提高深厚淤泥土質(zhì)高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力的研究

劉天祥

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700)

1 概況

北二路道路建設(shè)改造及東營河水環(huán)境綜合治理工程位于山東省東營市中心城北部，項目西起西六路，東至東八路，南至北二路，北至六干渠，規(guī)劃面積約44.90km2。其中，北二路道路建設(shè)改造工程主要對主路實施拓寬改造28.60km，配套完善公交車道、人行道和路燈的市政設(shè)施；東營河水環(huán)境綜合治理工程主要對片區(qū)東營河西延、河道拓寬、截污導(dǎo)污、濕地建設(shè)實施水環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)，實現(xiàn)三河貫通、自然生態(tài)、特色濕地，穩(wěn)定達到地表Ⅴ類水質(zhì)的治理目標。

工程項目處于城市建成區(qū)，施工項目多，分布區(qū)域范圍廣，點多、線長，各子項施工牽涉征地拆遷、土方開挖與回填、河道清淤、混凝土建構(gòu)筑物施工、道路與橋梁施工、服務(wù)設(shè)施施工等。項目的工作量大，工期短及強度高，如何在保證的工期下完成高質(zhì)量的施工目標是本次施工的重點。其中，在施工過程中經(jīng)常會對地基進行加[1]，高壓旋噴灌漿法由于設(shè)備簡單、機動性強成為工程上常用的一種方法[2- 5]。但是，高壓旋噴注漿法施工受地質(zhì)條件因素影響大，不同土層的旋噴水泥漿螺旋成樁效果不一致，樁身的強度、完整性、樁徑的大小隨地質(zhì)環(huán)境的變化而變化[6- 8]。特別是要保證在3m以下高含水率的深厚淤泥土質(zhì)下的樁體芯樣無側(cè)限抗壓強度達到2.5MPa，且復(fù)合地基承載力特征值達到120kPa(S≤14mm)，這無疑成為本工程的重難點。因此，本文圍繞本工程中提高深厚淤泥土質(zhì)高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力的目標展開研究。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

通過前期對現(xiàn)場進行地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)存在以下問題：

現(xiàn)狀1：本項目基礎(chǔ)施工難度大，現(xiàn)狀地形起伏，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工前現(xiàn)場為淤泥棄土場，場坪標高以下淤泥厚度在3～8米，且淤泥含水量極大，呈流塑狀分布，且砂層厚，加大了淤泥層成樁的難度。

現(xiàn)狀2：由于本項目位于淺海水陸交互相片區(qū)，屬于臨近海的淤泥土質(zhì)區(qū)域，該區(qū)域地下水埋深較淺，水源豐富，從而對旋噴樁成樁質(zhì)量造成影響。

為了檢查本工程高壓旋噴樁的合格率，通過對首批82根旋噴樁進行試驗段施工，水泥摻入量分別為120kg/m(35根)、150kg/m(47根)。施工完成后，檢測單位、項目部質(zhì)檢員與監(jiān)理工程師一起對已完成試驗段情況進行質(zhì)量檢查，檢查情況和旋噴樁芯樣分別見表1和如圖1所示。

表1 82根水泥摻入量分別為120kg/m和150kg/m旋噴樁試驗質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計表

圖1 高壓旋噴樁芯樣

從圖表中可以看出，28d試樁芯樣(水泥摻量120kg/m)抗壓強度無法滿足設(shè)計要求(合格率0%)，因此沒有繼續(xù)進行壓板載荷試驗。只有小部分28d試樁芯樣(水泥摻量150kg/m)抗壓強度達到要求，但抗壓強度合格率(10%)和復(fù)合地基承載力特征值沒達到要求，所以必須再次進行試驗。因此，經(jīng)過初步試驗調(diào)查，深厚淤泥土質(zhì)高壓旋噴樁質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為強度(抗壓強度、復(fù)合地基承載力)和樁徑2個方面。為了確保深厚淤泥土質(zhì)高壓旋噴樁成樁質(zhì)量，需要解決這2個主要問題。

3 原因分析

3.1 原因關(guān)聯(lián)分析

針對以上兩個影響成樁質(zhì)量的因素(強度和樁徑)，運用原因關(guān)聯(lián)分析法，對施工過程中可能影響這兩個因素質(zhì)量的原因進行探究，如圖2所示繪制了影響成樁強度和樁徑的末端因素關(guān)聯(lián)圖。

圖2 影響強度和樁徑的末端因素關(guān)聯(lián)圖

在得出上述可能影響成樁質(zhì)量的末端因素后，有必要實地對這些因素進行調(diào)查分析，以便最終確認實際影響成樁質(zhì)量的要因。

3.2 要因確認

根據(jù)上述列出的原因，通過查閱資料、調(diào)查分析和現(xiàn)場驗證，從實際查驗出發(fā)逐一進行要因確認，確認情況見表2。經(jīng)過分析，最終確定影響高壓旋噴樁成樁質(zhì)量的5個要因：注漿壓力不足、鉆桿提升速度過快、深厚淤泥土質(zhì)[9]、水泥摻入量過小和潮汐動水位影響。針對這些要因，需要一一分別制定對策來減小或排除它們的影響。

4 對策實施及效果

4.1 對策制定

對策1：針對注漿壓力不足的問題，采取的對策是增大注漿壓力[10]。

在保證水泥摻入量均為230kg/m情況下，使得漿壓分別為20～22MPa，22～24MPa兩組工況進行對比施工，然后比較樁體的抗壓強度和完整性。通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，水泥漿壓為22～24MPa組的樁身強度和完整性有明顯提高。

表2 要因確認情況表

對策2：針對鉆桿提升速度過快的問題，采取的措施是調(diào)整鉆桿提升速度。

采用提升速度分別為12～14cm/min，14～16cm/min，16～18cm/min，18～20cm/min進行對比施工，比較樁體的抗壓強度和完整性。在實施后發(fā)現(xiàn)，提升速度為12～14cm/min的樁身強度和完整性相對較好。

對策3：針對現(xiàn)場深厚淤泥土質(zhì)的問題，采取深厚淤泥土質(zhì)層高壓旋噴樁復(fù)噴的措施。

對3m以下高含水率的深厚淤泥土質(zhì)層采取復(fù)噴的工藝，然后比較不同土層樁體的抗壓強度、完整性和復(fù)合地基承載力。可以發(fā)現(xiàn)，采用淤泥土層復(fù)噴的施工工藝對淤泥土質(zhì)范圍的樁體強度有較大提升，能夠增加原土體破壞的有效強度，增加螺旋固結(jié)體的強度，促使復(fù)合地基的承載力大幅提升，從而改變淤泥土層因旋噴阻力過小，導(dǎo)致水泥漿液擴散的情況，確保樁體的整體完整性。

對策4：針對水泥摻入量過小的問題，采取的對策是提高水泥摻入量[11]。

設(shè)置水泥摻入量為150、190、230kg/m三組工況進行對照施工，然后比較樁體的抗壓強度、完整性和復(fù)合地基承載力。結(jié)果表明，水泥摻入量為230kg/m樁身抗強度和旋噴樁復(fù)合地基承載力均均符合規(guī)范要求。

對策5：針對潮汐動水影響的問題，采取添加復(fù)合速凝劑的措施。

同一水位情況下，一組使用復(fù)合速凝劑，另外一組不添加。選擇兩地土層分布情況類似并且該地層在車輛段地質(zhì)情況相同，滿足同等工程地質(zhì)條件要求。結(jié)合前面大量試驗數(shù)據(jù)、查閱資料和規(guī)范，噴漿壓力設(shè)置為為22～24MPa經(jīng)濟可行，然后添加復(fù)合速凝劑，同時對淤泥土質(zhì)層采用復(fù)噴工藝。對成樁后樁基進行檢測，發(fā)現(xiàn)旋噴樁成樁樁徑滿足設(shè)計要求，成樁效果滿足要求。原因是速凝劑減少了潮汐水對水泥固結(jié)影響，確保了樁身強度。

4.2 實施效果

通過開挖淺部樁頭觀察，采用擬定施工參數(shù)形成的旋噴樁均勻性均滿足要求，根據(jù)淺部樁頭開挖結(jié)果，對高壓旋噴樁進行鉆芯及復(fù)合地基載荷試驗，并進行檢測，見表3。

由表3可知，三組試樁的28d試樁芯樣抗壓強度均滿足設(shè)計要求。其中經(jīng)檢測，對于深厚淤泥土質(zhì)，在高壓旋噴樁旋轉(zhuǎn)速度為20r/min，提升速度為12～14cm/min，水泥摻入量為230kg/m施工參數(shù)下(試樁3)，成樁效果最佳。此外，試樁3的高壓旋噴樁樁身抗壓強度滿足要求，且其負荷地基承載力大于設(shè)計復(fù)合地基承載力2160kN，且有較多富裕。

表3 芯樣抗壓強度結(jié)果

5 結(jié)語

本文針對含有深厚淤泥質(zhì)土的高壓旋噴樁成樁質(zhì)量進行研究，通過現(xiàn)場調(diào)查分析確定影響成樁質(zhì)量的因素，并一一給出了相應(yīng)的解決對策，使得高壓旋噴樁質(zhì)量合格率得到較大提高。該研究有利于現(xiàn)場施工管理人員及作業(yè)人員掌握施工工藝和施工要點，有利于提供同類淤泥土質(zhì)下高壓旋噴樁成樁施工方案和技術(shù)參數(shù)，能大大提高成樁的質(zhì)量合格率，保證了工程的穩(wěn)步推進，有利于提高工程質(zhì)量，打造精品工程，爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程。其次，原因關(guān)聯(lián)分析法也能運用到其他領(lǐng)域的問題中，為更好更快的尋找對策來解決問題提供思路及指導(dǎo)。