大直径水泥土搅拌桩对桩间土的影响

大直径水泥土搅拌桩对桩间土的影响

孙代聚

山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南  250101

[摘要] 搅拌桩桩体作为有粘结强度的复合地基，对复合地基承载力包括搅拌桩单桩承载力和桩间土承载力，尤其是对桩间土的承载力特征值，桩身力学参数和桩间土的力学参数的准确性至关重要，对于桩间土的物理力学参数简单的选用地基处理前的参数还是比较粗糙的，粉喷桩特别是大直径粉喷桩（干喷）在施工中对桩间土的固结有一定增强作用，从而在一定程度上提高了桩间土的地基承载力和变形模量，本项目以日照港石臼港区东煤南移工程轨道梁复合桩基项目为背景,利用室内试验测试等种测试分析手段和方法,全面深入硏究大直径粉喷桩（干喷）对吹填软土固结的影响，有助于更加合理的确定设计参数、施工参数，经济合理的解决地基处理问题，对合理布设粉喷桩、合理选用处理后桩间土物理力学参数，对科学合理的进行地基处理设计和施工意义重大。

[关键词] 大直径粉喷桩；地基处理；原位试验；变形模量；

0  引  言

随着近年来我国围海造陆工程的日益增多，为了使吹填土场地快速投入使用，各种软基处理方法各显其能，扬长弊端，相互配合，以求在较短时间内提高地基土强度，满足工程需要。其中粉喷桩作为一种比较成熟的地基处理方法具有工期快、处理效果好、成本低、可快速提高地基的承载力，减少工后沉降和差异沉降，等优点备受青睐，普遍使用，具有广阔的发展前景；虽然粉喷桩地基处理方法，工程实践加固效果良好，国内许多专家学者和工程技术人员结合工程实践已经进行了一定的研究，得出了一些有益结论,但其加固机理和设计理论都远远滞后于工程实践。因此,结合现有研究理论和实践成果，探讨粉喷桩地基处理过程中，桩间软土固结的影响对完善粉喷桩地基处理的设计意义重大。

1  工程概况及要求

1.1工程概况

日照港石臼港区东煤南移工程轨道梁复合桩基项目，轨道梁长度约1200米，采用大直径粉喷桩地基处理的复合地基，设计水泥掺量25%，直径800mm，呈格栅状分布，咬合150mm ,整体呈长条状。桩径800mm，桩长一般9.00-15.00m，桩间距650mm，呈格栅状。水泥采用强度等级P.O42.5普通硅酸盐水泥，干粉搅拌成桩。采用干法搅拌设备，即采用大功率高压多重搅拌机，水泥土体采用复合施工喷搅设备，施工工艺采用两喷四搅。设计复合地基承载力特征值不小于200kPa。单桩承载力特征值不小于150kPa。

1.2 设计要求

水泥粉喷搅拌桩复合地基设计要求如下：

（1）桩径800mm，桩长一般9.00-15.00m，桩间距650mm，呈格栅状。

（2）水泥采用强度等级P.O42.5普通硅酸盐水泥，干粉搅拌成桩。

（3）水泥粉喷搅拌桩大面积施工前应进行试成桩，水泥掺量按照20%（180Kg/m）。以确定水泥粉喷搅拌桩成桩质量和参数，试桩数量不少于20根。

2  工程与水文地质条件

2.1工程地质

现对各岩土层分布特征分别叙述如下：

①-3冲填土（淤泥质粘土）:灰褐色，软塑状，高塑性，土质不均，含砂粒；①-5冲填土（粉质粘土）: 黄褐色，灰褐色，可塑状为主，局部呈软塑状或硬塑状，中塑性，含砂粒，夹砂团，局部混砂，土质不均；①-6冲填土（粉土）: 灰褐色，黄褐色，稍密状为主，局部中密状，夹粘性土团，局部混砂，土质不均；②-2粉质粘土: 灰褐色，可塑状为主，局部软塑或硬塑状，中塑性，含砂粒，局部混砂，土质不均；②-3粗砾砂: 灰褐色，松散～中密状，局部夹粘性土团，土质不均；③-1粉质粘土：黄褐色，灰褐色，可塑～硬塑状，中塑性，含砂粒，局部混砂，土质不均；③-2粗砾砂：黄褐色，灰褐色，稍密～密实状，夹少量粘性土团，局部混粘性土，土质不均；④-1全风化岩：褐灰色,原岩结构可见,大部分矿物风化变异,岩芯呈砂状,遇水易软化崩解；④-2强风化岩：黄褐色，灰褐色，原岩结构清晰,主要矿物成分为石英、长石、云母等,其他矿物大部分风化,上部岩芯多呈砂状，局部呈粘性土状,下部岩芯多呈碎块状，遇水易软化崩解。

2.2水文地质

根据勘察报告，场区15米范围内地下水类型为潜水和承压水。潜水主要赋存于上部人工填土层（粗砾砂、粉细砂、砂混粘性土）；承压水主要赋存下部粗砾砂中。地下水位受潮汐影响较大，含水层底板高程一般为-12.38-2.21米，厚度为6.3-16.7米。

3  主要研究内容及技术路线

通过多项试验测定主要物理力学性质指标，直观比较处理各阶段土体物理力学性质变化规律,主要分析含水率及固结参数变化情况，分析粉喷桩施工前后桩间土地基力学性质变化；间接分析桩间土处理前后对其固结的影响。

图1 技术路线图

3  试验方案

依据场地的条件，为更好的模拟轨道梁地基处理模型，在轨道梁中间地段施工200个（充分考虑冲填土的不均匀性及场地上部回填土影响）类似轨道梁格栅，已达到整体降低土体含水量的效果，格栅内布置数个勘探孔，格栅状地基处理完成后。在已经施工的格栅内进行对比试验。试验深度在10米以内，主要涉及①-3冲填土（淤泥质粘土）、①-5冲填土（粉质粘土）和①-6冲填土（粉土）。

主要采用室内土工试验手段为主。

图2 对比钻孔图

搅拌桩施工前前期孔按A1、A2依次编号；对比钻孔可按D1、D2依次编号。

土工试验内容主要常规的物理力学试验，进行了含水率、比重、密度、液限、塑限、原状样固结试验，采用薄壁取土器采取Ⅰ级土样，并按土工试验标准制备土样。

图3 现场取样照片

3  试验数据分析

通过对比分析室内实验数据含水量、内摩擦角、固结系数具体对比图如下：

图4 成桩前后含水率对比

通过测定成桩前后的桩间土含水量，得到成桩后整体含水量有所下降。

图5 成桩前后内摩擦角对比

内摩擦角为反应土或岩石内部各颗粒之间的摩擦力打下，内摩擦角越大，强度越高，试验数据显示成桩后内摩擦角有不同程度的增大。

通过测定土样的固结系对比分析得出水泥土搅拌桩的施工，桩间土含水率降低 ，桩间土固结系数逐渐变小。

4结论

经过试验研究与理论分析，我们主要得到一下几点结论。

（1）粉喷桩特别是大直径粉喷桩（干喷）在施工中对桩间土的固结有一定增强作用，通过室内试验对比分析，在一定程度上提高了桩间土的地基承载力和变形模量。

（2）大直径干喷搅拌桩按格栅状布置，施工后整个场地粘性土含水量有所下降，变化幅度不深均匀，内摩擦角有不同程度的提高，固结系数有所下降。施工期间因高压气的影响，土体结构扰动，导致孔隙水排除受阻，桩周部分土体触变性较明显。

（3）大直径干喷搅拌装地基处理后桩间土有一定的增强作用，根据试验数据分析，对于桩间粘性土的增强效果比较明显，桩间土发挥系数可以考虑按1.2计取。

参考文献：

[1]李光华;大直径水泥土加劲桩变形特性及应用研究[D];华南理工大学;2018年;

[2]戴五林;深层水泥土搅拌桩在地基处理中的应用[J];科技信息;2014年08期

[3]龙丽;水泥土搅拌桩在软土地基处理中的应用[J];建筑技术开发;2017年07期

[4]卫凌云, 浅谈水泥土搅拌桩在软土地基处理中的应用[J];水利水电；2015年30期

[5]余能；水泥土搅拌桩技术在软土地基处理工程中的应用[J].工程科技；2010年15期

[6]陈文学；深层水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用[J].建材与装饰；2008年15期；

作者简介：孙代聚(1969-)，本科，高级工程师，山东菏泽人，主要从事岩土工程施工方向。