旋噴樁在處理涵洞軟弱地基中的應用

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,接長涵洞原設計為大開挖基坑,采用圍堰截水措施后,開挖探坑2處到設計標高后,底部為松軟淤泥,含水量偏大,淤泥深度大于8 m且機械無法停靠,大開挖施工對安全和環保、投資影響較大,無法保證工期,經業主、設計監理和施工單位現場研究決定,對該涵采用深層旋噴樁處理。設計平均有效樁長以樁端進入到硬土層為準,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 地質鉆探分析及承載力計算

2.1 鉆孔布置

在接長涵洞兩條形基礎上,共布設鉆探孔6個,分別如下：

南側條形基礎3點,深度10.8 m,9.8 m,8.9 m,平均9.8 m。

北側條形基礎3點,深度9.4 m,10.1 m,9.5 m,平均9.7 m。

鉆機鉆探到平均深度9.8 m時,鉆頭不再下移,到達持力層。

2.2 單樁承載力

2.2.1 根據無側限抗壓強度計算

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

根據對所取試塊的強度試驗和修正計算,建議抗壓強度平均值取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 根據摩擦樁計算

式中：qsi——樁周第i層土的側阻力特征值,kPa;

up——樁的周長,m;

li——樁長范圍內第i層土的厚度,取施工完成后平均樁長8.5 m;

qp——樁端地基土未經修正的承載力特征值,kPa;

Ap——樁的截面積,0.384 6 m2。

根據JGJ 79-2002建筑地基技術處理規范和GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范,樁間土為填土和砂性土,qs在0 m～10.5 m內取15 kPa,樁徑取700 mm作為計算值;樁端地基土承載力標準值依據設計取350 kPa。則樁的承載力特征值為：

根據規范,計算復合地基承載力時,可取兩種計算結果較小值進行計算,單樁承載力特征值取418 kN。

2.3 樁間土承載力

根據設計資料,樁間土承載力特征值 fsk=100 kPa。

2.4 復合地基承載力

根據JGJ 79-2003建設地基技術處理規范,采用如下公式：

式中：fsp,k——復合地基承載力特征值;

m——面積轉換率,m=Ap/Ae=0.267;

Ap——樁的截面積,0.384 6 m2;

Ae——復合單元控制面積,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,取0.3;

Ra——單樁豎向承載力特征值。

由此可得：

復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 對施工的技術要求

1)設計要求采用普通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標準《建筑地基處理技術規范》進行。

4 檢驗

施工結束后,按國家有關規定比例對樁基質量進行檢驗。

5 深層旋噴樁的工藝原理及特點

1)鉆孔機采用改制鉆頭,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孔道壓到噴嘴,隨同鉆機旋轉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,并向土體內噴射水泥漿,攪拌完成的水泥土體固化,達到加固地基,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、作業安全可靠,地表下沉得到控制,以較小的投入即可達到理想的加固效果。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 施工設備

該鉆機主要由液壓步履式底架、15 m高井架、減速機構及鉆機傳動系統,及其配套的漿液攪拌機和電氣系統組成。

7 旋噴樁的施工

1)鉆機就位將鉆機移到布設好的樁點,鉆頭垂直對準樁位,啟動電機,使鉆頭沿導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,同時將鉆機按規定速度均勻提升,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,再次將鉆桿邊攪拌邊下沉,復攪到樁長1/3處,但不少于5 m。4)從復噴深度均勻提升鉆桿至地面,樁柱完成。

8 質量控制

1)樁徑、樁長檢測是控制質量、數量最有效的手段,測量好每根樁徑、樁長至關重要,為工程計量、質量提供原始的數據。有效樁長偏差小于±10 cm,樁徑70 cm～78 cm范圍內。2)現場通過每完成一根樁所用水泥用量和原設計進行比較,控制好水灰比。3)室內水灰比試驗。現場采取要加固土樣及施工用的水泥到試驗室進行物理指標試驗。試驗合格后的水泥和土樣制作試件,并進行養護,達到規定的28 d齡期后,作無側限抗壓強度試驗,選定最優水灰比。4)對完成7 d后的樁基,切取樁頭后用鉆孔取樣機取樣,制作無側限抗壓強度試件,與原設計圖要求3.5 MPa及試驗室提供的水灰比試樣進行驗證,平均達到6.45 MPa,大于設計要求。5)對完成的168根樁基抽取40根進行低應變檢測,結果一類樁32根,二類樁8根,合格率100%。6)建筑場地檢測深度范圍內平均復合地基承載力特征值312 kPa,大于原設計260 kPa。

9 質量控制措施

1)開工前組織施工監理人員進行技術交底,施工中,每天要召開專題會,由監理人員對一天中所完成工程量、水泥用量和存在問題進行通報。2)對受潮水泥及時清除出場,缺斤短兩的水泥及時補上。3)嚴格控制鉆機的提升速度。通過旋噴樁對該涵不良地基進行處理,使涵底基礎穩定,該涵竣工后進行沉降觀察,沒有發現沉降現象,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.