高压旋喷注浆法在特殊地基处理中的应用.pdf

水运工程 1 9 9 9年第 5期 4 1 f 一 Lf 高压旋喷注浆法在特殊地基处理 中的应用 广东省航务工 程总公 司刘 秋文，-_，一 6 1 丁 7 、弓 f 摘要采用高压旋喷注浆法处理地基具有施工速度快、质量 高、可靠性好、工后沉降 量小的特点。能有效地缩短后续工程的3-期，特别是对深层等特殊地基的处理效果最为 明显。本文从旋 喷桩 的设计、施 工、监测 等几个方面介 绍 了广佛 高速公路 扩建工程 中某段 地 基 处 理 的 实例。关 键 词 堕 堑地 基皇 里 童 袭 洼 ABS TRACT Hi g h p r e s s u r e r o t a t i n g mo r t a r j e t t i n g me t h o d f o r t r e a t me n t o f f ou nda t i o n i s c ha r a c t e r i z e d w i t h f a s t e r c o ns t r uc t i on s p e e d，hi ghe r q ua l i t y，be t t e r r e l i a bi l i t y a n d 1 e s s s e t t l e m e nt a f t e r c o n s t r uc t i onI t c a n e f f e c t i ve l y s ho r t e n f o l l o w uD c on s t r u c t i on pe r i o d e s p e c i a l l y f o r t r e a t me nt o f s pe c i a l f ou n da t i o n，s uc h a s de e p c o ur s e f ou nda t i o n，e t c Fo und a t i on t r e a t m e nt o f a s e c t i on o f Gu a ngz h ou Fu o s h a n Ex pr e s s H i g ht wa y Ext e ns i o n P r o j e c t i s i n t r o d u c e d f r o m s e v e r a l a s p e c t s i n c l u d i n g d e s i g n，c o n s t r u c t i o n a n d mo n i t o r i n g 1概述 广佛高速公路 扩建工程是 广东省重点建设 项 目，由于该 工程地处软 土地 区，软基处理成 为 整个工 程施 工 的关键。原 方案设 计 为 粉喷 桩，但在 粉喷 桩 施 工 过 程 中，K5+0 3 0一K5+2 5 0 右侧在 桩顶标高 以下 0 4 m 范 围 内出现硬 壳，粉喷桩 机无法正 常施 工。根据地质 勘察资料显 示，本施工段下 卧软弱层，其 承载力无 法满足路 基、路 面和 动 载 的 垂 直 荷载 要 求，而 且 沉 降 过 大，无 法与原 路 基衔 接。本 施工 段 由于路 基 填 土较 高，约 7 m，边 坡 的稳定性 不 能满 足设计 要 求(Kmi n 1 2 5)。鉴于 上述原 因，本段 还须 进 行地基加 固。2 方案 的选 择 根据本施工 段 的工 程地 质 资料，从 上 而 下 是填 土一 耕植土一 淤泥一淤泥质 亚粘土一 砂砾 一 亚粘土一 泥 岩 的变 化。由于工 期 短，施工 场 地狭 小，为 了维持正常 的交 通运输，并结合对周 围环 境影 响 的考 虑，因此不 宜采 用慢 速 的排水 固结法进行 软基加 固。综合 比较其施工 方案与 加 固效果，采 用单 管 高压旋 喷注 浆法 进行复 合 地 基 处 理。3 旋 喷桩 的设计 3 1桩径 的确定 原地基 土经 长 期 固结稳 定后，物 理力 学性 能得到 较大 改善，但 仍不 能满 足地 基承 载力 的 要求，理论 上 同一直 径 的旋 喷桩 比粉喷 桩单 桩 承载 力 要 大 得 多，原 设 计 粉 喷 桩 的 直 径 为 0 5 m，按 有关 规定旋喷 桩直径 最小 值 为 0 5 m。因此，根据 现场 实 际情况本 工 程 的旋喷 桩体直 径按 D=0 5 m计。3 2桩长 的确 定 根据本工程 的承 载力特点、工程地质情 况、粉 喷 桩 施 工 的 实 际 情 况 以 及 YS J 2 1 09 2、YB J 4 39 2的有关规定，经综合考虑，选定桩 长 L=8 O m，桩端 进入持力层 0 5 m。3 3旋喷桩 的布置 对本工程 的布 桩情 况，宜 采用 与粉喷 桩相 同的旋喷 桩布 置形式，即采 用路 面宽度 内侧 密 梅花形布置，外侧按疏 梅花形布置，能起到 与粉 喷 桩同样 的加 固效果，如 图 1所示。维普资讯 http:/ 4 2 水 运工 程1 9 9 9年 第 5期 0 0 0霉 0 o o o o。o I I 0 幽 1旋 喷 桩 布 置 图 3 4旋喷桩桩 距的确定 根据 GB J 2 0 28 3的有 关 规定：为 提 高 地 基承 载力 的加 固工程，旋喷桩 之 间的距 离可 适 当加大，不 必 交 圈。本 工 程宜 采 用 1 6 m 内侧 间距。对 外侧距离，按本工程 的有关 规定，单桩 承载力 为不小 于 l O O k N，复合 地 基强 度不 小 于 l O O k P a。根据 YS J 2 1 09 2、YB J 4 3 9 2有关 规 定，粘性 土旋喷 桩体 的抗 压强 度约 为 5 O MP a。综合安 全 系 数取 2计 算：则 容 许 抗 压 强 度 为 2 5 MP a，固结 体有效直径按0 5 m 计算，每 个 固结体有效承 压 面积 A=0 2 0 m2，单 桩承 载 力 P=a A=5 0 0 k N。根 据 原 设 计，复 合 地 基 的 强 度 指 标 为 l O O k P a，按条 形基础复合地 基 2 O m 计 算，而每 延米荷载 为 2 0 0 k N，因此 旋喷 桩体 固结 地 基 的 间 距：D=5 0 0 2 0 0=2 5 0 m 所 以外侧 可采用粉喷桩 的疏 梅花形布置形 式且 同样 的桩距 能够 满足设计要求。根据上述 的估计，本 施 工段 的旋 喷桩 采用 原 粉喷桩 的布置形 式及 内侧桩 间距 为 1 6 m，外 侧桩 间距为 2 0 m。3 5 旋 喷桩 注浆材料及配 合 比 本工程的注浆 材料可采用普通 型。水泥采 用#4 2 5普通硅酸盐水 泥；并且按 1：1的水 灰 比 充分 搅拌 成纯 水泥 浆作 为注浆 材料，水泥含 量 4 0，不加任何 外加 剂。3 6 注浆材料 使用数量 注浆材料 的计算方法有 体积法和 喷量 法两 种。取其大者 为喷射浆量。3 6 1体 积 法 Q 詈 K h (1+P)+号 D 6 K 2 h 2=号 罕()8 3 8 0 (1+()2)+号 0 04 2 2 063 5 2 =1 60m3 3 6 2喷 量 法 Q=q(1+13)=8 0 06 0(1+01)=21 1 2L=2 11 2 m 3 则 取 Q=2 1 1 2 m3。4计算 内容 本 路段长度为 2 0 7 m，原设计 处理后软土地 基 的要求：单桩 承载力不小于 1 0 0 k N，复合地基 的承载 力不小于 l O O k P a，道路 完 工后 的沉降 量 小于 1 0 c m 为符合设 计要求。根据 佛 山市公路桥 梁工程监测提供 的地质 勘探 资料，需加 固处理 的主要层 位为淤泥，淤泥 质亚 粘土 及淤 泥质砂 土，综合 其物 理 力学指 标 为：天然 含水率：3 0 6 0 天然 重度：1 7 k N m 压缩模量：2 0 MP a 亚粘土承 载力标准值：2 5 0 k P a 摩阻 力标 准值：8 0 k P a 4 1 单桩承受 的垂直荷 载不应小 于其容许承 载 力 4 1 1 桩 承受的垂直荷 载N 路面 荷载 N1：路 面荷 载按 C=1 8 k N m 的 条 形均布荷载平均使 各桩共 同受 力，n为 l m 单 宽基 础 内的桩数。则 Nl=c 1n=1 8 =22-5k N 填土 自重产生 的荷 载力 N2：软基 经过旋 喷 桩 处理后 形成复 合 地基，而 每根桩 必须 共 同承 受复合 地基上所产生 的 自重。则：N2=(1 6+0 2 5)(1 6+0 2 5)2 07 2 =2 39 6kN 则 N=N1+N 2=2 6 2 1 k N 维普资讯 http:/ 水运 工 程1 9 9 9年 第 5期 4 3 4 1 2桩的允许 承载 力 P 桩 径 D=0 5 m，截 面 积 A。=0 2 0 m，桩 长 8 m，周 长 U=1 5 7 m，软塑 粘土层 摩 阻力标 准值 q =2 0 k P a，施喷桩 桩身标准试 块 的无 侧 限抗压 强度 q =5 0 k P a计，则单桩 竖 向承 载力标 准值 按桩强度计 算时：R lK =k q A。=0 3 5 5 0 1 0 0 2 0 =35 0kN 按地基 土强度 计算 时：R 丧 =q 。u。I +a A。f k =2 0 1 57 8+0 5 0 20 2 50 =2 76 2kN 因 R lK ，承载力由地基土控制，故 P =2 7 6 2 k N N：2 6 2 1 k N，则 符合 设 计要求。4 2 复合地基的允许承载力必须符合设计要求 旋 喷桩体 的面积 置换率：m=0 8 3 4 2=0 2 3 桩 间 天 然 地 基 土 承 载 力 标 准 值：f =8 0 k P a，则：1一m)f P ：三 1 00k Pa 所 以复 合 地 基 的允 许 承 载 力 符 合 设 计 要 求。4 3桩身强度必须 符合要求 由于旋 喷桩本身 的强 度 q 相 对较大，完 全 符合单桩承 载力和复合地基 对单桩 的承 载力的 要求。4 4边坡 的稳定性 粉喷桩 的设计 按施工期 快剪指标安全 系数 f 1 0上机 验算，已符 合要求 f m i n=1 7 3，故此 项 内容 不必验算。4 5地基 的沉降量 完工 后路面 的沉降量 由三部组成：第一 部分：填 土的 自重沉 降 A S 1；第二部 分：桩 体本身的压缩 量 s 2；第三 部分：桩底基础 的压缩 量 A S 。(1)A S l：因路 基 填 土 的 密 实度 为 9 0 9 5 才 符 合 要 求，则 其 压 缩 模 量 E =1 0 MP a，采用分 层总和法得：AS：5。l 3c 1 (2)桩体本身 的压缩 量 S 2：桩体 的压 缩模 量 E 0=1 2 0 0 MP a，s 2=(Pc+P 0)L(2 E 0)=0 4c m(3)A S 3：桩底粘 土 层 E =5 2 0 0 k P a；应力 影 响范 围 h=3 D=1 5 m；桩 底 处 地 基 附 加 应 力 为：8 2：1 0 6 8 k P a，：hA S 3 h：1 5 4 c m 瘟 1 (4)地基 的总沉降量 A S A S=A S l+S 2+s 3=7 0 7 c m 1 0 c m 5施 工 说 明 5 1 水 泥 采用 早 强 硅 酸盐 水 泥，标号 为#4 2 5，水 泥 必须经过监理 工程师指定 的材料试验 部 门的检 测，且 合格后方能使 用。5 2掺 入 比 水泥 的掺 入 比 4 0，即每延米 约为 2 0 0 k g，且 误 差 不 大 于 2 0 k g。5 3施 工 工 艺(1)钻机应按设计 桩位准确定位，并必须 做 水平校 正，钻杆 头对 准 桩 位，其偏 差 不 应大 于 5 0m m；(2)成 孔偏斜率，不应大于 1 5；(3)当旋喷管人预定深度 时，应及时按设计 配合 比 1：1制 备好 水泥 浆 液，并按 下列 步 骤进 行操作：以转速 2 0 r rai n原地旋转 喷管；按 边 旋 转 边 提 升 的 旋 喷 方 法，以 6 0 L rai n 输入 水泥 浆 液，待 泵 压 升 至 于 2 0 MP a 时维持不 变；按 2 5 c m mi n的速 度 提 升 旋 喷 管，进行 由下而上 的旋喷注浆作业。(4)水泥浆 液 应严 格过 滤，并 按 2 2 mm 喷 嘴直径 设置 两道 过 滤装置，在 制备 水泥 浆液搅 拌 罐设 置一 道过 滤 网，在 吸 管尾 部设 一 特制过 滤器，并定 时清理。(5)水泥浆液应随配随用，并应在旋喷作业过 程 中连续不停的搅拌，一次搅拌量宜为 1 0 m 3。(6)在旋 喷作业过程 中，拆卸注浆 管节后重 新进 行旋喷作业 的搭 接长度应小于 0 3 m。维普资讯 http:/ 水运工程 1 9 9 9年第 5期(7)搅拌水泥 时，水灰 比应按 1：1的设计要 求，随时检测水 泥浆 液 的 比重按 1 3 1 4计。在旋喷过程 中应 防止水泥浆 沉淀，使浓度降低。禁止使用受潮 的水泥。(8)供浆 必 须连 续，一 旦 中断，应 将 旋 喷管 下沉至停 电供 点以下 0 3 m，待恢复供 电时再旋 喷提 升。当因故停 机超 3 h时，应对泵体 和输浆 管 路 妥 善 清 洗。(9)当旋 喷管提升接 近桩顶时，应从桩顶 以 下 1 0 m 开 始，慢 速 提 升 旋 喷 至 桩 顶，旋 喷数 秒，再 向上慢 速提升 旋喷 0 5 m 桩体。(1 0)旋喷 作业 完成 后，应 不 间断地 将 冒出 地面 的浆 液 回灌 到桩孔 内，直 到桩孔 内的浆液 面不再下沉 为止。(1 1)每根 桩施工 完 毕，应 用清 水把 管 内的 残 留浆 液全部 喷射排 出。6 旋喷桩质量检 测(1)用标 准试 模采集 冒浆试 样，其 数量每种 主要地层 为 6组，每组 3件。供室 内，2 8 d标准 无侧 限抗 压强度试验。(2)标 准 贯 入 度试 验：在 旋 喷 固结 体 中部(一般距旋喷注浆 孔 中心 0 1 5 0 2 0 m 左 右进 行)，间隔一定深度作一 个标 准贯入 N值，在成 桩后 7 d内进行。(3)载荷试验：随机选择 1处做成桩后龄期 2 8 d的现场 单 桩 和复 合地 基 载 荷 试 验，若 单桩 承 载 力 大 于 1 0 0 k N，复 合 地 基 强 度 不 小 于 1 0 0 k P a，即满 足 设 计 要 求。7数据分析 旋喷桩施工 2 8 d后，随机 抽取 的几组 芯样，其抗 压试 验结果如 表 1示。从表 1中数据 可 见，2 8 d标 准 无 侧 限抗 压 强度均大 于设计强度。为了了解处理 后地 基 的承 载 力，我 们在 现 场 随机地选 取 了一处做成 桩后龄期 2 8 d的单桩 和复 合地 基载荷 试 验，试验 结果是 单 桩承 载力 为 1 8 5 k N，复 合 地基 强 度 为 1 5 7 9 k P a，均 大 于 设计允许值。从半年来 的沉 降量监测数 据资料 显示，该 处工后累积沉 降量最大 为 3 c m，远远 低 于设计值 1 0 c m 的标 准。8结 语 实践表 明，旋喷桩 处理该 处地基是 成功的，并 取得 了很 好 的效果，可 为其 他软 土地基 处理 提 供借鉴。参 考 文献 1 地基 处理 手 册 中国建筑 工 业 出版 社，1 9,8 表 1 样 号 取样 深度(m)直 径(mm)长度(mm)设 计强度(MP a)破 坏荷 载(k N)抗 压强 度(MPa)换 算强度(MP a)1 6 5 O 6 8O 1 05 1 2 8 1 3 6 9 4 2 6 3 9 6 2 8 7 O 9 OO 1 05 1 8 3 1 2 4 3 2 8 1 2 7 5 3 7 3 O 7 6O 1 05 2 1 0 1 41 4 4 7 8 4 7 8 4 8 7 0 9 OO 1 05 1 7 2 1 2 1 1 2 4 4 2 3 7 5 5 3 O 5 6 O 1 0 5 21 0 1 40 8 4 7 1 4 7 1 6 7 2 O 7 5 O 1 0 5 1 72 1 1 7 9 2 O7 2 O1 维普资讯 http:/