高压旋喷桩复合地基加固效果及承载特性研究.pdf

132：2023年5月江西建材质量控制与检测高压旋喷桩复合地基加固效果及承载特性研究苏凯南平建设集团有限公司，福建南平354200摘要：在实际施工过程中，常采用高压旋喷桩对复合地基及软弱地基进行加固。为分析高压旋喷桩对复合地基的加固效果，文中开展现场监测试验，分析高压旋喷桩加固下地基的变形及孔隙水压力变化规律，得出了以下结论：对比采用高压旋喷桩施工前后的地表沉降，在采用高压旋喷桩前，地表沉降的增长速度较快，且不同测点间的沉降量变化差异较小；当采用高压旋喷桩后，各测点的时间一沉降量曲线逐渐趋于平缓，说明采用高压旋喷桩施工可有效抑制施工过程的地表变形。不同埋深下的隆起值存在一定差异性。其中，离地表3.12 7 m的隆起值最大，离地表2 3.0 6 9 m的隆起现象较不明显，其时间一沉降量曲线变化趋势较为平缓，说明采用高压旋喷桩施工对于埋深较低的地基沉降改善效果较好，可显著减小其沉降速率及沉降量。关键词：复合地基；高压旋喷桩；现场监测中图分类号：TU473文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 132-0 3Study on Strengthening Effect and Bearing Characteristics ofComposite Foundation with High-pressure Jet Grouting PileSu KaiNanping Construction Group Co.Ltd.,Nanping,Fujian 354200Abstract:In practice,high-pressure jet grouting pile is often used to reinforce composite foundation and Soft Foundation,in order to analyzethe reinforcement effect of high-pressure jet grouting pile on composite foundation,field monitoring test is carried out to analyze the effectof high-pressure jet grouting pile on composite foundation,the ground deformation and pore water pressure change law,draw the followingconclusion:compared with the ground settlement before and after the use of high-pressure jet grouting pile,before the use of high-pressurejet grouting pile,the growth rate of ground settlement is faster,when the high pressure jet grouting pile is used,the time-settlement curve ofeach measuring point tends to be smooth gradually,the results show that the surface deformation can be effectively restrained by high pressurejet grouting pile.There are some differences in the uplift values under different burial depths,among which the uplift value at 3.127 m abovethe surface is the largest,the uplift phenomenon at 23.069 m above the surface is less obvious,and the change trend of the time-subsidencecurve is more gentle,it shows that the high-pressure jet grouting pile has a good effect on improving the settlement of the foundation withlower burial depth,and can significantly reduce its settlement rate and amount.Key words:Composite foundation;High-pressure jet grouting pile;Site monitoring0引言复合地基及软弱地基承载力较差，为保证建筑的稳定性及安全性，常采用高压旋喷桩对其进行加固1。近年，诸多专家学者针对高压旋喷桩加固地基的承载力及加固效果开展了相关研究。鲁立洋等2 1以某隧道工程为研究对象，开展单桩静载试验及地基静载试验，分析高压旋喷桩对地层的加固效果。结果表明，高压旋喷桩可减小土体变形，提高施工过程的稳定性及安全性。张举鹏等3 开展现场监测试验，分析高压旋喷桩对黄土地基的加固效果。结果表明，采用高压旋喷桩加固的地基承载力可达到350 kPa。孙亮等4 以某深基坑为研究对象，采用有限元软件，建立其三维模型，分析高压旋喷桩加固地基的变形规律，并根据研究结果，对高压旋喷桩的布置方式进行优化。结果表明，采用高压旋喷桩可减小9.6%的基坑变形。娄健等5 开作者简介：苏凯（19 8 9-），男，福建南平人，本科，工程师，主要研究方向为市政施工。展现场监测试验，分析了高压旋喷桩对某高速公路路基的加固效果及加固机理，结果表明高压旋喷桩可改善桩土复合体的土拱效应。吴凯等6 以某富水地基为研究对象，开展现场试桩试验，并结合无侧限抗压强度试验，分析了高压旋喷桩的抗渗性能及承载能力。结果表明，高压旋喷桩可显著提高地基承载力及抗渗性，可行性较高。本文以实际工程为研究对象，开展原位监测试验，采用沉降板、沉降杆、水准仪等仪器对工程的沉降进行监测，分析了高压旋喷桩对该工程地基的加固效果。1工程概况项目位于浙江省舟山市岱山县，建设面积约2 万m，地质条件复杂，由上至下，分布有人工填土层、淤泥质粉质黏土层，其中淤泥层最大厚度为35.5m，填土层主要为碎石、块石等，其最大粒径约为19 0 0 mm，最大厚度约为14m，碎石普遍粒径为200600mm。该区域存在常年性地表支流，根据预估流量，地表水冲刷作用较强。鉴于该地区雨水充足，应考虑排水工程，以免影响133江西建材2023年5月质量控制与检测高压旋喷桩复合地基加固效果。结合GB18306一2 0 15中国地震动参数区划图附录E、G B50 0 112 0 10 建筑抗震设计规范（2 0 16 年版），本场地抗震设防烈度为6 度，在I类场地情况下设计基本地震加速度值为0.0 5g，设计特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。2试验设计为分析高压旋喷桩对该工程地基的加固效果，开展原位监测试验，采用沉降板、沉降杆、水准仪等仪器对工程的沉降进行监测，选取6 个测点，采用分级堆载的方式对试验过程进行加载，其累计加载量分别为50 kPa、7 0 k Pa、8 0 k Pa、9 0 k Pa。分别在分级荷载下，采用高压旋喷桩地基的地表沉降、深层沉降及分层沉降；采用超孔压监测，对不同桩身下的孔隙水压力进行监测。3结果分析为分析不同测点的地表沉降变化，其时间沉降量曲线如图1所示。由图可知，随着时间的增大，不同测点的地表沉降量总体呈上升趋势。当时间为113d-122d时，各测点的地表沉降存在下降趋势，原因为此时该工程正采用高压旋喷桩进行施工，地表沉降存在隆起现象。不同测点间的地表沉降量间存在差异性，其中，测点S4的地表沉降最小，测点S1的地表沉降最大。对比采用高压旋喷桩施工前后的地表沉降可知，在采用高压旋喷桩前，地表沉降的增长速度较快，各测点的平均沉降速率为5.6 mm/d，且不同测点间的沉降量变化差异较小；当采用高压旋喷桩后，各测点的时间-沉降量曲线逐渐趋于平缓，此时各测点的平均沉降速率为1.11mm/d，说明采用高压旋喷桩施工可有效抑制施工过程的地表变形。-100-200300400-500S1S3-600S5S2-700S4S6-800050100150200250300350400450时间/d图1不同测点的地表沉降变化曲线为分析不同测点的深层沉降变化，其时间沉降量曲线如图2 所示。由图可知，在采用高压旋喷桩施工前，深层沉降与时间呈正相关关系，随着时间的增大，深层沉降逐渐增大，当采用高压旋喷桩施工后（113d-122d），深层沉降存在隆起现象，其深层沉降量存在下降趋势，随着时间的持续增大，深层沉降逐渐减小，但是其变化趋势较不明显。当采用高压旋喷桩施工时，测点D4、测点D5的时间-沉降量曲线隆起现象较不明显，这是由于测点D4、测点D5的深度较大，其值为2 5m，说明采用高压旋喷桩对于基础深层的沉降影响较小。当埋深为5m时，采用高压旋喷桩施工前的平均沉降速度为5.4mm/d，在采用高压旋喷桩施工后，其平均沉降速度为0.34mm/d；当埋深为15m时，采用高压旋喷桩施工前的平均沉降速度为1.57 mm/d，在采用高压旋喷桩施工后，其平均沉降速度为0.40 mm/d；说明采用高压旋喷桩施工对于深度较低的沉降改善效果较好，可显著减小其沉降速率及沉降量。1000-100-200D1-300D3D5-400D2D4D6-500050100150200250300350400时间/d图2不同测点的深层沉降变化曲线根据以上分析可知，埋深对于基础沉降及高压旋喷桩的加固效果存在一定的影响，需分析不同埋深下的地基沉降，其时间沉降量曲线如图3所示。由图可知，不同埋深下的时间-沉降量曲线的变化趋势基本一致，其沉降量与时间呈正相关关系，但是其最大沉降量间存在一定的差异性，其中，离地表3.12 7 m的沉降量最大，离地表2 3.0 6 9 m的沉降量最小，说明在施工过程中，距离地表较近的土体受施工的扰动较大，导致其沉降量较大。随着埋深的增大，施工过程对于其沉降的影响较小。对比不同埋深下的沉降量“隆起”现象可得，不同埋深下的隆起值存在一定差异性，其中，离地表3.12 7 m的隆起值最大，离地表2 3.0 6 9 m的隆起现象较不明显，其时间-沉降量曲线变化趋势较为平缓，说明采用高压旋喷桩施工对于埋深较低的地基沉降改善效果较好，可显著减小其沉降速率及沉降量。离地表3.12 7 m离地表7.18 6 m一一离地表11.149 m离地表15.112 m一离地表19.0 42 m离地表2 3.0 6 9 m-100-200300-400-500-600050100150200250300350400时间/d图3不同埋深下的地基沉降变化曲线为分析高压旋喷桩对地基孔隙水压力的影响，研究不同埋深下的孔隙水压力变化规律，其时间孔隙水压力曲线如图4所示。由图可知，随着时间的增大，不同埋深下的孔隙水压力均呈先增大后减小的趋势，当时间大于18 0 d后，不同埋深下的时间孔隙水压力曲线逐渐趋于平缓。当开展高压旋喷桩施工（113d-12 2 d）时，离地表为2 5m的时间孔隙水压力曲线与其他埋深下的曲线变化趋势存在差异性，其孔隙水压力逐渐增大，而其他埋深下的时间孔隙水压力曲线逐渐减小，原因为当开展高压旋喷桩施工时，试验区可近似看做相对刚体，而未采用高压旋喷桩加固的区域变形较大，此时，两个区域间存在变形的差异，从而导致其间存在负摩阻力。埋深为1m的孔隙水压力最小，埋深为2 5m的孔隙水压力最大，说明采用高压旋喷桩进行施工时，对埋深较小的区域孔隙水压力的影响较小，对埋深较大的区域孔隙水压力较大。134上接第131页）上接第12 9 页）2023年5月质量控制与检测江西建材1201008060/4020020离地表2 5m-40离地表2 0 m-60离地表15m-80离地表10 m离地表5m-100离地表1印-120050100150200250300350400时间/d图4时间一孔隙水压力曲线4结语本文以实际工程为研究对象，开展原位监测试验，采用沉降板、沉降杆、水准仪等仪器对工程的沉降进行监测，分析了高压旋喷桩对该工程地基的加固效果，得出以下结论。（1）当埋深为5m时，采用高压旋喷桩施工前的平均沉降速度为5.4mm/d，在采用高压旋喷桩施工后，其平均沉降速度为0.34mm/d；当埋深为15m时，采用高压旋喷桩施工前的平均沉降速度为1.57 mm/d，在采用高压旋喷桩施工后，其平均沉降速度为0.40 mm/d；说明采用高压旋喷桩施工对于深度较低的沉降改善效果较好，可显著减小其沉降速率及沉降量。为了更好地监测水库大坝的变形情况，文中设计了GNSS变形监测系统，并对其监测准确性和可靠性进行了验证，主要得出以下结论。（1）在12 月11日19:0 0-15日11：0 0 时间段内，1.0 1.5mm为各监测点沿坝轴线方向（X方向）上的监测中误差范围，1.2mm为各监测点垂直坝轴线方向（Y方向）上的监测中误差范围，1mm为平均中误差；2.5 2.8 mm为在高程方向（H方向）的监测中误差范围，2.6 mm为平均中误差，监测系统精度能够满足设计标准。（2）实际基座的移动方向和移动距离与监测系统所得到变形方向和变形值大致相同，大多数监测变形值和实际移动量的差值未超过2 mm，监测数据具有较高的可靠性。（3）监测系统运行至今，整体性能达到了预期标准。经抽样检查发现，有效数据占比高于9 5%；在多种天气情况下（雷电、大风、暴雨、雨雪等）系统均运行正常，具有全天候正常使表3小波去噪后基于网络模型的水平位移预测实测位移拟合位移误差相对平均测量周期/mm/mm/mm误差/%误差/%96.456.76-0.314.81106.676.88-0.193.124.32116.787.03-0.253.65126.877.26-0.395.685结语本研究结合了小波变换和神经网络预测模型的优点，建立了基于小波变换的神经网络预测模型，并对深基坑工程进行了变形预测研究。研究表明，基于小波变换的神经网络模型对深基坑变形预测结果的平均相对误差为4.32%，验证了该方法的可靠性。该方法可为未来深基坑开挖施工的变形监测和预测提供有益的参考，以确保深基坑开挖过程的安全。（2）不同埋深下的时间沉降量曲线的变化趋势基本一致，其沉降量与时间呈正相关关系，但是其最大沉降量间存在一定差异性，其中，离地表3.12 7 m的沉降量最大，离地表23.069m的沉降量最小，说明在施工过程中，距离地表较近的土体受施工的扰动较大，导致其沉降量较大。（3）当开展高压旋喷桩施工时，试验区可近似看做相对刚体，而未采用高压旋喷桩加固的区域变形较大，此时，两个区域间存在变形差异，从而导致其间存在负摩阻力。参考文献【1李彦君，卜飞.高压旋喷桩在既有建筑地基加固中的应用J.建材发展导向，2 0 2 3，2 1（4）：2 6-2 8.2鲁立洋，刘欢，李聘聘.强风化层超浅埋隧道高压旋喷桩荷载试验研究J，中外公路，2 0 2 3，43（1）：155-16 1.3张举鹏，高鹏远，许晓建，等.黄土区高压旋喷桩复合地基承载力研究J】.工程质量，2 0 2 2，40（12）：35-38，42.4孙亮，刘鑫磊，宫亚峰，等，考虑土体不均匀变形和临近结构物力学行为的高压旋喷桩优化研究J.现代隧道技术，2 0 2 2，59(S2):86-95.5娄健，徐华，韩富庆，等.隧道浅埋段软弱围岩高压旋喷桩地表加固机理及现场试验方案设计【J】.公路，2 0 2 2，6 7（8）：40 3-409.6吴凯，陈荣刚，顾海荣，等.富水砂层高压旋喷桩注浆材料防渗性实验研究J】.地下空间与工程学报，2 0 2 3，19（2）：533-540,585.用的优势；当系统发生问题或故障时，监测软件可以自动对监测异常点位进行检测并提示，提高了故障修复效率和质量。参考文献【1李红连，黄丁发，陈宪东.大坝变形监测的研究现状与发展趋势J.中国农村水利水电，2 0 0 6（2）：8 9-9 0.23王伟，马建新，周少良.GNSS系统在百色水利枢纽变形监测中的应用J.中国水能及电气化，2 0 2 3（1）：2 6-31，7 0.3蒋家祥，聂文泽.GNSS自动化监测系统在库区滑坡体变形监测中的应用J.云南水力发电，2 0 2 2，38（12）：8 8-9 2.4麻国，杨先艾，李太清.GNSS监测系统在水电站高危边坡安全监测中的应用J.红水河，2 0 2 2，41（4）：6 4-6 7.5李小伟，冯永祥.GNSS多基站数据融合技术在水电站大坝精密变形监测中的应用J.大坝与安全，2 0 2 1，12 3（1）：2 8-32.6崔鹏飞.基于GNSS及测量机器人的大坝安全监测研究：以枕头坝水电站为例J】.人民长江，2 0 2 0，51（S1）：132-134，148.参考文献【1王思闯.深基坑水平位移监测及数据分析J】.江西建材，2 0 2 3(2):127-128,134.2杨小梅.西安某深基坑水平位移监测数据分析J.科技与创新，2019（8)：33-34,39.3徐远洋，赵仲荣，梅红，等.间接测边网在深基坑水平位移监测中的应用J.地理空间信息，2 0 2 2，2 0（4）：119-12 2，133.4蒙国往，刘家梁，黄劲松，等.基于BP人工神经网络的深基坑围护结构水平位移预测研究【J】.都市快轨交通，2 0 2 2，35（3）：80-88.5陈秋汝，关辉，袁长丰，等.基于小波神经网络的深基坑竖向位移预测最佳时间序列研究J.低温建筑技术，2 0 2 0，42（12）：103-106.6 张亮.深基坑水平位移监测数据及预测模型研究J.江西建材，2023(3):112-114.