高压灌浆钢管桩复合地基荷载试验及结果分析

任 航

在地基处理中,复合地基应用越来越广泛,而高压灌浆复合地基在岩土工程领域中的应用也越来越多,并解决了一批其他施工方法难以奏效的困难地基和复杂工程问题。高压喷射灌浆加固地基技术,主要适用于软土土层,如残积层及人工填土等。我国的实践证明,砂类土、黏性土、黄土都能进行喷射加固,效果较好,解决了小颗粒土不易注浆加固的难题。由于本工程土层结构较为复杂,所以采用高压喷射灌浆复合地基,为研究其地基的实际变形特征,对该高压灌浆复合地基进行了单桩复合地基静载荷试验,并依据试验结果,确定P—S曲线,对地基沉降量进行研究确定单桩复合地基承载力特征值和变形模量。

1 工程概况

该工程为贵州开磷集团剑化异地搬迁技术改造工程——30万t/年合成氨项目(醇化氨合成)地基处理工程,该工程场地属溶蚀中低山地貌,地势较高,岩性单一,岩层呈单斜构造。场地内土层有素填土(全场分布较广,由块石、碎石及少量黏土混成)、红黏土(压缩性较低、承载力较高,厚度埋深较大);岩石为泥质石灰岩(呈较破碎～较完整中风化Ⅳ级岩体基本质量等级,全场分布,厚度较大,强度高),土层与岩石的分布范围、结构特点、建筑性能等都有较大差异。地下水处于补给区域,场地地下水浅层为上层滞水和深部岩溶裂隙水,地下水径流方向从北向南,地下水埋藏较深。该工程场地采用高压灌浆加固复合地基,φ108钢管桩群,桩距1 200 mm,桩长7 000 mm～8 000 mm。试验压板面积为0.32 m2(圆形),复合地基承载力设计值275 kPa。

2 复合地基静载荷试验方法

1)本次试验按照JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A的要求进行;试验采用堆载法;本试验的反力装置采用堆载法提供反力,堆载提供的反力约为350 k N;检测设备主要由2 000 kN油压千斤顶、位移传感器及连接组件组成。静载试验装置见图1。2)单桩复合地基刚性承压板采用直径d=0.63 m的圆板,压板面积为0.32 m2。3)根据复合地基承载力设计标准,加荷等级为10级～12级,最大加载压力不小于设计要求的2倍。4)沉降观测:每级加载前后,各读记压板沉降量一次,以后按10 min,10 min,10 min,15 min,15 min,30 min,30 min等时间间隔记录。当连续2 h内,每小时的沉降量小于0.1 mm时,则认为已趋于稳定,可加下一级荷载。5)当出现下列情况之一时可终止加载:a.沉降量急剧增大,土被挤出或承压板周围出现明显的隆起或裂缝;b.承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%;c.当达不到极限荷载,而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。6)卸载及观测;卸载级数为加载级数的一半,等量进行,每级卸载后,间隔0.5 h读记回弹量,待卸完全部荷载后间隔3 h读记总回弹量。

3 复合地基承载力特征值及变形模量的确定

4 试验成果整理及分析

4.1 试验结果

单桩复合地基静载试验结果见表1。

表1 单桩复合地基静载试验结果

4.2 试验结果分析

本次压板载荷试验加载至预估的极限荷载,在加载过程中,三个试点每级加载17 kN,每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载。当1号试点 P=551 k Pa时,相应的沉降量为 2.16 mm,当2号试点 P=551 kPa时,相应的沉降量为 2.88 mm,当3号试点P=660 kPa时,相应的沉降量为 5.17 mm。

根据规范JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范,当P—S曲线上有明显的比例界限时,可取该比例界限所对应的荷载作为复合地基的承载力特征值。对1号试点进行加载时,压板开始下沉,当P=265 kPa时,出现明显拐点,可视为比例界限Pcr,相应沉降 S=0.17 mm。再对2号试点进行加载,压板开始下沉,当 P=276 k Pa时,出现明显拐点,可视为比例界限 Pcr,相应沉降 S=0.60 mm,同样对3号试点进行加载,当荷载P=330 k Pa时,在P—S曲线中出现明显拐点,则该点可视为比例界限 Pcr,相应沉降 S=0.86 mm。复合地基静载荷试验结果汇总表见表2。根据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中规定,本次试验试点数量为3个点,复合地基承载力其极差不超过平均值的30%,取其平均值为复合地基承载力特征值。

表2 复合地基静载荷试验结果汇总表

5 结语

1)试验成果表明,高压喷射灌浆技术是处理非均匀地层和特殊地层地基加固的一种有效技术手段。2)根据该工程场地地质条件和施工条件,以及岩、土埋深情况,采用“钢管桩+高压灌浆”技术进行施工,以高压灌浆将钢管桩周围密实的素填土凝结成一体,使土层内的土洞、部分缝隙得到填充,进一步提高其地基承载力,加大素填土的摩擦力,控制基础的沉降量和沉降差,以满足设计的要求。3)经过试验结果分析,该复合地基承载力特征值 fspk=290 kPa,复合地基变形模量 Eq=83.6 M Pa,满足承载力要求,达到地基处理技术规范标准,大大提高了填土地基整体的均匀性及稳定性。4)采用高压喷射灌浆技术处理地基方案是合理的,但是水泥用量过大,易造成大量水泥浪费,也增加了排污工作量,尚需不断改进和完善施工工艺。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[3] DB 22/46-2004,贵州建筑岩土工程技术规范[S].

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