非濕陷性黃土高壓噴樁的應用

非濕陷性黃土高壓噴樁的應用

作為基本處理的一般方法，高壓噴射旋流樁不僅適用于濕陷性黃土，也適用于非濕陷性黃土。濕陷性黃土由于土質疏松,比重低,土粒間結構力小,工程實踐表明,對樁徑不大的旋噴樁工程,旋噴樁的成樁方法簡單,施工中較易達到設計要求,無需采取其他措施。但對于非濕陷性黃土,因其土質堅硬,比重高,土粒間結構力大,簡單地照搬濕陷性黃土的施工方法難以達到工程要求,隨著旋噴樁技術在黃土地層中的廣泛應用,如何在實踐中探索非濕陷性黃土旋噴樁的施工方法已經(jīng)顯得十分必要。1項目總結1.1地下水水質、土壤條件擬建場地位于陜西省靖邊縣縣城,地貌單元屬黃土梁地貌,建筑場地地勢較平坦,其地層自上而下為:①耕土(Qml4ml4),黃褐色,可塑,平均層厚0.7m;②黃土狀土(Qeol+al4eol+al4),黃褐色,堅硬,層厚2.3～5.3m;③黃土(Qeol3eol3),黃褐色,可塑,層厚1.7～4.1m,fk=160kPa;④黃土(Qeol3eol3),黃褐色,軟塑,層厚7.4～10.1m,fk=140kPa;⑤粉土(Qal3al3),青灰色,可塑,稍—中密,飽和,揭露厚度2.0～7.4m;⑥粉土(Qal3al3),褐黃色,軟塑,局部夾粉質粘土薄層,稍—中密,飽和,揭露厚度4.0～12.4m。擬建場地地下水為潛水,穩(wěn)定水位埋深約為7.0～7.6m。根據(jù)土工試驗,②、③、④、⑤、⑥層土的天然重度γ平均值分別為16.9、18.1、20.4、20.3和20.5kN/m3。從土質分析結果看,場地內水位以上黃土的濕陷系數(shù)δs均小于0.015,為非濕陷性黃土,各層土的壓縮系數(shù)平均值α0.1-0.2=0.17～0.32MPa,均屬中等壓縮性土。根據(jù)場地單個鉆孔對所揭露④、⑤、⑥層土所做高壓固結試驗,超固結比OCR大于2.5,為超固結土。實際施工中,建筑場地經(jīng)過初步開挖,地層中第一層耕土已經(jīng)被剝離,旋噴樁噴射成樁的實際地層為②黃土狀土(Qeol+al4eol+al4)和③、④黃土(Qeol3)。1.2下部分層,地上部分層靖邊縣新建業(yè)務辦公大樓位于靖邊縣統(tǒng)萬路北側,樓房設計為框架剪力墻結構,筏板基礎,地下部分1層,地上中間部分8層,兩端部分4層。該樓地基處理采用高壓旋噴樁,總樁數(shù)1517根,設計旋噴樁樁徑為600mm,有效樁長為8.0m,樁距1.5m,排距1.3m,樁位呈等邊三角形布置(見圖1),設計要求復合地基承載力fspk≥280kPa。2施工方法本工程施工所用噴射注漿材料為PO32.5硅酸鹽水泥,水灰比為1∶1,施工采用單管旋噴樁施工法。2.1試樁施工方法在濕陷性黃土中,只要采用21～23MPa的噴射壓力并選取合適的提升速度和旋轉速度,?600mm樁徑的旋噴樁在施工中很容易實現(xiàn)。在本工程中,為了保證施工質量,在工程樁正式開始以前,先在擬建場地做了3根試驗樁,施工基本參數(shù)為:噴射壓力為21～23MPa,鉆桿提升速度為25～30cm/min,旋轉速度為20～25r/min,施工中采用常規(guī)施工方法,用噴頭體做鉆頭鉆進到孔底后開始旋轉提升噴射成樁,樁頭部位進行簡單復噴處理。試樁結束后,樁頭開挖結果表明,3根樁的樁徑約為450～520mm,樁徑小于設計要求的600mm,同時樁頭部位夾雜有大塊土芯并有弧形層面裂縫出現(xiàn),樁頭部位質量不合格。顯然,試驗樁的施工方法是不可取的,不能作為工程樁的施工依據(jù)。此后,現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗成樁和開挖檢查,最終形成了正式工程樁的施工方法。2.2工程樁實施前后比較雖然提高噴射壓力可以增大樁徑,但由于噴射壓力受高壓噴射泵機械設備能力的限制,并且提高1～2MPa對樁徑的增大非常有限,工程樁實施時施工參數(shù)噴射壓力仍保持21～23MPa,提升速度和旋轉速度也保持不變,仍為25～30cm/min和20～25r/min。工程樁施工中采取的其他方法分別為清水擴孔鉆進、使用異性噴嘴、挑挖樁頭土圈和垂直攪拌樁頭。(1)提前噴射成樁地層清水擴孔鉆進就是在正常下鉆的同時,用高壓泵將清水加到一定壓力,使清水既做為正常的沖洗液帶出鉆孔中的土屑,同時對成樁地層進行提前噴射以擴大鉆孔孔徑,減少水泥漿噴射成樁時需要切割的土層厚度,在同樣的噴射作用下使?jié){液切割攪拌的土層深度更大,以提高旋噴樁樁徑。施工中清水加壓壓力為5MPa。(2)高壓噴射注漿異性噴嘴就是增加噴射流出口與噴管軸心間距,將噴頭體的基座做圓柱狀向外延伸得到加長的噴嘴,使用異性噴嘴后,高壓噴射漿液的噴射起點在旋噴樁徑向上得以擴展,使旋噴樁的樁徑得到有效地增大。工程實際施工時噴頭體基座的延伸長度達7cm。(3)地表細、土壤有機溶劑的切割作用本工程樁頭所處黃土狀土的天然重度γ平均為16.9kN/m3,干重度γd平均為15.0kN/m3,比重較大,土質致密,樁頭靠近地表處含水量低(黃土狀土的天然含水量平均僅為12.3%),使得非濕陷性黃土整體性很好,在高壓噴射漿液的切割作用下不易被打碎并與漿液充分攪拌混合,而是作為一個土圈被整體切割或碎成幾塊落入漿土混合物中,施工中不易被發(fā)現(xiàn)但危害極大,影響樁體強度,降低了樁體承載力,試樁中樁頭出現(xiàn)土塊夾芯就是土圈造成的。工程樁施工時,采取人工挑挖樁頭土圈的措施,要求將沉沒在漿土混合物中土圈全部打撈干凈。(4)樁周流塑狀混合物不同步流塑狀的裂縫本工程施工時值8月,當?shù)貧夂蛉照諒娏?蒸發(fā)量大,旋噴樁在噴完樁頭后,漿土混合物在沉淀、排氣及凝固過程中失水嚴重,樁周的流塑狀混合物附著在樁壁與樁心混合物沉淀不同步,造成樁頭凝固后在0～1.5m范圍內出現(xiàn)1～3層層面裂縫,嚴重影響旋噴樁的整體性和承載力。由于漿土混合物的蒸發(fā)受日照影響,故層面裂縫出現(xiàn)白班常見夜班少見的現(xiàn)象。旋噴樁工程樁施工中,要求白班施工人員在回灌樁頭的同時,使用自制的攪拌器械對樁頭進行垂直攪拌,使樁頭漿土混合物在人工作用下同步沉淀凝固。3虛樁出現(xiàn)的土體裂縫工程樁施工結束后,質量自檢中通過現(xiàn)場開挖,旋噴樁的樁徑全部達到600mm,破除虛樁后沒有在樁頭發(fā)現(xiàn)夾土芯和裂縫現(xiàn)象。在旋噴樁成樁質量檢測中,對旋噴樁進行了靜荷載試驗、低應變動力檢測和樁身水泥土抗壓強度試驗。3.1加載后不同樁的破壞力試驗采用慢速維持荷載法對3根旋噴樁進行了靜力荷載試驗,使用直徑1.58m圓形鋼板施壓,最大加載量為560kPa。試驗結果表明(見圖2),當加載至560kPa時,檢測樁未出現(xiàn)極限破壞現(xiàn)象,取安全系數(shù)為2,No.1樁的復合地基承載力不小于280kPa,No.2樁和No.3樁的復合地基承載力為280kPa。No.1～No.3樁復合地基在280kPa時,其沉降分別為3.31、3.18和2.72mm,沉降差異較小,復合地基承載力為280kPa,滿足設計要求。3.2樁身整體情況檢測在場地清除了虛樁后,對47根旋噴樁進行了低應變反射波檢測,抽檢率為3.1%。檢測結果顯示(資料略),所檢測樁中42根樁樁身完整,另有5根樁樁身下部有欠噴面,但不影響承載力和正常使用。樁身波速在1668～2427m/s之間,平均波速為1917m/s,樁身質量良好,所測47根樁均為合格樁。3.3.2mpa積分法檢測中取樁身水泥土做試塊進行抗壓強度測試,試塊抗壓強度為4.8～5.1MPa,平均5.1MPa(見表1),滿足使用要求。旋噴樁檢測結果表明,本工程旋噴樁復合地基承載力標準值fspk≥280kPa,滿足設計要求,低應變檢測的47根樁均為合格樁,本工程施工質量合格,效果