高壓灌漿鋼管樁復合地基荷載試驗及結果分析

任 航

在地基處理中,復合地基應用越來越廣泛,而高壓灌漿復合地基在巖土工程領域中的應用也越來越多,并解決了一批其他施工方法難以奏效的困難地基和復雜工程問題。高壓噴射灌漿加固地基技術,主要適用于軟土土層,如殘積層及人工填土等。我國的實踐證明,砂類土、黏性土、黃土都能進行噴射加固,效果較好,解決了小顆粒土不易注漿加固的難題。由于本工程土層結構較為復雜,所以采用高壓噴射灌漿復合地基,為研究其地基的實際變形特征,對該高壓灌漿復合地基進行了單樁復合地基靜載荷試驗,并依據試驗結果,確定P—S曲線,對地基沉降量進行研究確定單樁復合地基承載力特征值和變形模量。

1 工程概況

該工程為貴州開磷集團劍化異地搬遷技術改造工程——30萬t/年合成氨項目(醇化氨合成)地基處理工程,該工程場地屬溶蝕中低山地貌,地勢較高,巖性單一,巖層呈單斜構造。場地內土層有素填土(全場分布較廣,由塊石、碎石及少量黏土混成)、紅黏土(壓縮性較低、承載力較高,厚度埋深較大);巖石為泥質石灰巖(呈較破碎～較完整中風化Ⅳ級巖體基本質量等級,全場分布,厚度較大,強度高),土層與巖石的分布范圍、結構特點、建筑性能等都有較大差異。地下水處于補給區域,場地地下水淺層為上層滯水和深部巖溶裂隙水,地下水徑流方向從北向南,地下水埋藏較深。該工程場地采用高壓灌漿加固復合地基,φ108鋼管樁群,樁距1 200 mm,樁長7 000 mm～8 000 mm。試驗壓板面積為0.32 m2(圓形),復合地基承載力設計值275 kPa。

2 復合地基靜載荷試驗方法

1)本次試驗按照JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范附錄A的要求進行;試驗采用堆載法;本試驗的反力裝置采用堆載法提供反力,堆載提供的反力約為350 k N;檢測設備主要由2 000 kN油壓千斤頂、位移傳感器及連接組件組成。靜載試驗裝置見圖1。2)單樁復合地基剛性承壓板采用直徑d=0.63 m的圓板,壓板面積為0.32 m2。3)根據復合地基承載力設計標準,加荷等級為10級～12級,最大加載壓力不小于設計要求的2倍。4)沉降觀測:每級加載前后,各讀記壓板沉降量一次,以后按10 min,10 min,10 min,15 min,15 min,30 min,30 min等時間間隔記錄。當連續2 h內,每小時的沉降量小于0.1 mm時,則認為已趨于穩定,可加下一級荷載。5)當出現下列情況之一時可終止加載:a.沉降量急劇增大,土被擠出或承壓板周圍出現明顯的隆起或裂縫;b.承壓板的累計沉降量已大于其寬度或直徑的6%;c.當達不到極限荷載,而最大加載壓力已大于設計要求壓力值的2倍。6)卸載及觀測;卸載級數為加載級數的一半,等量進行,每級卸載后,間隔0.5 h讀記回彈量,待卸完全部荷載后間隔3 h讀記總回彈量。

3 復合地基承載力特征值及變形模量的確定

4 試驗成果整理及分析

4.1 試驗結果

單樁復合地基靜載試驗結果見表1。

表1 單樁復合地基靜載試驗結果

4.2 試驗結果分析

本次壓板載荷試驗加載至預估的極限荷載,在加載過程中,三個試點每級加載17 kN,每級荷載達到相對穩定后加下一級荷載。當1號試點 P=551 k Pa時,相應的沉降量為 2.16 mm,當2號試點 P=551 kPa時,相應的沉降量為 2.88 mm,當3號試點P=660 kPa時,相應的沉降量為 5.17 mm。

根據規范JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范,當P—S曲線上有明顯的比例界限時,可取該比例界限所對應的荷載作為復合地基的承載力特征值。對1號試點進行加載時,壓板開始下沉,當P=265 kPa時,出現明顯拐點,可視為比例界限Pcr,相應沉降 S=0.17 mm。再對2號試點進行加載,壓板開始下沉,當 P=276 k Pa時,出現明顯拐點,可視為比例界限 Pcr,相應沉降 S=0.60 mm,同樣對3號試點進行加載,當荷載P=330 k Pa時,在P—S曲線中出現明顯拐點,則該點可視為比例界限 Pcr,相應沉降 S=0.86 mm。復合地基靜載荷試驗結果匯總表見表2。根據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范中規定,本次試驗試點數量為3個點,復合地基承載力其極差不超過平均值的30%,取其平均值為復合地基承載力特征值。

表2 復合地基靜載荷試驗結果匯總表

5 結語

1)試驗成果表明,高壓噴射灌漿技術是處理非均勻地層和特殊地層地基加固的一種有效技術手段。2)根據該工程場地地質條件和施工條件,以及巖、土埋深情況,采用“鋼管樁+高壓灌漿”技術進行施工,以高壓灌漿將鋼管樁周圍密實的素填土凝結成一體,使土層內的土洞、部分縫隙得到填充,進一步提高其地基承載力,加大素填土的摩擦力,控制基礎的沉降量和沉降差,以滿足設計的要求。3)經過試驗結果分析,該復合地基承載力特征值 fspk=290 kPa,復合地基變形模量 Eq=83.6 M Pa,滿足承載力要求,達到地基處理技術規范標準,大大提高了填土地基整體的均勻性及穩定性。4)采用高壓噴射灌漿技術處理地基方案是合理的,但是水泥用量過大,易造成大量水泥浪費,也增加了排污工作量,尚需不斷改進和完善施工工藝。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規范[S].

[3] DB 22/46-2004,貴州建筑巖土工程技術規范[S].

[4] 薛國杰,邵晶晶.預應力管樁靜載試驗異常沉降的原因及處理[J].山西建筑,2009,35(4):157-158.

[5] 鄭樹俊.復合地基質量檢測中的靜載試驗方法研究[J].西北水電,2007(7):15-16.

[6] 徐至均.高壓噴射注漿法處理地基[M].北京:機械工業出版社,2004:1.