高压旋喷桩在杂填-淤泥质土地基条件下的施工技术研究

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

张芸华

华东勘测设计研究院有限公司 杭州 311122

摘要

以台州市黄岩区海塘安澜工程（椒江黄岩段海塘）的滨江望海大道为对象，通过试桩试验确定高压旋喷桩在杂填-淤泥质土地基条件下的施工参数。通过四次试桩，发现当注浆压力为24MPa、空气压力为0.9MPa、提升速度为20cm/min、水泥掺量59.2%、水灰比0.8：1、掺入2%的水玻璃掺入剂并且全桩复喷一遍的情况下，成桩质量较好。经过检测，在桩身完整性、单桩承载力、复合地基承载力和无侧限抗压强度的指标上均满足了要求。本次试桩的施工技术及参数可以为本工程高压旋喷桩施工及其他工程提供参考。


关键词

高压旋喷桩；杂填土；淤泥质土；地基加固；试桩

正文

Research on Construction Technology of High Pressure Jet Grouting Pile under Miscellaneous Fill Silty Soil Foundation Conditions

ZHANG Yunhua1*

1*  HuaDong Engineering Corporation Limited, Hangzhou, Zhejiang 311122

 

 

引  言

高压旋喷桩是在工程建筑领域较为常用的一种桩基施工技术[1-2]，适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和素填土等地基[3]，其工作原理是以高压旋转的喷嘴将水泥浆、压缩空气、高压水等喷入土层，冲击破坏土体，将浆液与土粒强制拌和，形成柱状固体，与原土体形成复合地基共同承担荷载从而提高地基承载力。但该方法在处理沿海滩涂软弱地基的应用尚有不足。因此，借助实地工程开展高压旋喷桩施工技术研究，探索适合于沿海滩涂软弱地基条件下的施工参数，对于工程推进及施工工艺推广具有十分重要的意义。

1  工程概况

台州市黄岩区海塘安澜工程（椒江黄岩段海塘）位于台州市黄岩区，为方便海塘与城市市政道路衔接，工程拟建设一条滨江望海大道，宽8m，总长约1.8km。道路基础采用高压旋喷桩加固。由于所处位置为旧有的化工厂房拆迁后的场地，下覆土层地质条件基本可分为两层：地表层为粘土掺杂砖块碎石、建筑垃圾等混合的杂填土，厚度为1.1~6.6m；其下为深厚层的淤泥质粘土、粘土，含水率和压缩性较高。

2  高压旋喷桩地基处理

2.1 基础设计

为满足滨江望海大道50吨荷载及控制沉降量的需要，本工程高压旋喷桩基础设计参数如下：

图片5.png 

图1 高压旋喷桩基础设计图

（1）高压旋喷桩有效桩长10m，桩径0.8m，间距1.5m沿道路轴线共布置7排。

（2）单桩承载力不小于200kN，复合地基承载力不小于110kpa，桩体无侧限抗压强度不小于1.2Mpa。

2.2 施工参数确定

高压旋喷桩施工参数根据现场试桩情况确定。前三次试桩工作从2022年12月开始，至2023年4月结束。结果均存在不同程度的质量问题，成桩效果不理想，无法满足设计要求，无法进行成桩质量检测。各次试桩的基本情况如表所示。

 

表1 第1-3次试桩施工参数情况表

试桩次数

浆压(MPa)

空气压(MPa)

提升速度(cm/min)

水泥掺量(%)

水灰比

水泥用量(kg)

是否复喷

成桩质量

1

20

0.9

20

24

0.8：1

2170

否

桩身完整性差

2

20

0.9

8

116

0.8：1

10500

全桩复喷两次

3

24

0.9

8

77.4

1：1

7000

全桩复喷一次

 图片6.png

图2 第1-3次试桩典型桩身图

通过三次试桩，发现桩身呈现两种状态：上部杂填土层区域十分破碎，桩体基本不可见；下部淤泥质土层区域成桩质量好于上部杂填土层，但仍然较为破碎，混杂有上部杂填土层塌落的碎石，有效桩体较短。分析成桩质量不佳的原因，认为地质条件和地下水是造成桩体不成形的主要原因：（1）杂填土内部空隙较大，浆液注入后来不及凝固即沿空隙跑浆；（2）施工场地靠近椒江，地下水位随潮水位变化而涨落，冲刷桩体影响成桩质量。

基于以上三次试桩不成功的经验，开始进行第四次试桩工作。经过多方论证、调整参数，采用的改善措施主要有：（1）针对杂填土区域，仅靠复喷仍无法成桩，采取挖除换填好土的方法改善土体质量；（2）加入2%的水玻璃掺入剂加快浆液凝固速率（由于水灰比1：1时浆液较浓稠，未待注浆即发生凝固堵塞注浆口，因此本次试桩时水灰比下调为0.8：1）；（3）增大喷浆压力到24MPa，全桩复喷一遍以提高水泥掺量。采用上述方法后，成桩质量明显改善。第四次试桩的基本情况如表所示。

表2 第4次试桩施工参数情况表

试桩次数

浆压(MPa)

空气压(MPa)

提升速度(cm/min)

水泥掺量(%)

水灰比

水泥用量(kg)

是否复喷

成桩质量

4

24

0.9

20

59.2

0.8：1

5356

全桩复喷一次

较完整，可以进行桩基检测

2.3 成桩质量检测

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)和《建筑地基检测技术规范》(JGJ340-2015)的规定，在每根检测桩桩径方向1/4处，桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性，取上、中、下不同深度的3个试样作无侧限抗压强度试验，钻芯后的孔洞采甩水泥砂浆灌注封闭。工程验收检测载荷试验最大加载量不应小于设计承载力特征值的2倍，本工程设计单桩承载力200kN，采用竖向增强体载荷试验时，最大加载力不应小于400kN；设计复合地基承载力为110kpa，采用静载试验检验复合地基承载力不得低于220kPa；另外设计桩体无侧限抗压强度不小于1.2Mpa，采用不应小于2.4Mpa。

2.3.1取芯检测

采用钻机对桩体进行钻孔取芯，其采样结果如图所示。

图片7.png 

图3 第4次试桩典型桩身图

由图可知，第四次的桩体完整性得到明显改善。因此认为杂填土层区域，采用挖除换填好土、掺入2%的水玻璃对于成桩起到良好效果。

2.3.2单桩承载力检测

采用慢速维持荷载法进行单桩静载试验，逐级加载至400kN后逐级卸载，获得荷载Q、本级位移s和累计位移S的实验数据如表所示。

表4 单桩承载力检测结果表

级数

Q（kN）

s（mm）

S（mm）

1

80

1.63

1.63

2

120

1.26

2.83

3

160

1.48

4.37

4

200

1.65

6.02

5

240

1.91

7.93

6

280

2.31

10.24

7

320

2.98

13.22

8

360

3.56

16.78

9

400

5.34

22.12

10

320

-4.29

17.83

11

240

-1.33

16.50

12

160

-1.19

15.31

13

80

-0.99

14.32

14

0

-0.31

14.01

由表可知，随着荷载的不断增加，桩体位移逐渐增大，当加载至400kN时，累计位移为22.12mm，满足国家规范要求（<40mm）。

2.3.3复合地基承载力检测

采用慢速维持荷载法进行复合地基静载试验，逐级加载至220kPa后逐级卸载，获得荷载P、本级位移s和累计位移S的实验数据如表所示。

表5 复合地基承载力检测结果表

级数

P（kPa）

s（mm）

S（mm）

1

44

2.28

2.28

2

66

1.58

3.86

3

88

1.75

5.61

4

110

2.21

7.82

5

132

2.70

10.52

6

154

2.61

13.13

7

176

2.78

15.91

8

198

3.08

18.99

9

220

2.98

21.97

10

176

-1.46

20.51

11

132

-1.18

19.33

12

88

-0.69

18.64

13

44

-0.37

18.27

14

0

-0.31

17.96

由表可知，随着荷载的不断增加，桩体位移逐渐增大，当加载至220kPa时，累计位移为21.97mm，满足国家规范要求（<40mm）。

2.3.4无侧限抗压强度检测

为检测水泥试块的无侧限抗压强度，共制作6组试块，检测其破坏荷载P、抗压强度F及抗压强度平均值Fave，其结果如表所示。

表6 无侧限抗压强度检测结果表

P

（kN）

F（MPa）

Fave（Mpa）

F设（Mpa）

Fave/F设（%）

13.32

2.66

2.7

1.2

225

13.00

2.60

13.88

2.78

13.21

2.64

13.74

2.75

13.80

2.76

由测试结果可知，无侧限抗压强度检测平均值为2.70MPa，为设计指标的225%，各组试块均超过了设计指标的2倍，满足要求。

基于以上四项检测，认为第四次试桩试验是成功的，其试桩参数可以为今后滨江望海大道的高压旋喷桩施工提供指导。

3  结论

（1）在杂填-淤泥质土地质条件下进行高压旋喷桩施工，采用传统的高压旋喷桩施工技术，其成桩质量很难得到保证。杂填土层由于砖块碎石、建筑垃圾等分布松散、空隙较多，易出现跑浆造成不成桩现象；而地下水频繁涨落对成桩质量也有较大的影响。

（2）本工程针对杂填土层，采用挖除换填的方法改善地质条件；加入水玻璃的掺合剂提高浆液凝固的速率，减轻地下水流冲击。但加入水玻璃后，浆液凝固速率明显加快，通过适当增大浆液注浆压力，降低水灰比从而避免浆液堵塞注浆管。

（3）本工程采取杂填土层挖除换填、加入水玻璃、全桩复喷一遍、增大注浆压力等措施，通过桩基检测，发现在桩身完整性、单桩承载力、复合地基承载力和无侧限抗压强度这四个方面均满足要求，认为第四次试桩是成功的，并确定该试桩参数即为后续高压旋喷桩施工的参考依据。

 

参考文献

[1] 刘杰. 高压旋喷桩复合地基承载力研究[D].兰州交通大学,2019.

[2] 李洁如,王宽君,汪明元等.高压旋喷桩加固沿海滩涂风电场高灵敏软土地基原位试验研究[J].太阳能学报,2021,42(11):287-292.

[3] 史本宁,焦学尧.基于高压旋喷桩试桩的滨海滩涂淤泥层软基处理[J].水运工程,2020(S1):35-39.


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