单管法高压旋喷桩在地基加固中的应用

1、文章编号 :1009 6825(2009 07 0130 03单管法高压旋喷桩在地基加固中的应用收稿日期 :2008 10 06作者简介 :陈金忠 (1970 , 男 , 工程师 , 厦门市思明区房地产开发公司 , 福建 厦门 361003陈 金 忠摘 要 :通过具体工程实例 , 探讨了单管法高压旋喷桩在地基加固中的应用 , 对地基加固方案进行了介绍 , 阐述了单管法高压旋喷桩的施工工艺和施工过程 , 工 程实践证明 , 单管法高压旋喷桩工艺用于加固地基 、 防止基础沉降是可行的 。 关键词 :基础沉降 , 单管法 , 高压旋喷桩 , 地基加固 中图分类号 :T U 473. 1文献标识码 :

2、A单管法高压旋 喷桩 , 就 是利 用钻机 等设 备 , 把带有 特殊 喷嘴 的注浆管 (单 管 置入 一定 深 度的 土层 , 利用 高压 泥 浆泵 产生 压 力 , 以 20M Pa 左 右的压力将水泥浆液从喷嘴中喷射出去 , 破坏土 体。随着喷 浆管的 旋转和提 升 , 在近似 圆柱体 的范围 内 , 水 泥浆 液和被破坏的土体 搅拌 混合 , 经 过一定 的时 间后 , 近似 圆柱 状的混合体凝固成具有一定强度的桩 , 以支承其上部传 来的荷载。1 工程概况某公司一期 2号厂房 坐落 于厦门 湾南 岸某开 发区 内的 一个 填海造 地地块 , 是一座建筑面 积为 36567m 2的单层

3、 钢结构 工业 厂房 , 柱距为 8m , 跨度为 纵向 6跨各 21m 及横跨 30m , 檐高 为 3. 2 凸型坡的敏感度分析与直线 坡的情况相似 , 剪 应力 最大 值之 比 K 随 着粘 聚 力的 增大而增大 , 粘聚力的变化导致剪 应力之 比 K 线性增 长 ; 内 摩擦 角 的变化导致 K 值 的变化 与直 线坡的 情况 非常 相似 ; 泊 松比 对应 K 值在 0. 851之间变化 , 说明凸型坡对泊松比的变化不敏 感 , 当 0. 27时其变化对 边坡稳 定性会造 成一定 的影 响 ; 当弹 性模量 E 0 2GPa 时 K 值基本不变 , 当 E 0 2GPa 时 , 其变

4、化才 能导致 K 值的变化 , 才会对边坡的稳定性造成略微的影响。 各参数的敏感程度 :粘聚力 C 内摩擦 角 泊松 比 弹 性模量 E 0。3. 3 凹型坡的敏感度分析随着粘聚力的增大 , 不论是直线坡、 凸型坡还是凹 型坡 , K 值 都随之逐渐增大 , 而 且 K 值 与粘聚力 C 之间 都接近线性关系 , 说 明粘聚力的变化对坡脚处剪应力最大 值以及 K 值的 影响规 律相 同 , 而和坡型无关 , 粘聚力与 K 值之 间的线性 关系没 有受到 坡型 的影响 , 在整个 取值 范围 内 的变 化对 边 坡的 稳定 性 都有 显著 影 响 ; 内摩擦角 的变化对 K 值及边坡 稳定性的

5、影响与 直线坡、 凸 型坡情况相似 ; 泊 松比在 其范 围内变 化时 K 值都 在 1. 0以 下变 化 , 但 K 值出现 反复的增减 ; 当 弹性 模量 E 0泊松比 弹 性模量 E 0密 度 。通过三 种不同坡型岩 质边 坡中各 种物 理力 学参数 变化 情况 的具体分析 , 得出以下结论 :1 粘 聚力 C 的变 化对坡 脚处剪 应力 最大值之比 K 的 影响不 受坡 型的限 制 , K 值都随 着粘 聚力 C 的 增大而增大 , 相对而言 , 凹型坡条件下 K 值较 直线坡 与凸型 坡条 件下要小很多 , 表明 在相 同 的条 件下 凹 型坡 承受 荷 载的 能力 最弱 , 而且

6、K 值 也是在凹型坡时最小 , 说明在实 际工程 中凹型 坡并 不是 一种十 分理想 的选择 ; 2 内摩擦 角 的变 化所对 应 K 值的 变化情 况要比 C 条件下小很多 , 而且 K 值的大 小都不 超过 1, 随 着内摩擦角 的 增加 , K 值变 化的大 致趋 势并 没有 受到 坡型 的 影响 , 都是先增加后减小 , 内摩 擦角 的变化对 边坡稳 定性 产生 明显不利的影响区间主要是在 较大 ( 50! 时 ; 3 泊松 比与弹 性模量的变化对坡脚处剪应力最大值之 比 K 值的影 响要明 显小 于粘聚 力与内摩擦角的影 响 , 泊 松比较 小 ( 0. 27 时 其值 的变 化对边

7、坡的稳定性造成的影响较大 ; 在三种 坡型中 弹性模量的变 化对 K 值的影响最有规律 , K 值的变化都出现在 E 0较小时 ; 密度 的变化相当于改 变了坡体自 重应力或承 受荷载的 大小 , 文 中所取 的应力状态均为边坡的极限状态。4 结语1 对于复杂的三维边 坡问题 , 采 用合理的分析技术 进行必要 的简化 , 从而可以避开 通用 软件在 专项 研究 中的不 足 , 发挥 软件 在分析计算方面的优势 , 这种根据专 业理论进行 的简化并 不影响 正解结 论的获得 ; 2 对边坡稳定性有 着控制性影 响的因素 是粘聚 力 C , 其值的少许变化对边坡的 承载力与稳定性 有着非常 明显

8、的 影响 , 同时 , 内摩擦角对边坡 稳定性影响也较突 出 ; 3 针 对与以往 用应变 或位移为指标来判断参数的敏感度 相比 , 以应力变 化为指 标更能及时反馈边坡稳定状态的细微变化。 参考文献 :1 龙驭 球 . 有 限元 法概 论 M .第 2版 . 北京 :高等 教 育出 版社 , 1991:25 30. 2 张贯峰 . 公路 岩质边 坡应力 变化特征 数值模 拟研究 D .西 安 :长安大学博士学位论文 , 2007:54 67.Numerical analysis of sensitivity of parameters in rock slopeZHANG Xing kuan

9、g HUANG Jin tangAbstract:T his article uses the finite element value simulation technology , discuss the stability of rock slope w hich is influenced by the changeof the v ar ious par ameters, and analysis the sensitive degree o f the stabilit y to var ious parameters. Have made it clear that the co

10、hesiveness has obvious effect to the stabilit y of slope, and it is the governing facto r for the stability of sl ope, and the effect of inner friction angle is al so obvious. Key words:finite element, sensitiv ity, numerical analysis11. 7m, 14. 3m; 基础形式 为柱下 钢筋混 凝土 独立 基础。原 设计 对地基承载力的要求仅为 150kN /m 2。

11、地基土为 经过强 夯 (夯能为 4000kN m 处理过的土石方填 海地层 , 下卧 软弱海 泥。经测 定 , 地基承载力符合要 求。 2007年 8月初 , 主体 刚架尚 有小 部分 未完成 , 但即发现有部 分柱 下独 立基础 发生 了较大 的沉 降 , 以致 地梁多处产生 裂 缝。经 测 量观 测 , 1个 月内 最 大累 计 沉 降量 达 83mm, 最大沉降速率达 2. 53mm/d; 相邻 基础 沉降 差最 大 值为 52mm, 约为容许值的 2倍 , 不均匀沉降较大 。 为避免基础继 续下 沉、 不均匀 沉降 继续发 展 , 从而 影响 地梁 的正常使用 及上部 结构的 安装和

12、正常使 用 , 地 勘、 强夯、 设计、 施 工、 监理、 业主等有关各 方在共同论证商议后 , 决定采 用单管法高 压旋喷桩对独立基础下的土层进行加固补强。2 工程地质概况本工程地基土共分 6层 , 自上而 下分述如下 :#素 填土 :根据 填料成分差异 , 划分为 # 1含 碎石素填土 和 # 2填石。 # 1含碎石 素填土 :全场分布 , 厚度 4. 4m7. 4m 。该层 总体上 工程性 能较 好。 # 2填石 (块石 :除 ZK 1, ZK4号孔外 , 其余孔均 有揭露 , 揭露 厚度 0. 6m6. 0m 。该层总体上工程性能较好 。 淤泥 :全场分 布 , 揭露厚度 1. 9m

13、11. 9m 。该层 属高压 缩性 土 , 工程 性 能极 差。 %中砂 :仅见 于 ZK 7号孔 , 厚 度 0. 9m 。 工程性 能中 等。 &火山岩残积黏性土 :全场分布 , 揭露厚度 1. 9m9. 0m 。该 层属 中等压缩 性土 , 天然状 态下工 程性能 较好 , 力学 强度较高。 全 风化火山岩 :全场分布 , 均未揭穿 , 揭露厚度 1. 9m4. 8m 。该层 工程性能好 , 力 学强 度高。 (强 风化 火 山岩 :仅 见 于 ZK 1, ZK4, ZK 5号孔 , 均未揭 穿 , 揭露厚度 2. 2m2. 4m 。该层工程 性能好 , 力学强度高。根据 地勘 报告 ,

14、 地 表 硬壳 层 (# 1含 碎 石素 填土 和 # 2填石 平 均厚度为 7. 67m, 淤泥层 平均厚度 为 10. 19m, 其下的火山岩残积黏性土层可作为持力层。 3 地基加固方案设计1 对沉降量大于 20mm 的 10个基础其下的土层进行加固 ; 加 固工作完成后 , 进行沉降 测量 , 若相邻 基础 沉降差 超过 3L /1000时 , 则再次进行加固。旋喷 桩布置平 面见图 1。 2 根据 同类 工程的成功经验 , 确定 本高压 旋喷 桩的施 工工 艺要求 如下 :a. 采 用单管法施工。高压旋喷桩桩径 500mm, 单桩竖向承载力为 250kN 。 b. 每个独立基础下 设

15、4根旋喷桩 , 定位图见图 2。 c. 高压旋喷 桩桩顶标高为基础底板标高 , 高压旋喷桩 持力层为第 &层火 山岩残 积黏性土 , 桩端应进入持力层不 小于 1. 0m 。 d. 桩顶 及桩底 各复喷 0. 5m 。 e. 高压泵泵压不小于 20M Pa, 高压泵泵量 35L /min40L/min 。 f. 提 升速 度 为 15cm/min 18cm/min, 旋 转 速度 为 15r /min20r/min 。 g. 水泥 浆浓度大于 1. 40, 水灰比为 1 1, 水 泥用量为 200kg/m 。 3 高压旋喷桩 施工结束 1个月后 , 方能继续 对基础 施加上部荷载 (如吊 车荷

16、 载等 。 4 本工程 高压 旋喷 桩总 数为 40根。施工完成后 , 应随机抽取 3根桩 进行钻孔 取芯检测 , 检验合格后 ,方可进行下一道工序的施工。4 单管法高压旋喷桩的施工1 施工 工艺流 程 :测量定 孔 造 孔 测 斜 下管、 制浆 喷 射、 提升 成桩 回灌、 封孔。 2 主要材料 :42. 5级普通硅 酸盐水 泥 (本工程日用量约为 20t 、 自 来水。 3 施工 前在所 要加固 的地 基基础短柱上做好 沉降 观测点 标记 , 并 进行 水准测 量 , 记录 各点 的标高 。 4 施工过 程概 述 :按照方 便于 喷浆 施工的 原则 , 在 厂房 内布置好制浆及泵 浆机 械

17、的位 置 ; 接通 水电 ; 组织 好袋 装水 泥的 进场、 堆放。进行测量放样、 在地面上标记 孔位 (旋喷桩施工 时基 础已回填完毕 ; 然后 1台潜孔钻机配合 2台地质钻 机造孔 , 并记 录孔深。空 孔的孔深、 垂 直度检 查合格 后 , 喷 浆班组 在技术 人员 的监督下 , 按照造孔时所记录的孔深 和设计要求 的参数进 行喷浆 操作 , 并做好施工记录。完成一个孔 的喷浆后 , 移动高 喷台车 , 进 行下一孔的施工 , 直 至全 部完成。 5 施 工难 点及特 殊情 况处理 :a. 喷 浆施 工时 个别 孔位 遭遇 塌孔 , 喷 浆管 无法 下到 所要 求的 深 度。此时先 开动

18、喷浆 管 , 喷射压 力水或 压力浆 , 将孔 内阻碍 喷浆 管下行的石块挤开 , 慢慢地钻进喷浆 管 ; 个别 堵孔的石块太大 , 用 此法行不通 , 则提出喷 浆管 , 重 新用潜 孔钻 机钻进 至原 记录 的深 度 , 再进行喷浆施 工。 b. 为 防止高 压喷 射流沿 程压 力损失 过大 , 在施工 过程中适时地搬动高压灰浆泵 , 使其与高 喷台车的 距离保 持在 60m 左右。 6 施工工 期 :本工程 自材 料机具 进场 至完 工清 场 , 历时 12d 。 7 经济核算 :本工程采用包 工包料、 综合单 价包干 (按长度计价 、 按实结算的承包方式。包干单价为 134元 /m 。

19、根 据记录 , 旋喷桩 的总 施工 长 度为 746m, 工 程 总造 价仅 为 746+134=99964元。平均 每根桩的造价约为 2500元。5 质量检验旋喷桩完工后 1个 月 , 随 机抽 取 3根 桩进 行钻孔 取芯 检查 ,结果表 明 , 旋喷桩桩身长度、 连续性、 强度均符 合要求。芯体 最小 强度大于 3M Pa, 估算单桩 竖向承载力 为 589kN, 远远大 于设计 要求。6 沉降观测旋喷桩施工前 在各 个 短柱 上 重新 做好 沉 降观 测标 志 , 完 工1个月后开始再 次 对 基础 进 行沉 降 观测 , 之 后每 隔 2个月 观 测1次 , 共 4次。根据沉降观测结

20、果 , 竣工 1个月后的基础最 大相对沉降量为 8mm, 竣工 3个月、 5个月后的基础最大 相对沉降量 分文章编号 :1009 6825(2009 07 0132 02考虑桩土滑移的弹性理论法计算桩周土体位移收稿日期 :2008 11 03作者简介 :史志楼 (1980 , 男 , 助理工程师 , 中交第一公路工程局有限公司 , 北京 100024邹春华 (1983 , 男 , 同济大学交通运输学院博士研究生 , 上海 201804史志楼 邹春华摘 要 :以单桩的弹性理论法为基础 , 建立了考虑桩土界面产生相对滑移时的计算模型 , 根据桩周土体所受的应力 , 采用M indlin 解求解桩周

21、土体的位移 , 最后得出了桩周土体的位移分布情况 。 关键词 :桩 , 弹性理论法 , 相对滑移 , 迭代法 中图分类号 :T U 473. 1文献标识码 :A用弹性 理论法计算桩 位移 及应力 的优 点在 于将土 体作 为连 续变形体 考虑 , 与土 体的实 际受力变 形情况 相符。为 此 , 本 文提 出一种以弹性理论法为基础 , 考虑桩 土界面相对 滑移的单 桩计算 方法 , 根据算得的桩周土体受力情况 , 可采用 M indlin 解求 解桩周 土体的位移。1 单桩的模型与计算 1. 1 计算的基本假定1 将土 体看作 是均质、 各向 同性的 弹性半 无限空 间体 , 其弹 性模量和泊

22、松比 不因 桩的 存在 而发 生 变化 ; 2 将 桩 划为 均匀 的 n 个单元 , 沿桩身任何 单元 圆周 作用有 均匀 分布 的剪 应力 ; 3 当 任何单元上的平均剪应力达到极 限值 ! s 时 , 在 桩、 土 界面即 发生 相对滑移 , 在未发生相对滑移的桩段桩与土的 竖向位移相等。1. 2 单桩的计算 1. 2. 1 土体的位移方程土体的位移方程见文献 1, 有 : s =(D /E s I s p (1其中 , s 为土 位移矢量 ; E s 为土体的变形模量 ; D 为 桩的直 径 ; p 为桩周剪应力矢量 ; I s 为土位移因数的方阵 , I s 中各元 素的数值可以通过

23、 M indlin 解求得。1. 2. 2 桩身位移方程桩身位移方程见文献 1, 有 :p =DE p4#I p p +Y (2其中 , p 为桩位移矢量 ; E p 为桩的弹性模量 ; #为每单元桩 长 , #=L /n, L 为桩长 , n 为桩 计算划分 的段数 ; Y =(p / D #, 0, , , 0 T L ; I p 为桩作用矩阵。若桩土界面 没 有 滑 移 , 则 界 面上 桩 与 土 体 的 位 移 相等 , 即 p = s 。于是由式 (1 和式 (2 可得 :p =I -n 2E p4(L /D E sI p I s -1Y (3由式 (3 可以求出 p , 再代入式

24、 (1 即可求出桩的竖向位移。1. 2. 3 发生相对滑移时的求解方法别为 5mm, 2mm 。而竣工 7个月后的基础 最大相对 沉降量 均为 0mm, 据此可认为所加固 的地基其上的基础沉降已趋于稳定。7 结语本工程实践证 明 , 单管 法高压 旋喷 桩工艺 具有 设备 简单、 操 作方便、 效率高、 速度快、 经济实用、 质量可 靠性较好等 特点 , 用于加固地基、 防止和抑制基础产生较大 沉降或较大 不均匀沉 降是可 行的。参考文献 :1 秦 雯 . 浅谈 高 压 旋喷 桩 在高 速 公 路软 基 处 理 上的 应 用J.山西建筑 , 2007, 33(30 :135 136.On the application o