水泥粉喷桩加固吹填淤泥地基现场试验研究

李 云 华

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

受土地资源制约，沿海区域采用航道疏浚淤泥进行填海造陆，既能保护环境，又能节约投资。但是吹填淤泥具有含水率大、孔隙比高、强度低等特点，给地基处理增加了难度。快速而有效的地基处理方法则是工业建设的首要条件。水泥粉喷桩是“粉体喷射搅拌桩”的简称，就是利用专用的喷粉搅拌钻机将水泥等粉体固化剂喷入软土地基中，并将软土与固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应,使软土结合成具有一定强度的水泥桩体而形成复合地基的一种施工方法。由于粉喷桩具有能有效减少总沉降量、承受较大的加荷速率、抗侧向变形能力强、可大大缩短施工期等优点，自瑞典工程师Kjeld Paus1967年发明以来，在铁路、公路、市政工程、港口码头等各类软土地基加固工程中得到了广泛应用。本文以某石化区填海工程吹填淤泥地基加固工程为背景，介绍了在其他地基处理方法加固吹填淤泥地基效果欠佳时，粉喷桩加固地基的试验研究。

1 工程概况

该吹填淤泥地基是由围海造地形成，使用码头区疏淤物吹填，吹填淤泥为超饱和、含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、渗透性差的软土。部分地区吹填淤泥较深且初始含水量大，渗透系数低于10-8cm/s，为满足工程的进度要求，拟采用粉喷桩进行加固。拟加固区表层已覆盖有3 m左右的填土层，淤泥平均厚度为8 m，淤泥的各项物理力学性能指标见表1。

表1 淤泥各项物理力学性质指标

2 试验区方案设计

为探求粉喷桩的最佳水泥掺量及合适间距，节约投资，保证质量，进行了2个区的粉喷桩的试验研究。设计采用水泥喷粉搅拌桩(4喷4搅)，普通硅酸盐水泥，水泥含量为18%和12%两种，搅拌桩桩径为600 mm，分为两个区，桩间距分别为0.9 m×0.9 m和1.2 m×1.2 m，均为正方形布桩，9根桩为一组，桩长约为11.0 m，分别进入淤泥层下面的粘土层1 m，见图1，图2。

3 试验区加固效果监测

在粉喷桩试验区完成后28 d，进行了试验检测，检测内容包括单桩竖向抗压承载力试验、单桩复合地基抗压承载力试验、抽芯取样试验。受实际施工标高限制，尽量模拟后续施工时的真实情况，粉喷桩检测时其上覆盖有50 cm的填土层。

3.1 单桩竖向抗压承载力试验

试验1区、2区分别选取4根桩进行单桩竖向抗压承载力试验，其中水泥掺量12%的每区各2根，其余水泥掺量为18%。典型的单桩竖向抗压承载力试验荷载和沉降曲线见图3。

各试验区单桩竖向抗压承载力试验数据汇总见表2,表3。

表2 试验1区单桩竖向抗压承载力汇总表

表3 试验2区单桩竖向抗压承载力汇总表

试验1区，水泥含量18%的3号桩、4号桩极限承载力值分别为294 kN和261 kN，得出该场地该水泥含量桩型承载力特征值不低于138.75 kN；水泥含量12%的1号桩、2号桩极限承载力值分别为250 kN 和225 kN，得出该场地该水泥含量桩型承载力特征值不低于123.75 kN。试验2区水泥含量12%的3号桩、4号桩极限承载力值分别为336 kN和252 kN，得出该场地该水泥含量桩型承载力特征值不低于147 kN；水泥含量18%的1号桩、2号桩极限承载力值分别为257 kN和356 kN，得出该场地该水泥含量桩型承载力特征值不低于153.25 kN。

3.2 单桩复合地基抗压承载力试验

试验1区、2区分别选取4根桩进行单桩复合抗压承载力试验，其中水泥掺量12%的每区各2根，其余水泥掺量为18%。典型的单桩竖向抗压承载力试验荷载和沉降曲线见图4。

各试验区单桩竖向抗压承载力试验数据汇总见表4,表5。

试验1区水泥含量18%的5号桩、6号桩复合地基极限承载力值分别为315 kPa和339 kPa，得出该场地该水泥含量桩型单桩复合地基承载力特征值不低于163.5 kPa；水泥含量12%的7号桩、8号桩复合地基极限承载力值分别为275 kPa和291 kPa，得出该场地该水泥含量桩型单桩复合地基承载力特征值不低于141.5 kPa。试验2区水泥含量12%的5号桩、6号桩复合地基极限承载力值分别为289 kPa和270 kPa，得出该场地该水泥含量桩型单桩复合地基承载力特征值不低于139.7 kPa；水泥含量18%的7号桩、8号桩复合地基极限承载力值分别为287 kPa和334 kPa，得出该场地该水泥含量桩型单桩复合地基承载力特征值不低于155.3 kPa。

表4 试验1区单桩复合地基抗压承载力汇总表

编号最大加载值最大沉降量极限荷载值相应沉降量备注536038.7931524.04水泥含量18%638945.0733931.32水泥含量18%731547.6127533.61水泥含量12%838954.3829121.28水泥含量12%

表5 试验2区单桩复合地基抗压承载力汇总表

4 结语

通过对吹填淤泥地基2个试验区的试验研究可以看出：

1)粉喷桩对吹填淤泥加固效果明显，且工期短。2)水泥掺量对单桩承载力影响较大，掺量差在30%左右时，单桩承载力差值可达到15 kN。3)间距小、水泥掺量小的粉喷桩单桩复合地基承载力与间距大、水泥掺量大的地基承载力相差无几，调整粉喷桩间距的大小，可以充分的发挥桩间土的作用。