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1、粉喷桩在榕江大围堤防工程软基处理中的应用第2期2007年4月广东水利水电GUANGD0NGWATERRESOURCESANDHYDROPOWER粉喷桩在榕江大围堤防工程软基处理中的应用王斌(揭阳市水利水电设计院,广东揭阳522031)摘要:简述粉喷桩处理软基的一般设计模式,施工技术要点及应用效果,并结合工程实例着重介绍其在设计,施工及质栓中采用了室内配合比试验及现场抽芯检测相结合的作法,为设计提供合理依据,为质栓提供可操作性,方便施工,值得借鉴,可以在类似工程中推广使用.关键词:粉喷桩;软基;配合比试验;抽芯检测;应用中图分类号:TU447文献标识码:B文章编号:1008-O112(2007)
2、02-0059041工程概况广东省揭阳市榕江大围榕城北堤段工程(以下简称北堤工程),位于揭阳市榕城区,榕江北河中下游的右该堤段均为新建堤段,原堤址河岸沿线地势平坦,场地平面布置图(梅东大桥以东堤段桩号K6+372一K8+2.O0m(珠2.71m(P=2%).由于该堤段地质情况较为复杂,地层变化大,堤基存在较厚的软弱淤泥层,而软土地基作为一种常见的不良地基,它给堤防工程建筑物造成极大的危害,因此,该堤段采用了水利工程中较为常见的粉体喷射搅拌法(简称粉喷法)加固软土技术处理堤基,以达到提高堤基承载力及满足堤身的变形要求,从而保证堤防工程的安全.图1榕江大围北堤工程梅东大桥以东堤段平面布置,13;修
3、回El期:2007-02-03作者简介:王斌(1968一),男,本科,高级工程师,副院长,总工,从事水利水电工程规划,设计工作.-59?2工程地质条件层,钻孔揭露土层自上而下为:人工填土,成分主要为杂填土和素填土构成,未固结或松散,厚度较薄,平均厚度为0.42nl;粘土,灰黄色,软塑,厚度较小,部分尖灭,平均厚度为0.62m,属中压缩性土;淤泥,灰黑色,饱和,流塑,含少量腐植质,砂及少量贝壳,平均厚度为11.58m;粉质粘土,灰白色,软可塑,含中细砂,属4.50Ill;粉细砂,松散至稍密状态,灰白色,级配不良;粗中砂,灰白色,中密的物理力学性质指标见表1,工程地质剖面图(纵向)见图2.表1地基
4、土物理力学性质指标呼惜一错,'ZKnt-io象ZKl21Kl_0tZKn-2.vZK12l_-0n70L'-t'o?l¨'I3.40?罂挎.jx,一-I¨?zI【I】,ZKl¨A=I9.4l8.3-200ZXll一7里到茔图2工程地质剖面(纵向J3地基处理设计方案的确定与设计根据对该堤段堤型设计断面的初步分析和多方案比较后,选定采用钢筋混凝土防洪墙结合墙后填土的复合堤型结构,考虑到堤基土层的地质条件,根据确定的堤型断面,新建堤身防洪墙高度及填土高度较大(大部分超过3.0m),作用于防洪墙的基底应力也较大,其相应要求的地基允许承载力为
5、90110kPa(随防洪墙的高度而变化),均大于浅层地基土承载力标准值85kPa,此,防洪墙采用天然地基是不合适的,而应考虑采用浅基处理或桩基础.此外,由于城市堤防工程对堤身的沉降变形和地基的防渗要求较高,故采用较为简单的去土换砂的方法难以满足设计要求,而根据本地区及邻近地区类似工程的经验,经对采用钻孑L灌注桩,打入式预制桩及粉喷桩处理堤基的方案进行技术经济等的综合比较.经比较,认为粉喷桩具有工程造价低,施工噪声低,?60?振动干扰小,无弃土弃渣污染环境等优点,并能适合类似该堤防工程对地基要求不太高的条件,但须进行地基改良处理.设计前,根据对该堤段地质勘察资料成果的分析,初步确定所采用粉喷桩桩
6、端以第层粗中砂层作为基础持力层.在地质勘察钻孑L的同时,取出各土层原状土样通过室内配合比试验,提供合理的固化料种类和配方,以及加固土可靠的物理,力学性质参数,由试验确定水泥加固土的无侧限抗压强度值,作为粉喷桩地基处理的设计依据.水泥土配合比抗压试验成果见表2.根据地质土层的分布情况,采用现行建筑地基处理土层的地质物理性状不同对粉喷桩加固地基成桩的水泥土强度影响变化较大,特别是土层的含水量和腐植质含量对桩身强度影响较大,因此,取原状土样进行室内水泥土的配合比试验是很有必要的.设计要求粉喷桩采用桩径为500mm,90d龄期单轴无侧限抗压桩身强度为2100kPa,设计单桩竖向承普通硅酸盐水泥掺入比为
7、l8%时,其平均抗压强度为2350kPa,满足设计要求.由于该堤段淤泥软土层较为深厚,且此类软土含水量高,压缩性大,承载力低,遇地震易软化,抗剪强度和搅拌桩作为柔性桩的复合地基一般设计成格栅状,将软土封闭成较小面积的格室,可有效防止软土受力后流动,形成的复合地基承载力可达130220kPa,且能更有效地减少地基沉降量,均化和增加抵御不均匀沉降的能力.因此,粉喷桩处理堤基,将基础平面布置成近似格栅状的复合地基,见图3.由基础布桩的形式,合理确定置换率和总桩数,反推复合地基容许承载力,确定粉喷桩置换率为30.2%,复合地基允许承载力为220kPa,大于建筑物基底压力,满足设计要求.翕品图3粉喷桩基
8、础处理布置单位:mm4施工技术要点由于本堤段堤基为软弱淤泥土层,具有含水量高,详细的T程地质,水文地质等资料的基础上,综合了解堤址地形,地貌等现状特征,在粉喷桩施工前应准备施工场地的工程地质报告,土工试验报告,室内配合比试验报告(7d龄期)及粉喷桩设计主要尺寸资料,并注意以下施T技术要点:1)为有利于粉喷桩桩机的正常施工与操作,施工场地需先进行平整,清除地表一切障碍物,然后回填中砂填筑桩机平台,以满足桩设计停灰面标高以上覆土层厚不少于50cm的要求.2)施工前,应在现场取原状土作配合比试验,为现场施工和抽检提供依据.3)施工前,施工人员根据设计所要求的每根桩均匀喷粉的喷粉量,按采用"
9、两喷四搅"的施工工艺流程进行操作准备.4)喷粉或喷气时,当气压达到0.45MPa时,管路可能堵塞,此时应停止喷粉和钻进,查明堵塞原因,及时排除.5)钻头钻至设计深度,应有一定的滞留时间,以时,滞留时间为23min.'6)整个制桩过程因故出现断粉,应及时补喷,补喷重叠长度不得小于0.5m.7)粉喷桩施工接近地面标高时,地面以下1m范围内喷粉,搅拌,提升应用慢速,当喷粉即将出地面时,宜停止提升,搅拌数秒钟,以保证桩头搅拌均匀和密实.8)粉喷桩施工完成30d后,才能进行上部结构施工.5施工质量检测与工程观测1)粉喷桩按规范在成桩后7d内抽取2%桩数采用轻便触探(N10)检查桩的质量
10、,触探点在桩径方向1/4处.共检测400根桩,检查结果为:当贯入100mm,N10击数均超过规范要求的10击,其中7d最大可达62击,达到设计要求.2)对成桩28d后的粉喷桩进行抽芯取样检测,抽检比例约为2%o(每5个单元堤段5×16m取1根桩),共检测40根桩,检查结果为:桩体抗压强度在26533536kPa之间,超过设计桩身强度值2100kPa,并大于桩身允许承载力1200kPa(强度折减系数0.57),符合设计要求.抽芯检测结果见表3.3)梅东大桥以东堤段工程于2002年5月份完工.在堤身横断面防洪墙顶,堤中心填土面及堤内侧石墙顶各设置1个变形观测点(一般沿堤线每200m布设)
11、,见图4.通过3年多的观测,绘制堤身实测沉降量?61?沉降量分别为6mm,24mm及12mm,其中,防洪墙的最大沉降量为9mm,最小为3mm,一般为57mm,均比墙后堤身填土面的沉降量小.此外,据观测,防洪墙的分缝沉降差在4mm以内,不影响防洪堤结构的安全,满足设计要求.表3抽芯检测成果一,审内墙嚼帖I17耷骊皇塑皇I奎_7量L2(叮【ll善图4观测点平面布置示意单位:mm8?一堤身填土一O-内石墙't3"防洪墙Bl2l824303642时间t/H图5堤身实测沉降时间曲线注:本沉降资料采用广东省海堤工程设计导则(试行)(DB44/1822004)中双曲线法拟合,沉降量基本符合
12、一般情况;图中t为竣工后某一时间,从加荷起止时间的中点算起,月.6结语1)北堤工程总长4.6km,堤基处理实际完成粉综合单价为54元/延米,按此单价计每m堤长堤基处理的综合造价为3200元,而按同等标准要求地基达到设计标准采用砼预制管桩,钻孔灌注桩或其他如真空预压法处理处理堤基,其每m堤长造价均超过粉喷桩处理.62.见,粉喷桩加固软弱地基技术在该项工程的应用取得良好的成效,并节约了工程投资.2)在城市防洪工程的软基处理中,由于城市堤岸沿线原有建(构)筑物分布密集,部分堤段还由于施工场地条件差,堤基处理施工线长和工程量大,在此施工条件下采用深层搅拌钻孔成桩技术,对地基及周围建筑物扰动小,施工中振
13、动小,噪声低,无污染环境,有良好的社会效益.施工作业安全可靠,施工操作工艺简单,机械设备要求较低,工程造价低,有着显着的经济效益.3)该堤段工程在设计,施工及质检中采用了以钻孔取原状土样作水泥加固土的室内配合比试验及现场钻孔抽芯制成标准试块,做加固土岩芯的无侧限抗压强度试验,为设计采用合适的水泥掺入比所确定的加固土抗压强度提供依据,为施工提供便捷条件,为质检提供可操作性.4)粉喷桩处理高含水量,高塑性的软弱地基,由于其作为一种复合地基,能较好地与堤基土层相协调,差较小,与墙后无地基处理的堤身填土相比,其沉降量明显较小.因此,北堤工程的粉喷桩处理堤基,不失为一种处理堤防建筑物软基的好方法,可以在类似地质条件的水利工程中推广应用.参考文献:1杨光煦.堤坝及其施工关键技术研究与实践M.北京:中国水利水电出版社,2000,1921.2薛殿基.粉喷桩设计与施工M.郑州:河南科学技术出版社,1997,2122.坞6O目豸哪鞋翳藤林