高压旋喷桩红黏土地基处理试验分析

何 木，李明玉

(广西壮族自治区桂林水文工程地质勘察院，广西 桂林 541002)

0 引言

工程实践中遇到土体的岩土工程性质难以满足工程需要的特殊土地基时，需要进行地基处理。地基处理方法之一的高压旋喷桩由于其适用范围广，处理效果好而得到了广泛应用。国内外学者对其进行了广泛研究。Shang等[1]研究了旋喷桩在软土地基处理中的应用。研究表明，旋喷桩能有效地提高软土的强度和降低其沉降变形；Bergado等[2]对比堆载预压、真空预压、高压旋喷桩处理软基效果，发现高压旋喷桩能有效地提高土体的强度指标，降低压缩性；周乐平等[3]利用高压旋喷桩对红黏土隧道进行加固处理，能够有效地减小隧道的沉降；刘宝臣等[4]基于室内试验，研究了水泥掺量对红黏土强度性质的影响，结果表明：红黏土的力学性质随水泥掺入比增大而提高，随养护龄期增长而增大，一定养护龄期后增加缓慢；鲍洋等[5]探讨了水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律，发现红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线峰值应力跌落现象随水泥掺量增加逐渐显现;红黏土固结体粘聚力随水泥掺量的增大而减小，内摩擦角随水泥掺量的增大而增大；袁意超等[6]通过室内试验，发现水泥黏土的抗剪强度与龄期，竖向压应力呈明显正相关，而与含水率，水灰比呈一定程度的负相关。

上述研究工作主要是在室内试验室进行。关于高压旋喷桩在红黏地基处理的原位试验鲜见报道。本文基于工程高压旋喷桩复合地基承载力原位试验数据，通过与公式计算数据比较，以期得到高压旋喷桩在红黏土地基处理中增加复合地基承载力的结论。

1 高压旋喷桩设计方法[7]

高压旋喷桩单桩竖向承载力取决于水泥土强度和地基土两个条件。初步设计时可根据式(1)、(2)计算，取其中较小值；复合地基承载力特征值可按式(3)计算：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

式中：Ra为单桩竖向承载力特征值，kN；Up、Li为桩的横截面周长和有效桩长范围内第i层土的厚度，m；qp、qsi为桩端下地基土承载力特征值和桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa；α为桩端下天然地基土承载力折减系数，可取0.4～0.6；n为桩长范围内土层数；fcu为与桩身水泥土配比相同的室内水泥土试块在标准养护条件下，90天龄期的抗压强度平均值，kPa；Ap为桩横截面积，m2；η为强度折减系数；β为桩间土承载力折减系数；fsk处理后桩问土承载力特征值；fspk复合地基承载力特征值。

2 工程概况

2.1 工程地质条件

拟建某创新示范项目位于广西桂林市秀峰区。项目所在地为喀斯特地貌。场地勘察报告的钻孔资料揭露的场地地层自上而下如下：①人工填土(Qml)：灰褐～褐色，稍湿～湿，松散，主要成分为黏性土，局部含少量碎石，厚0.50～3.60 m；②耕土(Q4pd)：褐色～灰黑色，湿～很湿，软塑状态，成分主要为黏性土，含少量的碎石、植物根系，厚0.20～1.30 m；③粉质黏土(Q4al)：褐黄色，湿，可塑～软塑状态，土体较均匀，含褐黑色铁锰质氧化物结核，厚0.50～7.20 m；上部呈可塑状态，下部呈软塑状态，④黏土(Qel-s)：黄褐色，稍湿～饱和，可塑～软塑状态，土体较均匀，厚0.70～6.50 m。各土层物理力学参数见表1：

表1 土层物理力学参数表

2.2 工程设计概况

拟建项目建筑层数5层，框架剪力墙结构，筏板基础，采用高压旋喷桩进行地基处理，要求处理后复合地基增强体单桩承载力特征值为160 kN，复合地基承载力特征值为130 kPa。旋喷桩设计桩径为0.5 m，设计桩长长度不一，设计桩距为1.2 m × 1.2 m。

3 复合地基承载力3.1 载荷试验

检测复合地基承载力要从复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验两方面展开。高压旋喷桩地基处理完成后，选取3根桩进行复合地基单桩静载荷试验和3个点位复合地基静载荷试验。试验过程严格按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)进行。试验前需采用低应变法对全部桩进行完整性检测，对进行静载荷试验的桩进行钻孔抽芯试验。对所抽取芯样进行无侧限抗压强度试验，应力-应变曲线显示，无侧限抗压强度为6.8 MPa，变形模量为1.08 GPa。

本次静载荷试验选用面积为1.96 m2(边长a=1.40 m)方形压板；面积换算后的最大荷载为510 kN，置换率m=0.116；复合地基单桩静载荷试验桩7#、3#、6#桩长分别为10.80、5.8和9.2 m；复合地基静载荷试验桩10#、8#、5#桩长分别为10.20、5.2和6.9 m；单桩静载荷试验和复合地基静载荷试验P-S曲线分别如图1、图2所示。

图1 单桩复合地基静载荷试验P-S曲线

图2 复合地基静载荷试验P-S曲线

从上述图可得：

(1)单桩静载荷试验与复合地基静载荷试验P-S曲线大致呈缓变形曲线，曲线未出现明显陡降起始点(即第二拐点)，故取试验点地基承载力特征值为最大加载值的一半。

(2)单桩复合地基承载力标准值比多桩复合地基的高，虽然面积置换率比单桩时高，但承载力标准值反而小，说明高压旋喷桩要考虑群桩效应，这结果与粉喷桩研究结果类似[8-10]。

3.2 试验值与计算值比较

根据前文公式计算单桩竖向承载力，并将结果试验值汇总于表2：

表2 单桩竖向承载力特征值试验值和计算值

由上表可得，单桩静载荷极限荷载比计算值小。这主要是由于计算时采用桩直径不变值的理想情况。实际上在施工过程中，由于各种原因，桩径通常大小不等，从而使得实际桩侧摩阻面积往往比理想状况下的小，从而导致桩的竖向承载力特征值试验值小于计算值。

4 结论

通过对高压旋喷桩红黏土地基处理试验分析，将承载力载荷试验值与计算值比较分析，得到以下结论：

(1)高压旋喷桩能够有效的应用到红黏土地基处理中，能够有效的提高地基承载力和降低沉降。

(2)高压旋喷桩单桩竖向承载力载荷试验特征值与计算值存在较大差异。这主要是由于桩施工过程中，由于施工工艺、土层等原因导致桩径不均。设计时应综合考虑桩径的变化。

(3)高压旋喷桩复合地基载荷试验时，承压板下桩数和桩间土面积不同，所得到的载荷试验值存在较大差异。高压旋喷桩复合地基具有明显的群桩效应。