高壓旋噴樁紅黏土地基處理試驗分析

何 木，李明玉

(廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西 桂林 541002)

0 引言

工程實踐中遇到土體的巖土工程性質(zhì)難以滿足工程需要的特殊土地基時，需要進行地基處理。地基處理方法之一的高壓旋噴樁由于其適用范圍廣，處理效果好而得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對其進行了廣泛研究。Shang等[1]研究了旋噴樁在軟土地基處理中的應(yīng)用。研究表明，旋噴樁能有效地提高軟土的強度和降低其沉降變形；Bergado等[2]對比堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、高壓旋噴樁處理軟基效果，發(fā)現(xiàn)高壓旋噴樁能有效地提高土體的強度指標(biāo)，降低壓縮性；周樂平等[3]利用高壓旋噴樁對紅黏土隧道進行加固處理，能夠有效地減小隧道的沉降；劉寶臣等[4]基于室內(nèi)試驗，研究了水泥摻量對紅黏土強度性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：紅黏土的力學(xué)性質(zhì)隨水泥摻入比增大而提高，隨養(yǎng)護齡期增長而增大，一定養(yǎng)護齡期后增加緩慢；鮑洋等[5]探討了水泥摻量對紅黏土固結(jié)體抗剪強度特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)紅黏土固結(jié)體的剪應(yīng)力-剪位移關(guān)系曲線峰值應(yīng)力跌落現(xiàn)象隨水泥摻量增加逐漸顯現(xiàn);紅黏土固結(jié)體粘聚力隨水泥摻量的增大而減小，內(nèi)摩擦角隨水泥摻量的增大而增大；袁意超等[6]通過室內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)水泥黏土的抗剪強度與齡期，豎向壓應(yīng)力呈明顯正相關(guān)，而與含水率，水灰比呈一定程度的負(fù)相關(guān)。

上述研究工作主要是在室內(nèi)試驗室進行。關(guān)于高壓旋噴樁在紅黏地基處理的原位試驗鮮見報道。本文基于工程高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力原位試驗數(shù)據(jù)，通過與公式計算數(shù)據(jù)比較，以期得到高壓旋噴樁在紅黏土地基處理中增加復(fù)合地基承載力的結(jié)論。

1 高壓旋噴樁設(shè)計方法[7]

高壓旋噴樁單樁豎向承載力取決于水泥土強度和地基土兩個條件。初步設(shè)計時可根據(jù)式(1)、(2)計算，取其中較小值；復(fù)合地基承載力特征值可按式(3)計算：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Up、Li為樁的橫截面周長和有效樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；qp、qsi為樁端下地基土承載力特征值和樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；α為樁端下天然地基土承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6；n為樁長范圍內(nèi)土層數(shù)；fcu為與樁身水泥土配比相同的室內(nèi)水泥土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下，90天齡期的抗壓強度平均值，kPa；Ap為樁橫截面積，m2；η為強度折減系數(shù)；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fsk處理后樁問土承載力特征值；fspk復(fù)合地基承載力特征值。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)條件

擬建某創(chuàng)新示范項目位于廣西桂林市秀峰區(qū)。項目所在地為喀斯特地貌。場地勘察報告的鉆孔資料揭露的場地地層自上而下如下：①人工填土(Qml)：灰褐～褐色，稍濕～濕，松散，主要成分為黏性土，局部含少量碎石，厚0.50～3.60 m；②耕土(Q4pd)：褐色～灰黑色，濕～很濕，軟塑狀態(tài)，成分主要為黏性土，含少量的碎石、植物根系，厚0.20～1.30 m；③粉質(zhì)黏土(Q4al)：褐黃色，濕，可塑～軟塑狀態(tài)，土體較均勻，含褐黑色鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核，厚0.50～7.20 m；上部呈可塑狀態(tài)，下部呈軟塑狀態(tài)，④黏土(Qel-s)：黃褐色，稍濕～飽和，可塑～軟塑狀態(tài)，土體較均勻，厚0.70～6.50 m。各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1：

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

2.2 工程設(shè)計概況

擬建項目建筑層數(shù)5層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，采用高壓旋噴樁進行地基處理，要求處理后復(fù)合地基增強體單樁承載力特征值為160 kN，復(fù)合地基承載力特征值為130 kPa。旋噴樁設(shè)計樁徑為0.5 m，設(shè)計樁長長度不一，設(shè)計樁距為1.2 m × 1.2 m。

3 復(fù)合地基承載力3.1 載荷試驗

檢測復(fù)合地基承載力要從復(fù)合地基靜載荷試驗和單樁靜載荷試驗兩方面展開。高壓旋噴樁地基處理完成后，選取3根樁進行復(fù)合地基單樁靜載荷試驗和3個點位復(fù)合地基靜載荷試驗。試驗過程嚴(yán)格按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2012)進行。試驗前需采用低應(yīng)變法對全部樁進行完整性檢測，對進行靜載荷試驗的樁進行鉆孔抽芯試驗。對所抽取芯樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示，無側(cè)限抗壓強度為6.8 MPa，變形模量為1.08 GPa。

本次靜載荷試驗選用面積為1.96 m2(邊長a=1.40 m)方形壓板；面積換算后的最大荷載為510 kN，置換率m=0.116；復(fù)合地基單樁靜載荷試驗樁7#、3#、6#樁長分別為10.80、5.8和9.2 m；復(fù)合地基靜載荷試驗樁10#、8#、5#樁長分別為10.20、5.2和6.9 m；單樁靜載荷試驗和復(fù)合地基靜載荷試驗P-S曲線分別如圖1、圖2所示。

圖1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗P-S曲線

圖2 復(fù)合地基靜載荷試驗P-S曲線

從上述圖可得：

(1)單樁靜載荷試驗與復(fù)合地基靜載荷試驗P-S曲線大致呈緩變形曲線，曲線未出現(xiàn)明顯陡降起始點(即第二拐點)，故取試驗點地基承載力特征值為最大加載值的一半。

(2)單樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值比多樁復(fù)合地基的高，雖然面積置換率比單樁時高，但承載力標(biāo)準(zhǔn)值反而小，說明高壓旋噴樁要考慮群樁效應(yīng)，這結(jié)果與粉噴樁研究結(jié)果類似[8-10]。

3.2 試驗值與計算值比較

根據(jù)前文公式計算單樁豎向承載力，并將結(jié)果試驗值匯總于表2：

表2 單樁豎向承載力特征值試驗值和計算值

由上表可得，單樁靜載荷極限荷載比計算值小。這主要是由于計算時采用樁直徑不變值的理想情況。實際上在施工過程中，由于各種原因，樁徑通常大小不等，從而使得實際樁側(cè)摩阻面積往往比理想狀況下的小，從而導(dǎo)致樁的豎向承載力特征值試驗值小于計算值。

4 結(jié)論

通過對高壓旋噴樁紅黏土地基處理試驗分析，將承載力載荷試驗值與計算值比較分析，得到以下結(jié)論：

(1)高壓旋噴樁能夠有效的應(yīng)用到紅黏土地基處理中，能夠有效的提高地基承載力和降低沉降。

(2)高壓旋噴樁單樁豎向承載力載荷試驗特征值與計算值存在較大差異。這主要是由于樁施工過程中，由于施工工藝、土層等原因?qū)е聵稄讲痪?。設(shè)計時應(yīng)綜合考慮樁徑的變化。

(3)高壓旋噴樁復(fù)合地基載荷試驗時，承壓板下樁數(shù)和樁間土面積不同，所得到的載荷試驗值存在較大差異。高壓旋噴樁復(fù)合地基具有明顯的群樁效應(yīng)。