高压旋喷桩在地基处理中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第４期　西部探矿工程　１３　高压旋喷桩在地基处理中的应用　王会云　（１．中国有色金属工业昆明勘察设计院，云南昆明，６５００５１；２．昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明６５０２２４）　摘要：高压旋喷桩作为承载桩在基础处理中已经广泛应用，探讨了高压旋喷桩作用机理与计算理　论，以攀钢（集团）公司西渣场开发利用工程地基处理为例，介绍了高压旋喷技术处理含松散渣铁和粉　土层的设计、施工工艺，为高压旋喷桩在类４ａ＿Ｔ－程的应用提供了经验。　关键词：高压旋喷桩；承载力；施工工艺　中图分类号：Ｕ４４３．１５文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２００７）０４—００１３—０３　高压喷射注浆法（ｊｅｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ）是用高压水泥浆通过　喷管由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体　并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。根据射　的。　２高压旋喷桩复合地基承载力的计算理论　流的作用方向的不同，一般可以分为旋喷、定喷和摆喷。　其中旋喷在地基中形成圆柱形的旋喷，主要用于加固地　基，提高土的抗剪强度，改善地基的变形性质，也可组成　闭合的帷幕，可用于截阻地下水流和治理流砂。　１高压旋喷桩作用机理　高压旋喷的基本工艺类型有：单管法、双管法、三管　法和多管法。其中三管法是分别使用送水、气、浆三种　介质的三重注浆管。该工艺在以高压设备产生２０～　３０ＭＰａ左右的高压水射流，环绕一股０．５～Ｏ．７ＭＰａ左　右的圆筒状气流，进行高压水射流和气流同轴喷射冲切　土体，使土体变成散状的土粒与由泥浆泵注入压力为１　５ＭＰａ的浆液搅拌混合，同时喷嘴做旋转和提升运　动。土体中浆液发生等离子交换和团粒化反应，最后土　中凝固形成一个一定直径和抗压强度的桩体，从而达到　加固地基，改善土体的变形性质，提高地基承载力的目　￣竖向高压旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现　场复合地基承载荷载试验确定。初步设计时，可按下式　估算：　Ｄ　ｆｓＤｋ—ｍＫ　－　＋８（１一ｍ）ｆｓｋ　Ｐ　（１）　式中：ｆｓｐｋ——复合地基承载力特征值，ｋＰａ　ｍ——面积置换率；　Ｒ　——单桩竖向承载力特征值，ｋＮ；　Ａ　——桩的截面积，ｍ。；　卜桩间土承载力折减系数；　ｆｓｋ——桩间土承载力特征值，ｋＰａ。　单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩荷载实验　确定，也可按式（２）和（３）估算，取其中较小值：　Ｒ　一Ｔ）ｆ。　Ａｐ　（２）　Ｒ　一ｕ　ｑ。。１ｉ＋ｑ　Ａｐ　（３）　①地下水位较浅或水位变动带，选料时应使用憎水　参考文献：　性且不污染地下水的碴土材料；　②大面积处理地基前需进行试桩，选择合理的技术　参数；　③防止有机物过多和粒径超标的填料入孔，单次填　料量要稳定；　④根据地层软硬合理调整落距和击数；　⑤施工过程中要进行全过程监控，认真填写施工记　录；　［１］江正荣．地基与基础施工手册［Ｍ］．中国建筑工业出版社，　１９９７．　［２］郑栋材．中行住宅楼场地岩土工程勘察报告ＪＲ］．河南省郑　州地质工程勘察院，２０００，２．　Ｅ３１林宗元．岩土工程治理手册［Ｍ］．辽宁科学技术出版社，　１９９３．　［４］郑栋材．中行住宅楼碴土桩工程场地地基检测报告ＪＲ］．河　南省郑州地质工程勘察院，２０００，６．　版社，２００２．　⑥对碴土桩复合地基的检测应增加一定数量的载　［５］ＪＧＪ７９－－２００２建筑地基处理技术规范［Ｓ］．中国建筑工业出　荷试验，以便直观准确的反映地基处理效果。　维普资讯 http://www.cqvip.com １４　西部探矿工程　２００７年第４期　式中：　强度折减系数；　杂铁块，松散一稍密状态，层厚３．４Ｏ～５．６０ｍ。　ｆ　——桩试块无侧限抗压强度平均值，ｋＰａ；　ｄ——桩的平均直径；　ｎ～桩长范围内所划分的土层数；　ｌ；——桩周第ｉ层土的厚度；　ｑｓｉ——第ｉ层土的侧阻力特征值，ｋＰａ；　ｑ　——桩端天然地基土的承载力特征值，ｋＰａ。　３工程实例　攀钢（集团）公司西渣场开发利用工程Ａ场挡墙工　程位于Ｏ５桥以北金沙江东岸，东侧为已堆积的渣铁形　成高约１００ｍ的人工边坡，渣坡坡度角为３５。～５Ｏ。，为保　图１渣场布置图　持渣场在各种不利荷载条件下永久稳定，保证渣场开发　利用开展，拟建１８ｍ高５５０ｍ长的挡墙，拟建挡墙西侧　（２）冲积层：由粉细砂、漂卵石和粉土组成。粉细砂　为金沙江河床，具体位置如图１。由于挡墙基础下地层　为松散渣铁、漂卵石层夹杂粉土层，地质分区图如图２。　分布范围少，厚度仅有０．５～２．８ｍ。漂卵石成分为花岗　石英岩、闪长岩、砂岩、砾岩等，一般粒径２Ｏ　由于松散渣铁以及夹杂粉土层的存在，地基承载力不能　岩、辉长岩、４０ｃｍ，最大达３００ｃｍ，漂卵石层厚３．６Ｏ～１５．４０ｍ。在　满足要求；同时，由于夹杂粉土层，挡墙地段边坡存在下　０．８０ｍ的粉土层，粉土呈　滑的可能性。为了解决上述两个问题，以满足挡墙施工　漂卵石层下部分布有厚Ｏ～１粉土中含有少量有机质，局部泥质含量较高，呈　要求，经过综合分析对比，决定采用高压旋喷桩对松散　兰灰色，　渣铁以及夹杂粉土层加固的方案，这样既可以大大减少　饱和、软塑状态。（３）砾岩及闪长岩：为场地的基岩。该区域地表水　工作量和施工成本，也保证处理后的地基承载力及粉土　主要以金沙江河水为主，水面随季节变化大，地下水主　抗剪能力（Ｃ、　值）达到设计要求。　要由金沙江河水补给，在卵石层中测量渗透系数Ｋ一　３．１施工场区内主要地层分布从上到下为　￣图２地质分区图　３．２高压旋喷桩在地基中的设计　（ＧＢ５０００７），并结合类似工程情况，地基处理采用三重　管高压旋喷桩，高压旋喷桩工艺参数确定为：　①桩径：松散渣铁内桩径为２０００ｍｍ，粉土内桩径　依据施工图设计要求以及《建筑地基处理技术规　范》ＪＧＪ７９—２００２和《建筑地基基础设计规范》　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第４期　西部探矿工程　１５　为３０００ｍｍ，漂卵石中不旋喷。　板，由千斤顶反力加荷，精密百分表测量沉降。各检测　点检测试验结果见表１：　表１　静荷载试验结果汇总　②设计桩长：旋喷桩以砾岩及闪长岩为桩端持力　层，对基底下松散渣铁以及夹杂粉土层进行加固，并进　入持力层０．５ｍ以上，为满足桩端承载力和桩侧摩阻力　值，桩长不小于４．０ｍ。　③桩数：经计算确定，对粉土层采用直径３０００ｍｍ　的高压旋喷桩进行处理：当置换率ｍ一９３　时，处理后　粉土各项指标提高为：Ｃ一１４８ｋＰａ，　—１８．９５。。对松散　渣铁层采用直径２０００ｍｍ的高压旋喷桩进行处理：当　置换率ｍ一３５　时，处理后散渣铁层的复合地基承载力　为ｆｋ＝３６０ｋＰａ，桩身各项参数为ｑ　一１９００ｋＰａ，Ｒ一２６００　ｋＮ。地基处理旋喷桩总桩数４０３根，总桩长３１３９．５ｍ，　引导孔总长４３５３．００ｍ。　３．３旋喷桩施工、施工参数及注意事项　本工程采用三重管法，其施工工序为：平整场地一　钻孔放点一钻机就位一钻进成孔及清孔一下人三重管　一拔出套管一安装水、气、浆龙头一匀速旋转和提升，喷　射注浆一补浆一成桩后拔管清洗一钻机移位。　经过对试验桩的检验分析，业主、临理、设计、施工　负责人共同确定的施工参数如下：　（１）高压射流水压力取２８～３２ＭＰａ，流量７０～　８５／ｍｉｎ，喷嘴２个；　（２）空气压力取０．７～１．５ＭＰａ，风量２￣３／ｍｉｎ，喷　嘴２个；　（３）水泥浆液压力取０．７～１．２ＭＰａ，流量：粉土９０　￣１２０Ｉ　／ｍｉｎ￣渣铁７２Ｉ　／ｍｉｎ￣喷嘴２个；　（４）浆液水灰比：粉土１：１，渣铁１．２：１；　（５）早强剂：氯化钙２　，三乙醇胺０．０３　；　（６）旋喷机转速：８￣１０ｒ／ｍｉｎ；　（７）三重管提升速度：８ｃｍ／ｍｉｎ，粉土定喷　５０ｃｍ／３ｍｉｎ，渣铁定喷４０ｃｍ／６ｍｉｎ。　成桩材料选用标号为、３２．５硅酸盐水泥。　在施工过程中应严格遵守旋喷的各项参数，引孔位　置及垂直度满足标准，这样才能确保旋喷桩体的固结体　面积、固结体均匀密实、桩体的搭接满足没计要求。旋　转头离地表面５０ｃｍ时停止旋喷，以保证施工安全。回　浆量突然减少或突然增大时，应及时查找原因，并提出　相应的处理措施。桩位旋喷结束后应进行桩顶凹陷补　浆，当用回浆不能充填满时，应搅拌水泥浆进行补浆。　４旋喷桩复合地基处理效果检测　旋喷桩施工完成２８ｄ后，对旋喷桩单位面积竖向静　荷载试验，试验遵循《建筑地基处理技术规范》ＪＧＪ７９—　２００２的规定：其随机检测６个桩号。采用压重平台反　力装置，慢速维持荷载法，采用１．０×１．０ｍ２方形承压　根据检测结果可以知道，除一组桩（１７７）由于被水　淹没中止试验外，其余５组试桩相应龄期的设计极限承　载力值都大于６００ｋＰａ，达到了设计要求。　成桩２８ｄ后，分别对１２根桩的钻孔抽芯取样，在距　离桩中心０．９０ｍ处钻抽芯孔取渣铁水泥土芯，在距离　桩中心１．４０ｍ处钻抽芯孔取粉土水泥土芯。取芯表　明，在渣铁中的成桩直径大于２０００ｍｍ，粉土中的成桩　直径大于３０００ｍｍ。将取芯得到的渣铁水泥土切割并　制成试件做抗压强度试验，试块的无侧限平均抗压强度　１　２．５　６ＭＰａ，大于设计要求值。粉土水泥土做土工试验，　测定Ｃ值平均１７１．４１ｋＰａ，大于１６０ｋＰａ设计值，　角平　均２３．９２。，满足设计的≥２３。的要求。　５结束语　攀钢（集团）公司西渣场由于场地利用原因与地层　特点，其上堆积松散渣铁，冲积层中漂卵石承载力高，变　形小，但其中夹有粉土层，构成不均匀地基，承载力与抗　滑稳定性都达不到设计要求，因此必须要对地基进行加　固处理。通过对攀钢（集团）公司西渣场的成功处理，表　明对有一定埋深，且要清除软、弱夹层较困难的地基处　理采用高压旋喷桩不但施工难度较小，施工费用低，而　且效果比较好。　参考文献：　Ｅ１３郑俊杰．地基处理技术ＥＭ３．华中科技大学，２００４．　Ｅｚ３　ＪＧＪ７９－－２ｏｏ２建筑地基处理技术规范［ｓ］．　Ｅ３３　ＧＢ５０００７建筑地基基础设计规范［ｓ］．　Ｅ４３刘倡冠．高压旋喷技术在软弱地基处理中的应用ＥＪ３．探矿　工程（岩土钻掘工程），２００５，（增刊）．　Ｅ５３李小杰．高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析　ＥＪ３．岩土力学，２００４（９）．　Ｅ６３沈晓黎．高压旋喷桩在高层建筑地基处理中的应用ＥＪ３．建　筑安全，２００５（１）．