高壓旋噴樁的承載原理及應(yīng)用淺析
關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁；承載；應(yīng)用
引言
高壓旋噴樁以其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的性能，設(shè)計(jì)方法，以及施工中基本不產(chǎn)生環(huán)境污染，在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，擴(kuò)底樁是在灌注樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新樁型，通過壓力或機(jī)械的方式在樁底形成一個(gè)擴(kuò)大頭，增大有效承載面積，從而提高樁端承載力，使擴(kuò)底樁成為以樁端支承為主，樁周側(cè)摩阻力為輔的樁型。在同樣樁長的情況下，可大大提高其承載力。
一、高壓旋噴擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)
1.1擴(kuò)底樁選型
擴(kuò)底樁將其上部荷載通過樁身傳遞到樁端，再進(jìn)一步傳遞到樁端下端持力層土體，故設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可將樁身等效為傳力桿件，將單樁設(shè)計(jì)簡化為樁身傳力桿設(shè)計(jì)，而擴(kuò)底基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)主要受埋深和三擊貫入度的影響，故可以將擴(kuò)底的設(shè)計(jì)用下式表示：
D=F（L，Ae，d）
式中L為樁間距（m），Ae為等效計(jì)算面積，d為等效基礎(chǔ)埋深（m）。
同一工程既可選擇大間距、埋置的基礎(chǔ)，也可選擇間距小、埋深淺的基礎(chǔ)，對擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)即為選擇最佳間距、埋深和等效計(jì)算面積Ae，使工程造價(jià)最低。
由于這三者在施工中相互影響和制約，樁型的選擇除了要考慮設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)型外，還要考慮擴(kuò)底樁的施工因素，若樁型選擇不當(dāng)會造成施工困難，增加施工成本。
1.2設(shè)計(jì)樁長確定
高壓旋噴擴(kuò)底樁的設(shè)計(jì)樁長主要考慮上部結(jié)構(gòu)荷載和樁端土層情況兩個(gè)因素。既要滿足上部結(jié)構(gòu)的荷載要求，還要便于施工。
高壓旋噴擴(kuò)底樁的持力層可以為可塑～硬塑狀態(tài)的粘性土以及粉土、砂土、碎石土。而擴(kuò)底所在的加固土層可以經(jīng)過確定為穩(wěn)定的所有土層。當(dāng)軟塑狀態(tài)粘性土、素填土、雜填土和濕陷性黃土經(jīng)過試驗(yàn)確定為穩(wěn)定可靠的土層時(shí)也可作為樁端被加固土層。
1.3擴(kuò)底旋噴樁設(shè)計(jì)
根據(jù)實(shí)際工程情況及所做固結(jié)體室內(nèi)試驗(yàn)情況，可采用底部擴(kuò)大的擴(kuò)底旋噴樁形式，上部樁徑d=60cm，擴(kuò)大頭部分直徑D=100cm，擴(kuò)底端長120cm。樁距為1.5m，以第1層為持力層，平均樁長為17m。
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，若工程采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為500kg/m3水灰比1：1～0.8：1，比重為1.49～1.60g/cm3。
水泥漿壓力為20-30MPa，空壓機(jī)壓力為0.7MPa，旋轉(zhuǎn)速度為10-20r/min，提升速度為10-25cm/min。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)參數(shù)，利用復(fù)合地基的承載力計(jì)算公式和沉降計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果表明經(jīng)過降水聯(lián)合擴(kuò)底旋噴樁加固后場地的地基承載力和沉降都達(dá)到預(yù)期要求。
二、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工
2.1施工工藝
施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和地下埋設(shè)物的位置等情況，復(fù)核高壓噴射注漿的設(shè)計(jì)孔位。
1.定位
在施工過程中，必須采用跳打法以防止孔間串漿。移動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)到指定樁位對中，同時(shí)保證鉆機(jī)的垂直度，以使鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)垂直度。鉆機(jī)就位后，再作水平校正，使其鉆桿軸線對準(zhǔn)鉆孔中心位置。鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并應(yīng)保持平穩(wěn)、水平，樁架垂直，施工時(shí)旋噴桿的允許傾斜度不得大于1.5%。
2.鉆孔：
鉆機(jī)就位后，開啟鉆機(jī)鉆孔，保證鉆機(jī)鉆孔的位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50mm。鉆進(jìn)過程中要記錄完整，對巖性、孔深、鉆桿數(shù)量、長度、塌孔、掉塊、漏漿的深度和時(shí)間記錄詳細(xì)，終孔后用砂袋塞住孔口，以防止雜物掉入孔內(nèi)。鉆孔設(shè)備采用GD-2型和G-2A型鉆機(jī)進(jìn)行施工。
3.插管
鉆孔完畢后，拔出芯管，插入噴射注漿管至預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力不超過1Mpa。
4.噴射注漿
噴射注漿管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射注漿，注漿時(shí)注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等是否符合設(shè)計(jì)要求，并做好記錄。注漿管分段提升時(shí)注漿搭接長度不小于100mm。冒漿量小于注漿量20%為正常，超過20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)措施：
冒漿量過大，可提高噴射壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。
地層中較大空隙，出現(xiàn)不冒漿現(xiàn)象，可摻入速凝劑，縮短固結(jié)周期，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)固結(jié)；在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常噴漿。
5.成樁
成樁完畢，將注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿，可用水代替漿液在地面上噴射，以使泥漿管、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排出。移動(dòng)樁機(jī)至下一樁位繼續(xù)施工。
6.高壓旋噴樁施工工藝流程圖
若工程采用425#普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為550kg/m3，水灰比1：1～0.8：1，比重為1.49～1.60g/cm3。
水泥漿壓力為15MPa，空壓機(jī)壓力為0.7MPa，旋轉(zhuǎn)速度為10-20r/min，提升速度為20cm/min，其中在擴(kuò)底部分水泥漿壓力為25MPa，空氣壓力為0.8MPa，選擇速度為25r/min，提升速度為25cm/min。
2.2高壓旋噴樁施工保證措施
�。�1）測量放線由專職測量人員負(fù)責(zé)測量放線及樁位的定位。
�。�2）樁機(jī)必須端正、穩(wěn)固、水平、用經(jīng)緯儀保持垂直度。
�。�3）旋噴前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。噴射時(shí)，鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷，拆卸鉆桿連續(xù)旋噴時(shí)，要注意保持鉆桿有0.1米的搭接長度，不得使噴射固結(jié)體脫節(jié)。
�。�4）漿液配制必須按規(guī)定的配合比進(jìn)行配制。
�。�5）開挖溝槽及清障時(shí)，要控制好溝槽兩邊尺寸，以便設(shè)備的就位。
�。�6）攪漿系統(tǒng)要保持完好，準(zhǔn)備好備用泵等設(shè)備。
（7）對開槽及溢出的泥土要及時(shí)清運(yùn)，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。
三、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工監(jiān)督和質(zhì)量控制
3.1施工質(zhì)量控制與管理
高壓旋噴樁加固地基屬于隱蔽工程，施工時(shí)不能直接觀察它的質(zhì)量，但可以通過施工過程中各工序的操作、工藝參數(shù)和漿液濃度等因素的實(shí)際執(zhí)行情況以及土層的各種反應(yīng)（冒漿量大小和冒漿濃度、冒漿的通道位置、土開裂狀態(tài)等）來控制高壓旋噴樁的質(zhì)量。
1．孔位
應(yīng)專人負(fù)責(zé)孔位的放線定位工作，鉆孔前需復(fù)合孔位，誤差不得大于5cm。
2．樁體深度
鉆孔時(shí)必須有鉆孔深度記錄，技術(shù)負(fù)責(zé)人要核對注漿管深度和鉆孔深度是否相符，鉆孔的垂直度必須等于或小于設(shè)計(jì)要求。
3．水泥漿配比控制
水泥漿配比是影響旋噴樁質(zhì)量的重要因素，因此要嚴(yán)格加以控制。可以用比重稱或比重計(jì)來抽查水泥漿是否復(fù)合設(shè)計(jì)要求。在工程中，使用便攜式DA-130N比重計(jì)，每天對水泥漿配比進(jìn)行抽查檢驗(yàn)。
4．冒漿的處理
由于旋噴樁現(xiàn)場會產(chǎn)生較多的冒漿，因此要及時(shí)的進(jìn)行處理。一方面及時(shí)排運(yùn)出冒漿保持現(xiàn)場干凈，或加以回收再灌入；另一面可透過冒漿出現(xiàn)的時(shí)間、冒漿中含土的種類和數(shù)量，水泥的含量和冒漿的多少等現(xiàn)象，間接了解高壓旋噴樁質(zhì)量，這是在施工過程中調(diào)整高壓注漿參數(shù)的重要依據(jù)之一。
5．噴射方向、提升速度的控制
高壓旋噴樁的噴射方向、提升速度和旋轉(zhuǎn)速度也是影響高壓旋噴樁樁身質(zhì)量的關(guān)鍵因素，直接影響樁身的強(qiáng)度和直徑。特別是高壓擴(kuò)底旋噴樁，在擴(kuò)底部分一定要按照設(shè)計(jì)要求控制提升速度和噴射壓力，以保證擴(kuò)底樁的質(zhì)量。因此，按照設(shè)計(jì)的要求，在施工過程中，監(jiān)理單位組織了專門的人員對此進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)控，并制定了嚴(yán)厲的處罰措施。
3.2質(zhì)量監(jiān)測和檢測
3.2.1質(zhì)量檢查的內(nèi)容
1．固結(jié)體質(zhì)量檢查
檢查樁體的整體均勻性、垂直度、有效直徑或長度、寬度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)和耐久性等項(xiàng)測試。
2．注漿效果試驗(yàn)
3．工程質(zhì)量測定
包括建筑物沉降，樁身質(zhì)量檢測等。
3.2.2檢測數(shù)量
每個(gè)建筑工程噴射注漿處理后，不論其規(guī)模大小，均應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量為高壓旋噴注漿施工總孔數(shù)的2%～5%，少于20孔的工程，至少要檢驗(yàn)2個(gè)點(diǎn)。檢驗(yàn)不合格者，應(yīng)在不合格的點(diǎn)位附近，進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效的補(bǔ)救措施，然后進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)點(diǎn)的位置應(yīng)重點(diǎn)布置在建筑工程的關(guān)鍵地方，如承重大、幕墻中心線等地方。檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在噴射注漿后28天后進(jìn)行。
3.2.3質(zhì)檢方法
質(zhì)檢方法有開挖檢查、鉆孔取芯、旁壓試驗(yàn)、標(biāo)貫、動(dòng)力觸探、載荷試驗(yàn)、透水試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和其他破壞性試驗(yàn)等9種方法。
《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79－2002）規(guī)定：高壓旋噴注漿可根據(jù)工程要求和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)采用開挖檢查、取芯、標(biāo)貫、載荷試驗(yàn)或圍井注水試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn)，并結(jié)合工程測試、觀測資料及實(shí)際效果綜合評價(jià)加固效果；豎向承載力旋噴樁復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)和單樁載荷試驗(yàn)；載荷試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)條件時(shí)，并宜在成樁28天后進(jìn)行。檢查數(shù)量為樁總數(shù)的0.5%～1%，且單體工程不應(yīng)小于3點(diǎn)。
四、高壓旋噴擴(kuò)底樁施工安全保證措施
�。�1）施工場地內(nèi)保持清潔，各工點(diǎn)設(shè)標(biāo)牌，標(biāo)明負(fù)責(zé)人，工程項(xiàng)目等，建成文明施工工地。
（2）按照施工組織設(shè)計(jì)的平面布置圖，認(rèn)真搞好施工現(xiàn)場規(guī)劃，做到布局合理，井然有序，施工現(xiàn)場的臨時(shí)用電和排水設(shè)施安裝要規(guī)范安全可靠。
�。�3）施工場地內(nèi)各種材料要分類堆放整齊，掛設(shè)標(biāo)牌，標(biāo)明材料規(guī)格、產(chǎn)地等，不同材料不能混放。各級負(fù)責(zé)人及工作人員一律掛胸牌上崗。
（4）施工現(xiàn)場要設(shè)醒目的安全標(biāo)語和安全警示標(biāo)志，提示行人注意安全。
�。�5）施工時(shí)，注意保護(hù)環(huán)境，采取措施不壓縮、不侵占、不污染水溝及河道，保護(hù)水源，保護(hù)樹木、植被。運(yùn)輸?shù)缆�、便道�?yīng)灑水防塵，防止污染環(huán)境。
�。�6）電纜穿越易受機(jī)械損傷的場所時(shí)加設(shè)防護(hù)套管，且嚴(yán)禁用金屬裸線作綁線。
�。�7）配電箱內(nèi)的開關(guān)電器與配電線路一一對應(yīng)配合，開關(guān)箱與用電設(shè)備之間實(shí)行“一機(jī)一閘”制，禁止“一閘多機(jī)”。且開關(guān)箱的開關(guān)電器的額定值與用電設(shè)備額定值相適應(yīng)。
（8）所有配電箱、開關(guān)箱在其箱門處標(biāo)注其編號、名稱，用途和分路情況。
�。�9）所有配電箱、開關(guān)箱、電氣線路、用電設(shè)備和保護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢查處置均由電氣專業(yè)人員完成。檢查、維修周期每月至少一次，每次檢查均按規(guī)定做好專門的臺帳記錄。
�。�10）正確使用個(gè)人勞動(dòng)保護(hù)用品，進(jìn)入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽，在設(shè)有防護(hù)設(shè)施的高空作業(yè)時(shí)，必須栓好安全帶。嚴(yán)禁穿拖鞋、光腳、赤膊等進(jìn)入工地。
五、結(jié)論
高壓旋噴樁以其經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工程性能以及施工過程中基本不產(chǎn)生環(huán)境污染的良好工程特性在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)底樁是在灌注樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新樁型，它是通過機(jī)械設(shè)備提供的壓力在樁底形成一個(gè)擴(kuò)大頭，增大有效承載面積，從而提高樁端承載力，使擴(kuò)底樁成為以樁端支承為主、樁周側(cè)摩阻力承載為輔的樁型。在相同樁長情況下，其承載力得到大大提高。
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