深层搅拌法在超软弱港口地基上的工程应用.docx

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1、文章编号：100223682 (2003)0120008206地基上的工程应用地基上的工程应用深层搅拌法在超软弱港口曹永琅泗工程公司，天津300456）（1.南京水利科学研究院，江苏南京&!（）（）密;Q摘要：某港口堆场地基上部5.0 m系吹填而成，地表下18 m范围均属软土，经真空预压初级加固后地基承载力仅在8090 kPa,局部区域上部淤泥土层土性指标较差，含水量大于50 %，地基承载力不足60 kPao为了使地基达到230 kPa的承载要求，设计采用深层搅拌法加固 超软弱地基。通过现场成桩工艺试验和检测表明，桩身水泥土强度在90 d龄期时大于1. 80 M Pa,单桩承载力标准值大于15

2、0 kN，以5 600桩径、桩长13. 5 m、置换率为0. 308和5 500 桩径、桩长13. 5 m.置换率为0.267两种方案布置的复合地基承载力标准值均超过了 230 kPa的设计要求。试验结果表明，深层搅拌法在港口超软弱地基上应用只要施工工艺适当，完 全可以使地基承载力提高23. 5倍以上，从而节省大量的工程投资。关键词：深层搅拌桩;水泥土强度;单桩;复合地基；承载力标准值中图分类号：TU753 文献标识码：A深层搅拌法是将固化剂（主要用水泥）、外加剂和定量的水拌制成浆液，用挤压泵将 配制好的浆液经管路和钻头喷嘴喷出，利用搅拌机械使浆液和加固土强制拌合成水泥 土,通过水泥和土的一系

3、列物理化学作用，形成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥 土搅拌桩。它既可单独成桩，又可根据需要塔接成壁墙状、格栅状或块体状，用于加固软 弱地基（形成复合地基）、地基土液化处理或基坑支护（作为挡土挡水护坡构筑物）。它具 有不扰民、施工占地面积小、成桩效率高和费用低等特点，通常在旧城改造，尤其是在建 筑物密集、场地狭小的地段加固楼房软基，其优势较为明显。目前，我国己广泛应用此法加固港口堆场、公路、油罐及房屋软基和基坑围护等，均 取得了良好的效果。但以往成功的经验以搅拌桩复合地基的承载力低于15（） kPa的较 多，当复合地基承载力和变形要求较高时，一般都要通过室内和现场试验，以确定深层 搅拌法的适

4、用性，并通过现场成桩工艺试验来进一步确定设计参数和施工控制指标。收稿日期：2002211228作者简介：曹永琅（19622）,男，高级工程师，主要从事环境岩土工程及基础工程研究。溥咨珈5%颁屈制函知:纨 aLEMii醐5罗涮is第.我国北方某港口堆场地基纯系在原天然软土地基上吹填而成，所形成的地基为超 软弱软土地基，其承载力不足40 kPa,整个场地根本无法上人和机械进行施工。后经人 力铺设荆芭和回填一定厚度的粉土作为垫层，用轻型插板机打设排水板，先期采用真空 预压加1.5 m的履水，预压3个月后地基承载力由40 kPa提高到了 80 90 kPa,但仍 满足不了堆场轨道梁地基230 kPa的

5、承载要求和堆场稳定要求。1试验区土质条件为了探讨采用深层搅拌法加固真空预压后软土地基的可能性，验证设计澄并进 一步为设计提供技术指标，确定最佳施工工艺和施工参裕有必 履法的现 场试验研究，并通过检测来确定复合地基的承载期准慎试验区土质条件与拟建轨道梁R地基性质相近，该区己完成真空预压初级加固，但 就地表1. Om以下的吹填土层而言，因其固结性能较差，在设计的预压荷载下其加固效 果仍不理想，因此试验区土质条件较差。根据钻探资料揭,试验区地基自上而下大致可 分为4个工程地质单元体，单元体I为回填土层，厚2 0 m左右，系真空预压加固前 的工作垫层及加固后地面下沉补填的粉土层；单元体为海相吹填的淤泥

6、及原地基 的淤泥质粘土，厚5 A 7. 0 m ;单元体？为粉土，厚卜3 m ;单元体K为淤泥质粉质 粘土,厚卜3 m。除回填土和吹填土外，其余均为天然地基土，另在单元体I中及与 之间有两层荆芭。试验区各土层经真空预压加固后的主要物理力学性指标见表1。表1试验区土层的主要物理力学性指标层称土名单元体液指性标决-力 也聚 凝a7/ IC擦UZKt- I 快-JW5 上内角 固一聚炉凝CM 擦UZ 剪一:?uI粉土21.820.30. 6226.3-8. 38. 022. 215. 026. 6-f f淤泥50.017.61. 34246.222. 423. 85. 62. 4-?粉土27.619

7、.60. 7623.0-6. 6-929. 873淤泥质粉K35.218.70. 9834.6-16. 220. 010. 013. 016. 4352搅拌桩的设计试验区搅拌桩采用2种布置方案。方案I:桩径5 500,桩长13 5m,纵向间距1. 0m,横向排距Q 85m,三角形布置, 设计置换率为0.267o方案”：桩径5600,桩长13.5m,纵向间距1.2m,横向排距0.85m,三角形布置， 设计置换率为0.308o水泥搅拌桩设计要求为：加固后复合地基承载力标准值f*,k不小于230 kPa,单桩承 载力标准值不小于150 kN,桩身水泥土无侧限抗压强度qu不小于1. 80 M Pa (

8、龄期 90 d)o3现场成桩工艺试验十试验施工所用机械为37kW的单轴懑2- 15型 水泥浆制备与泵送系统，浆泵排量在儡为Q EQ 9n/in。 搅拌机转速为57 rnino襄翼3. 2水泥土配比根据室内试验结果，桩身水泥掺入比不小于被加固土重的17 %o水灰比0. 50,使用 山铝牌425：早强型新鲜水泥。因施工时正逢冬季，外加CaCh防冻早强剂。3.3施工工艺试验区地基经真空预压加固后的排水板仍在土中，地面下A 3 m有两层荆芭存 在，故在第一遍预搅时先把排水板和荆芭提出孔位，再空搅下沉到设计标高;提升喷浆， 提升速度控制Q知。9m顶iin,到顶后再以Q 6m顶iin的速度复搅下沉，又以Q

9、知。 9mjnin的速度提升喷浆;到顶后以喷浆提升速度再复搅两次完成制桩。浆泵排量控制 在2A 25 L顶in,浆液比重为L 9A 1. 95。3.4成桩工艺施工及试验检测本试验区共完成方案1 5 500桩径搅拌桩40根，方案I 5 600桩径16根，累计实施 成桩工艺试验桩56根，分4种工艺施工。按设计拟定的检测方案进行：(1)全长抽芯，观 察水泥土芯样的颜色是否一致，搅拌是否均匀，桩体是否连续；(2)标准贯入试验和轻便 触探试验；(3)无侧限抗压强度试验，测定桩身水泥土强度；(4)单桩载荷试验和单桩及 双桩复合地基载荷试验，确定搅拌桩单桩及复合地基的承载力标准值。4加固效果检测4. 1桩身

10、质量与检测效果通过14, 28, 60, 90 d的现场取芯质量检测，发现除个别工艺的试验桩外，绝大部分 试验桩桩体均匀，取芯率高，岩芯完整，强度较大；但由于上部吹填土层本身强度较低, 含水量又高，比较而言，该层土的水泥土强度稍低，经7 d内的轻便触探检验,Nio3O 击，按YBJ 291给定的参数值，水泥土 4 M Pa。但以“双管双动”取芯管钻取水泥 土芯样经室内无侧限抗压强度试验测定,28 d时q- 0. 3 0. 5 M Pa, 60 d时q- 0. S膀USSX旎临dtoi每颁tnnte瓠顽L Kfe瑜gis瓦阻肥璃知我1L痛典鞘sai瑚 此站谓龄渤魂霸 0.8M Pa,显然低于触探

11、测定值；可见，“双管双动”钻取水泥土芯样时对水泥土原生结构 的扰动较大；如果采用“双管单动”取芯管钻取芯样,8() d时实测的水泥土无侧限抗压强 度q= 1.521.87 M Pa,明显要高于60 d时的“双管双动”芯样测定值。这时，因水泥土 强度随龄期有一定的增长外，可以肯定的是“双管单动”法所得到的水泥土强度测定值 更接近于其实际强度值。值得说明的是，试验区搅拌桩施工时正逢北方寒冷的冬季，负温期达20 菇,通常 水泥土在负温条件下其强度几乎不增长，因此在计算水逸土龄殁憋即 上述80 d龄期实际上只有60 d左右。即60 d时冠铲簸 己嘶按室 内试验得到的水泥土强度增长规律,螭褫技为6()

12、d时的 1. 3倍,即伽的推算值己大于L要求。4. 2复合地基承载力试验试验区共进行单桩承载力试验3组(5 600 一组,5 500两组)，复合地基承载力试验 6组,其中双桩复合4组，单桩复合2组(5 600和5 500桩径各3组)。由现场载荷试验实 测资料绘制的其中6组尸处曲线见图lo图1搅拌桩复合地基P2S曲线(1) 承载力基本值确定方法由P2S曲线确定承载力标准值，按规范可采用3利方法:极限荷载法；拐 点法;(3)相对变形法。从图1可见，复合地基现场载荷试验曲线均为一条比较平缓的光 滑曲线，一般看不出有明显的拐点，相邻两级压力所对应的沉降量之比又无一定规律, 因此只能根据JGJ 7929

13、1附录一规定的沉降比(压板平均沉降量s与压板宽度或直径 /之比)来确定复合地基的承载力基本值。由于压板为矩形,故压板直径宜折算成面积相 等的等效圆直径。岭N澎j阈瞄师g岛ft谥谕蛎皿5现郁曲血g 血曝制血龄蹄藏1阪潴如黛按“相对变形值”确定复合地基承载力基本值时，规范规定“深层搅拌桩或旋喷桩复 合地基，可取或=Q 004 Q 01所对应的荷载”为承载力基本值。通常对于刚性大的 旋喷桩取低值，而对半刚性的搅拌桩地基，为了充分发挥桩身强度促使桩身强度与按地 基土摩擦力确定的承载力相协调，让桩与土共同作用并产生等同的变形时，一般取 高值。由于本试验区载荷板下2倍直径范围内均为软土，故/取。01。(2

14、) 承载力标准值的确定由此按试验实测数据确定的各单桩和复合地基的承载力基本值见表2o表2单桩及复合地基承载力基本值组别序号桩号桩径桩:长最大 荷载承载力指标龄 期 fi承压板面 积顶- 2置换率 ac_/最大沉Q 01 s_fl之。01 s*之。01 s_fl之降fnm沉降P -fNR spC1Z85”、7#600IS 555819 715 3500272 1521. 7 X 1. 0810 308B-1Z96#、9#50013 5 556 2IS 9IS 7554377 2521. 5XQ 9790 267C-2ZH60013 552031. 1IS 3383 320K 6591. 7X1.

15、 ()81Q 308ZI2B-25#、10#500IS 5 483 529 913 7322224 0581. 5XQ 9790 267单C_ 1t,f4Z10,60013. 538010. 311. 3392. 0392. 0561. 0X1. 00. 308ft- 2合Z1350013. 5 270. 921. 310. 8195. 0270560. 85X0. 850. 267C- 2Z5760013. 530014. 66. 0228805. 6560. 283单B- 2桩Z6.500 A213. 520050. 85. 0120612. 248 0.196-Z775OO10. 012

16、010. 25. 0105535. 7440. 196-由表2可明显看出，5 600桩径复合地基承载力基本值在208392 kPa,平均为291 kPa, 5 500桩径复合地基承载力基本值为226377 kPa,平均为285 kPa,取其平均值为 复合地基承载力标准值，即复合地基承载力标准值均已大于设计要求值，说明搅拌桩 现场成桩工艺试验是成功的，设计布置的两种加固方案也均是可行的。这里需要指出的是,现场载荷试验时搅拌桩的龄期不足2个月，如果再扣除施工及 养护期有20 d左右的负温期，则水泥土的强度增长期实际只有40 d左右。针对5 50()搅 拌桩载荷试验的单桩而言，其正温龄期均为28 d

17、o根据室内试验结果，当“.二 17 %时, 淤泥土区的水泥土伽=1. 84知。考虑搅拌桩周围环境影响系数0. 8,由此推算Z7号 单桩在90 d龄期时承载力基本值应为M 90= 0. 8X0. 196X 1. 84X r j 28= 158 kN,也已满足设计要求。若假以时日，单桩和复合地基的承载力会随着时间的变化而增长。5结语(1)现场试验结果表明,在超软弱的软土地基上采用水泥深层搅拌法是完全可行C 1994-2016 Chha.旬胸做Journal Electronic Publishing I louse. All rights reserved, http: 的。针对不同土层采用不同的

18、施工工艺和控制参数，复合地基的承载力可以提高23. 5 倍以上。(2) 采用5 600桩径(设计置换率0. 308)和5 500桩径(设计置换率0.267)桩长 13. 5 m ,按三角形布置的搅拌桩复合地基,其承载力标准值大于230 kPa,单桩承载力标 准值大于150 kNo(3) 经现场触探和取芯检测，桩体成桩均匀，连续性好，经现场钻取芯样0娘此限抗 压强度试验检测,90 d龄期水泥土的无侧限抗压强度大于80(4) 场抽取水泥土芯样采用“双管双动”法时帝归哦生礴心/了真 实、可靠的反应现场水泥土的实际强丐如骚土芯样。(5) 搅拌桩复合地基的承载力标确定，相对变形值sfi宜取 0. OK参

19、考文献11J YBJ 225291,软土地基深层搅拌加固法技术规程S .2 JBJ 79291.建筑地基技术处理规范S.Appl ica t ion of Cem en t D eep M ixing M ethod to Ultra sof t Harbor Founda t ion hnprovem en tCAO Yong-lang M AO Yuan-ping, CONG Jian(1. N anj ing H y d ran lie R esearch Institu te, N an jing 210024, Ch ina； 2 F on rth E ng ineeringC(np

20、 any of Tianj ing P ort Construction Corp oration, T ian jing 300456, Ch ina)Abstract: T he cem en t deep m ix ing m ethod w as app lied to imp rove an u It rasoft harbo r foundat io n, the bearing capacity of foundat io n w as 8090 kPa, and that of part of foundat io n w as less than 60 kPa. It is

21、show n from in2situ test that the p ile shaft strength at the age of 90 days is greater than 1. 80 M Pa, the single p iles bearing capacity is greater than 15() kN , and the com po site foundat io n standard bearing capacity fo r tw o p ile layou t schem es is greater than the design specificat ion

22、s ( 230 kPa ). It is show n from the test resu It s that the cem en t deep m ix ing m ethod w ith app rop ria te con struct ion techno logy can increase the foundat ion bearing capacity by 2 to 3. 5 t imes and save a great deal of p roject invest imen tKey words： cem en t deep m ix ing m ethod; so il2cemen t strength, single p ile; com po site foundat ion； bearing capacity standard value筮临 Om志醯位谒戾宓aai EMxoisEito龄 M. s邮s鞘sa逾国 耽龄知龄流