□ 刊發(fā)于《中外建筑》
2005年第3期
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粉噴樁復合地基在軟弱地基處理設計中的應用
陳宇
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Application of powder spraying stake complex foundation in the design of soft base transacting
陳宇
Chen Yu
摘 要： 本文通過工程實例，介紹了粉噴樁復合地基在工程設計中的應用情況和幾點體會，供同行們在軟弱地基處理設計中參考。
關鍵詞： 粉噴樁；復合地基；工程設計
Abstract: This text through project instance , introduce powder gush out compound ground application situation and some experience in engineer－ing design, for the counterparts to consult while dealing with the design in the weak ground .
Key words: silt-spray pile composite foundation engineering design
中圖分類號：TU471.8
文獻標識碼：A
文章編號：1008-0422(2005)03-0056-02
1 前言
眾所周知，水泥粉噴樁是以水泥干粉作為固化劑，通過專用機械設備由壓縮氣體將粉體輸送到地基中，與欲加固的軟土強行拌合，使粉體與地基軟土充分發(fā)生物理化學反應，從而形成堅硬，連續(xù)水穩(wěn)性樁體。使被加固軟土地基承載力明顯提高，以達到加固軟土地基的目的，對于粉細砂地基它還可防止砂土液化，有效改善不良地基。
粉噴樁具有如下特點:
�。�.加固成本低。由于利用了原狀土,根據(jù)不同的地質(zhì)條件,加入12%～20%的水泥固化劑,比其它地基加固法成本低。
�。�.地基加固后,無附加荷載。
�。�.樁體強度較高,其抗壓強度主要與土的種類、含水量、水泥滲入比、養(yǎng)護齡期及外加劑等因素有關。[1]
ｄ.干法施工,無需水源,不需排污,無污染。
�。�.無側向擠土問題。粉噴樁在土體中幾乎不增加體積,故不產(chǎn)生側向擠土。因此粉噴樁施工時,對鄰近環(huán)境和設施無影響,甚至可以緊貼相鄰基礎施工。
�。�.由于樁體是由攪拌葉片轉動提升并且葉片對土產(chǎn)生向下的擠壓作用而形成,所以樁體多為層狀結構,類似于巖石中的層理現(xiàn)象。
�。�.攪拌葉片轉動時,由于離心力的作用,土粒甩向邊緣,同時水泥粉由中軸一個小孔高壓噴出,因此樁體邊緣部分攪拌最充分,而中心部分攪拌不充分,導致成樁后中心部分強度比邊緣低。 粉噴樁適用于建筑物地基加固、公路地基加固、邊坡抗滑加固、深基坑邊坡支護、防滲帷幕及作為海堤地基加固等。
２ 設計計算步驟
�。保﹩螛冻休d力特征值的確定
單樁承載力特征值Ra，宜通過現(xiàn)場荷載試驗確定，也可按下式進行估算：
Ra=η*fcu*Ap
Ra= Up*∑qsi*li+a*Ap*qp
取其中小值作為單樁承載力
η———樁身強度折減系數(shù)，干法取0.2～0.3，濕法取0.25～0.33
fcu-水泥加固土在標準養(yǎng)護條件下90d齡期立方體試塊抗壓強度平均值(kPa)
Ap———樁的截面積(m2)
qsi———第i層樁周土的側阻力特征值(kPa)
Up———樁的周長(m)
li———樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度(m)
a———樁端土支承力的折減系數(shù)，一般可取0.4~0.6，承載力高時取低值
qp———樁端土未經(jīng)修正的承載力特征值(kPa)
�。玻⿵秃系鼗休d力特征值的確定
fspk=m*Ra/Ap+β(1-m)fsk
fspk———復合地基承載力特征值(kPa)
β———樁間土承載力折減系數(shù)(0.75～0.95)
m———樁土的面積置換率(%)
fsk———處理后樁間土承載力特征值(kPa)
3）在基礎底面范圍內(nèi)，樁的面積置換率的確定
m=d2/de2
d———樁身平均直徑
de———一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑
4）沉降計算
粉噴樁加固后的地基沉降估算，可參照天然地基進行，地基內(nèi)的附加應力近似采用彈性理論計算，在地基壓縮層深度范圍內(nèi)，地基土的變形由粉噴樁加固復合土層的平均壓縮變形ｓ1與樁端下未加固土層的壓縮變形ｓ2兩部分組成。
地基沉降計算公式為ｓ=ｓ1+ｓ2
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沉降計算中的壓縮模量，樁下未加固土層部分采用勘察報告書提供天然土層模量Es。在粉噴樁加固深度范圍內(nèi)采用復合地基壓縮模量，可由復合地基荷載試驗確定，也可由下列公式計算樁土復合模量：（一般實測的沉降比理論計算的沉降要小）
Esp=m*Up+(1-m)Es
Esp———攪拌樁復合土層的壓縮模量
Ep———攪拌樁的樁身壓縮模量
Es———樁間土的壓縮模量(可用天然地基土模量)
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１）工程概況：
岳陽洞庭湖地區(qū)某一辦公樓為框架結構，一層地下室，上部六層。建筑平面如圖一，工程地質(zhì)條件為：
(1)填土：大部分為雜填土，灰褐色，以粘性土為主，較密實，層厚2.30～5.20m。
(2)粘土：屬新近沉積，深灰褐色，粉粒、粘粒成分，含有機質(zhì)和極細砂，絮狀，飽和，軟塑，層厚6.80～14.10m。
(3) 淤泥質(zhì)土(夾在粘土層中)：深灰褐色，含有機質(zhì)，具臭味，絮狀，飽和，流塑，光照反應光滑，層厚1.20～3.50m。
(4)粉土：深灰褐色，粉粒、粘粒成分，飽和，軟塑，層厚約1.70m。
(5)細砂：灰白、灰綠色，成分為石英，顆粒含量超過全重的85%，其中含云母，泥質(zhì)膠結，，顆粒含量百分率14.9%，飽和，濕，松散，揭穿層厚1.0～5.20m。
2）土層工程特性評價：
填土層未固結，在開挖地下室時清除。粘土、淤泥質(zhì)土、粉土層土強度低，壓縮性高，滲透小，具有高靈敏性和流變性，因此，在軟土地基上的建筑物沉降大，沉降穩(wěn)定時間長，常會發(fā)生差異沉降，如不作地基處理，不能承受較大荷載。
細砂層屬新近沉積砂層，貫入度較其它軟土層相對較高，可作為樁端持力層。
3）方案比較：
根據(jù)有關地質(zhì)報告，如采用靜壓沉管灌注樁基礎，基礎持力層選擇細砂層。設計樁長約12m，樁徑Φ400, 計算單樁承載力特征值為170kN。由于單樁承載力低，樁數(shù)多而密布，樁基施工時的擠土及造成地面上浮都將影響鄰近樁基的樁身質(zhì)量及產(chǎn)生負摩擦力，有可能降低了單樁承載力，此外單樁多樁需要大承臺，工程造價不合理。
如采用粉噴樁（干法）復合地基基礎。粉噴樁樁長12m，樁徑Φ500,樁身水泥摻入量16%。樁距1.2m，置換率15%。計算單樁承載力特征值為110kN，復合地基承載力特征值130kN/m2。該工程基礎采用片筏基礎。工程計算沉降量為110mm，符合規(guī)范要求。該工稱目前正在施工中。
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通過這個工程項目的設計過程，有以下幾點體會：
1）該類樁基形式適用于八層(含底層雜物間)及八層以下建筑。洞庭湖地區(qū)天然軟土地基承載力特征值多為60kPa左右，經(jīng)粉噴樁處理后(置換率約為20%)，其復合地基承載力有明顯的提高，約為原天然地基值的二~三倍，可達到120～180kPa。
�。玻┒赐ズ貐^(qū)軟土地基通常有軟弱夾層，其厚度薄，不能做為樁基持力層，或勉強可作為樁基持力層，但由于單樁承載力低、樁數(shù)多、承臺大，在技術和經(jīng)濟上都不太合理，若選擇粉噴樁復合地基基礎，粉噴樁進入粉砂層，是較理想的設計方案，可較大節(jié)省工程造價。
�。常┓蹏姌端鄵饺氡纫话銥�15%左右，可根據(jù)淤泥含水率的高低，水泥噴粉量要適當調(diào)整，使土樁強度有保證。
�。矗楸ＷC粉噴樁的工程質(zhì)量，粉噴樁應嚴格按照其工藝施工和質(zhì)量管理。選擇設備技術先進，施工人員素質(zhì)高的施工隊伍，監(jiān)理、監(jiān)督部門要充分發(fā)揮其職能作用。
�。担榱顺浞职l(fā)揮樁與土的共同工作，建議在筏板與樁土之間加10～15cm厚的河卵石砂墊層。
６）為驗證粉噴樁的各項質(zhì)量指標達到設計要求，對粉噴樁必須進行隨機抽取芯樣檢測，以查明樁身質(zhì)量和樁身強度。
參考文獻：
［1］國家行業(yè)標準．建筑地基處理技術規(guī)范．JGJ79-2002。
作者單位：湖南省建筑設計院
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