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小直径桩结合压力灌浆在岩溶地区的应用

所属栏目:工业设计论文 发布日期:2021-03-20 10:10 热度:

   随着城镇化建设的不断发展,工程建设日新月异,建筑技术不断创新,建筑高度记录在不断被刷新,这就需要有更安全稳定的地基作为保障。如在桂林岩溶地区普遍存在有土洞发育、地基塌陷及软弱下卧层等不良地质现象,不仅给工程建设带来地基不稳定的安全隐患,还可能影响项目规划设计、工期及造价,必须在基础施工前对场地进行地基处理。传统的岩溶地区地基处理方法很多,如碎石桩法、CFG桩法、水泥深层搅拌桩法、高压喷射注浆法、水泥压力灌浆法等[1] 。地基处理技术逐渐从单一向“多”组合综合使用形式转变,传统的地基处理技术也在适应新的环境下不断发展。小直径桩结合压力灌浆是近年来在岩溶地区发展起来的一种简捷有效针对场地局部地段的综合地基处理技术,应用广泛,但目前仍缺乏系统深入的理论研究。

小直径桩结合压力灌浆在岩溶地区的应用

  1 综合地基处理的原理及目的

  单一的压力灌浆地基处理技术虽可以从结构上减小土体的孔隙度及透水性,提高其整体密实度,进一步改善其力学性能和结构性强度,从而有效地解决了由于土体本身的原因而导致的工程问题,但由于压力灌浆在地基处理工程中的效果和制约因素,压力灌浆处理土层不宜太浅,应使上部结构具有一定的约束[2-4] 。因此,场地表层及土洞发育区域采用小直径桩,地层深部采用压力灌浆,两种技术相结合可扬长避短形成了经济有效的综合地基处理技术。小直径桩结合压力灌浆综合地基处理技术是将两种地基处理技术的有机结合。小直径桩:采用如GY-100小型工程钻机将水泥碎石混凝土锤击钻探到土洞或软弱下卧层底部并形成直径 ≤250mm的小直径桩,通过桩体振动挤压作用,在施工过程中使软弱土层固结排水,减小土层孔隙,提高软弱土层的力学性能。水泥压力灌浆:采用工程钻机将灌浆花管钻到土洞底部或基岩面,配置一定比例的水泥浆液,用灌浆泵将水泥浆液压入土洞或软弱下卧层中,水泥浆液在高压作用下渗透到软弱土层的孔隙中,既可以改善土洞中填充物或软弱下卧层中软弱土层的力学性能,又可以补强小直径桩桩体无法处理的细小空缺部分,封堵土层孔隙,减弱地下水位波动条件,有效地消除地基稳定性的安全隐患。

  2 综合地基处理的技术特点

  该综合地基处理技术集合了压力灌浆、小直径桩的特点,它具有如下的技术特点:(1)适用于岩溶地区场地局部地段的地基处理,对场地条件要求不高。(2)施工设备为小型工程钻机,不需大型施工机械设备,对施工设备要求不高。(3)小直径桩首先对土洞及软弱下卧层区域的软弱地层进行填充置换施工,并对场地表层的软土进行置换挤压施工处理,而压力灌浆再对小直径桩施工后的土洞及软弱下卧层区域进行有效的补强施工,消除地基稳定性的安全隐患。(4)施工工艺简单,灵活便捷,安全经济,因地制宜,工期短,效果好。

  3 综合地基处理设计

  在地基处理设计时应当考虑到复合地基承载力、单桩承载力及地基变形,符合相关要求,综合考虑再合理选择工艺技术、灌浆材料、布置桩数等来稳固地基。 3.1 小直径桩小直径桩的岩土参数可以参照《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第7.1.5条[5] 中相应的公式进行计算,先根据设计要求的复合地基承载力计算地基处理区域的面积置换率m,然后求得桩数n值,再根据基础尺寸面积布置小直径桩。 3.2 压力灌浆3.2.1 压力灌浆钻孔布置原则在基础内局部有软弱下卧层分布范围布置灌浆钻孔,灌浆孔间距1.0~1.5米,灌浆处理过程遇异常情况应适当加密、加深处理。 3.2.2 施工工艺施工工艺如图1所示。3.2.3 施工方法首先施工设备进场,将 GY-50-1 型或 GY-100-1 型工程钻机移位至灌浆孔设计位置,把灌浆花管接上钻头,锤击钻探,不断接上普通钻杆,钻探基岩面或软弱土层底面,然后用HBW50/ 1.5 型水泥砂浆灌注泵进行水泥压力灌浆,灌浆段长度一般为 1.0-1.5m。采用从下到上的分段灌浆顺序,每次达到终灌条件后再拔管,移位,以此类推。

  4 工程实例:桂林电子科技大学尧山校区工程实训中心地基处理工程

  4.1 工程概况桂林电子科技大学尧山校区拟建的工程实训中心楼高4层(局部为 1、2 层),框架结构,建筑面积 19978 平方米,共分(A1、 A2、A3、B)四个区。该工程采用天然地基单独柱基础,地基持力层为②层硬塑粘土(地基承载力特征值为160KPa)和③-1层硬塑含卵石粘土(地基承载力特征值为180KPa)。

  根据机械钎探情况并结合场地勘察资料综合分析:场地柱基 1b×16(原 ZK66)、12b ×(原 ZK45)局部地段存在土洞及软弱土层;在柱基 b ×(原ZK61)局部地段存在软弱土层(平面位置见附图1)。

  4.2 地基处理设计 4.2.1 处理后地基承载力设计要求(1)地基表层的复合地基承载力特征值fspk≥180KPa;(2)地基深部土洞及软弱土层的地基承载力特征值 fspk≥ 100kPa。 4.2.2 小直径桩(1)小直径桩的桩径及处理深度的确定根据场地地质条件结合本地区的同类型场地的施工经验,小直径桩的直径采用250mm,平均桩长约8.80m。(2)确定设计参数及单桩承载力Ra 根据场地勘察资料以及《建筑地基处理技术规范》JGJ 79- 2002结合本地区的经验,设计参数确定如下:本场地要求处理后的复合地基承载力特征值 fspk≥180KPa,桩径取 0.25m,处理后桩间土承载力特征值为fsk按100KPa 计算,桩侧阻力特征值为:硬塑粘土、硬塑含卵石粘土、软塑含卵石粘土分别为 qsi =25、30、 10KPa,桩端阻力特征值qp=200KPa, ①单桩承载力Ra计算 Ra=69.85KN;实际Ra 取值为60KN ②计算桩体、试块抗压强度fcu 按(JGJ79-2002)第 9.2.7 条 公 式 进 行 计 算 ,fcu≥3 Ra/ Ap= 3.67Mpa,则桩体混凝土强度等级取C10即可。(3)确定面积置换率m和布桩数n 根据地基处理规范公式9.2.5 fspk=mRa/ Ap+β(1-m)fsk 得 m =nAp/A=0.0913 (β取0.75,fsk取100KPa:fsk按要求处理后软弱土地基承载力特征值取值)根据场地情况,柱基 12b ×的软土分布范围约为柱基的1/4,即 A=3.20×3.80×1/4=3.04m2 ,按 m=nAp/A,得 n=mA/Ap= 5.66 则桩数取n=6根,而其他两个柱基位置布置14根,一共布置了20根小直径桩(见图2)。

  4.2.3 压力灌浆加固范围及工作量布置:(1)地基处理位置及范围的确定:本次地基加固范围的确定是根据基坑插钎结果确定的,同时考虑了不良地质作用的推测分布范围、发展方向以及基础应力的影响范围。②地基处理工作量的布置:根据小直径的设计计算及施工情况,在软弱下卧层分布范围与小直径桩位置按错位布置灌浆点的原则,在三个柱基一共布置了14个压力灌浆孔,压力灌浆处理深度钻孔钻至土洞或软弱土层底面。在施工过程中遇异常情况适当加密、加深处理。

  4.3 地基处理效果检测(1)施工结束后采用标准贯入试验在地基处理区域内随机进行检测,参考相关规范规程并结合当地经验可得处理前后地基承载力结果如下:

  (2)检测结果表明,本次地基处理已将场地底部的土洞完全充填,大大改善了该地段土洞及软弱土层的力学性能,提高了其地基承载力,消除了地基不均匀沉降的安全隐患;地基表层的土体受小直径桩的挤压作用,测试基数也有所提高。经分析综合判断:该小直径桩结合压力灌浆综合处理后表层的复合地基承载力特征值≥180kPa,底部土洞及软弱土层的地基承载力特征值 ≥100kPa,满足地基处理设计要求。

  5 结论及展望

  小直径桩结合压力灌浆进行综合地基处理技术,在桂林岩溶地区处理局部地段土洞或软弱下卧层得到了广泛的应用,地基处理效果显著,但目前其地基处理设计理论不够完善,桩土复合地基受力机理不清晰,加强这方面的理论研究对于岩溶区地基处理有重要意义。

  参考文献

  [1]刘之葵 . 岩溶区溶洞及土洞对建筑地基影响的研究[D]. 中南大学, 2004 .

  [2]朱丹红,罗捷. CFG桩技术在地基处理中的应用[J].广西大学学报(自然科学版),2004,29(2):157-160.

  [3]彭炎华,石汉生,林本海.压力灌浆的综合应用[J].地基基础,1999(2):27- 29.

  [4]郑云贵.压力灌浆在地基处理中的应用[J].山西建筑,2003,29(11):38- 39. [5]建筑地基处理技术规范. JGJ79-2012 [S].

  《小直径桩结合压力灌浆在岩溶地区的应用》来源:《轻工科技》,作者:梁 海 坤 , 谢 永 雄 , 刘 春 林

文章标题:小直径桩结合压力灌浆在岩溶地区的应用

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