果，旋噴樁施工參數(shù)如下：采用灌漿壓力為25 MPa～30 MPa，灌注材料水灰比為1.0，旋噴提升速率在15.0 cm/min～20.0 cm/min 之間，每米旋噴樁水泥用量為127.17 kg。

（2）試樁施工完成后，采用開挖、靜載和取芯方法對施工質量進行檢測，旋噴樁外觀完整，連續(xù)性好，樁體有效直徑在61.6 cm～71.4 cm 之間，大于設計直徑60.0 cm。單樁承載力和樁心力學試驗結果均可滿足要求，試樁施工質量較高。