粉噴樁加固地基工程失敗實例及分析

1、粉噴樁加固地基工程失敗實例及分析【摘要】 闡述了一個粉噴樁加固吹填土地基失敗的工程的設(shè)計、施工、和測試，通過分析測試結(jié)果找出失敗所在，得出幾點經(jīng)驗教訓。主要經(jīng)驗是對吹填土的加固處理不能按一般軟弱土來考慮，務(wù)須做室內(nèi)水泥土抗壓強度試驗以確定樁身水泥滲入量，并做現(xiàn)場試樁工作以確定單樁承載力。【關(guān)鍵詞】 粉噴樁水泥粉體噴射攪拌法水泥摻入量【Abstract】 This paper expounds the design,the construction and the tests of a failing cement injection piles engineering, Some experi

2、ence gained in the analyses about the tests can help us in other similar engineerings【Key words】 Cement injection piles Cement ash mixing method additional weight of Cement0前言在上海市，水泥粉體噴射攪拌法在處理36層建筑物的軟土地基中取得了一些成功實例，但是這種地基處理方法由瑞典人于1967年首先提出到現(xiàn)在不過只有30年的歷史，在我國從1983年改裝成第一臺粉體噴射攪拌機算起才不到15年的歷史，所以我們從實踐中獲得的經(jīng)驗不

3、足，還缺乏對它的全面了解。本文所述的就是一個水泥粉噴樁加固吹填土地基工程失敗的實例，通過對它的分析，希望能對以后同類工程的設(shè)計與施工有所益處。該工程加固費用加上測試等其它費用合計300多萬元，還影響了四個多月的工期，損失很大。后來調(diào)換設(shè)計單位重新設(shè)計，改為用預制樁基礎(chǔ)。1工程概況該工程位于上海市浦東新區(qū)，東臨東海，近處只有350m。建筑場地是在海灘圍堤后，新近人工吹填堆積形成的，地勢較為平坦，地面平均標高約4.45m。表層吹填土厚度3.003.80m，含水量高，固結(jié)度極差，呈松散狀態(tài)，采用水泥粉體作為固化劑來處理該層。加固區(qū)域面積總和約1157m2，總樁數(shù)13701根。在該場地上擬建的建筑物如

4、表1所示。基礎(chǔ)形式為片筏基礎(chǔ)。表 1擬建建筑物一覽表建筑物單元層數(shù)高度m建筑面積m2教學樓(B、C)行政辦公樓(E)食堂(F)中央機房(H)走廓(D)停車場(P)2111113.59.011.77.53.54213775161928713382場地工程地質(zhì)條件地層結(jié)構(gòu)如下：第層為吹填土層，主要成份為粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土和粉質(zhì)粘土，松散，飽和，均一性差，固結(jié)度極差，厚度為3.003.80m。第層為灰色粘質(zhì)粉土，含云母、貝殼碎屑，稍密，飽和，厚度為5.607.45m。兩層土主要物理力學性質(zhì)指標見表2。 3加固方案粉噴樁樁徑500mm，樁長5.0m，設(shè)計樁頂標高3.75m。樁頂標高以下有效樁長4.5m

5、。水泥用425號普通硅酸鹽水泥，原水泥摻量為45kgm， 相當于被加固土重的表 2土層物理力學性質(zhì)指標指標層次w%(kN·m3)ewL%wp%Ip%ILpsMPaN63.5(實測)fkPa52.830.418.916.71.520.8744.433.024.319.720.113.310.380.190.51.533.828.219.218.50.960.813.411.8415310012.5%，后來水泥摻入量作了兩次調(diào)整：第一次是在設(shè)計技術(shù)交底會上，施工以前，施工單位根據(jù)自己的經(jīng)驗認為加固這樣的吹填土層水泥摻入量偏少，設(shè)計單位就將水泥摻量提高到50kgm，相當于被加固土重的13.

6、9%(停車場P單元摻量仍為45kgm)；第二次是在完成了1971根樁之后，經(jīng)輕便動力觸探測試發(fā)現(xiàn)樁身擊數(shù)局部普遍偏低，施工單位講是水泥摻量少造成的，設(shè)計單位又將水泥摻量提高到52kgm，相當于被加固土重的14.4%(停車場P單元摻量為47kgm)。各加固單元具體情況如表3所示。 表 3場區(qū)粉噴樁加固設(shè)計方案單元名稱樁數(shù)樁間距m樁土置換率%設(shè)計復合地基承載力kPa教學樓(B)教學樓(C)行政辦公樓(E)食堂(F)中央機房(H)走廓(D)停車場(P)28052850120418612192169210970.80×0.800.80×0.801.00×1.001.00&

7、#215;0.801.00×1.001.20×1.101.20×1.2033.333.319.825.419.817.314.8909090909090704施工情況施工使用上海探礦機械廠生產(chǎn)的GPF5型步履式鉆機及YP1型粉體發(fā)送器，W1.610型空氣壓縮機，1m3的貯氣罐等配套設(shè)備。由于工期短，投入七套設(shè)備，晝夜施工，歷時50d全部完成樁的施工任務(wù)，平均每臺鉆機24h完成約40根樁。施工中使用的主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。操作工藝作了二次調(diào)整，曾先后使用了三種工藝：第種工藝，停車場P單元水泥摻量為45kgm外，其它單元水泥摻量為50kgm，?；颐嬉韵?.0m復攪復

8、噴。這種工藝施工了1971根樁，集中在B、C、E、P四個先施工的單元中。第種工藝，水泥摻入量同工藝，只是復噴長度加長到3.0m。這種工藝施工了2191根樁。 表 4施工中使用的主要技術(shù)參數(shù)項目提升速度(m·min1)葉輪轉(zhuǎn)數(shù)(r·min1)送灰壓力MPa停灰面深度m樁深度m單樁用時min參數(shù)1.471502000.150.350.35.31013第種工藝，水泥摻入量每m增加2kg，復噴長度同工藝3.0m。這種工藝施工了9539根樁。由于送灰器沒有水泥用量自動計量儀器，施工中采用每2根樁往灰罐中投加一次水泥的方法，控制平均單樁水泥用量。 5測試及測試結(jié)果統(tǒng)計與分析本粉噴樁加固

9、工程進行的測試項目有三大項和二附屬小項：三大項是樁身輕便動力觸探、復合地基和單樁承載力、樁身取芯；二附屬小項為天然地基輕便動力觸探、吹填土天然地基承載力。5.1輕便動力觸探測試在已完成的樁中，于成樁7天任意抽取總數(shù)的2%進行測試，測試的位置在樁徑的14處，從樁頭?；颐骈_始，記錄10kg重的落錘，落距50cm，探頭貫入10cm深度的錘擊數(shù)，測試深度5.0m。根據(jù)觸探擊數(shù)N10用對比法判斷樁身強度，同時判斷樁身的均勻程度。設(shè)計上提供的標準如下：設(shè)計樁頂標高以下0.01.5m范圍內(nèi)大于10擊，1.53.5m范圍內(nèi)7擊至10擊，3.54.5m范圍內(nèi)大于10擊。連續(xù)3個10cm的擊數(shù)都小于7擊的樁分布情

10、況統(tǒng)計如表5所示。表5反映出以下三點規(guī)律：表 5三種工藝測試對比表單元名稱各單元總測試樁數(shù)施工工藝種類各工藝測試樁數(shù)各工藝中N107擊樁數(shù)各工藝N107擊的樁數(shù)占同工藝測試樁數(shù)的百分比/%各單元N107擊樁數(shù)占同單元測試樁數(shù)百分比%B571193793981.833.324.336.8C4422139154068.244.4043.2E29186592050.033.3038.0F2822603011.510.7H4646510.910.9D313126.56.5P221264125010083.3077.5(1)第種施工工藝所完成的樁中出現(xiàn)N107的樁數(shù)最高。B、C、E單元各占81.8%、6

11、8.2%和50.0%，P單元測試12根全部N107高達100%。(2)第種施工工藝樁同施工工藝樁相比，出現(xiàn)N107的樁比例明顯下降，但是各單元百分比仍很高。B單元下降了48.5%，C單元下降了23.8%，E單元下降了16.7%，P單元下降了16.7%。(3)第種施工工藝樁出現(xiàn)N107的樁比例最低。B單元最高為24.3%，其次為F、H單元各為11.5%和10.9%，D單元為6.5%，其它為0。以上三點表明：隨著施工工藝的改變，N107的樁數(shù)逐漸減少，特別是增加水泥用量后的工藝完成的樁，增加水泥前共測試99根樁，其中59根N107擊占總數(shù)的59.6%，增加水泥后測試158根樁，其中19根N107擊

12、占總數(shù)的12.0%。5.2復合地基和單樁載荷試驗載荷試驗目前是確定工程質(zhì)量最有效最可靠的方法，普遍為各類樁基工程測試所采用。本工程復合地基和單樁載荷試驗在28d后及時進行，復合地基載荷試驗采用單樁復合地基承載力的測試方法，共測試了9個點；單樁承載力測試了2個點，其結(jié)果如表6。從表6中我們可以發(fā)現(xiàn)：B、C單元測試的3個點不管是工藝還是工藝的樁復合地基承載力均大于設(shè)計承載力90kPa，而E、F、H、P單元所測試的6個點無論工藝，工藝還是工藝的樁均未達到設(shè)計承載力的要求。這項試驗結(jié)果按照任何一本驗收規(guī)范，本工程都將為不合格工程，也就是它給本工程判了死刑。但是為什么會出現(xiàn)這樣的測試結(jié)果呢?其原因何在請

13、看下面的分析： 表 6復合地基和單樁載荷試驗布置單元名稱測試位置樁號施工工藝種類復合地基承載力kPa樁號施工工藝種類單樁承載力kNBB1312150B1912140CC2209109C84032EE63855E29060E94069E61858FF83575HH160761PP55952要確定復合地基承載力首先要先確定單樁容許承載力，規(guī)范(指上海市標準地基處理技術(shù)規(guī)范，下同)中給出9.2.5公式如下：PaUp.qsi.li.Ap.qp用來估算粉噴樁承載力Pa。式中各參數(shù)含義及取值如下：Up樁周長；qsi樁周第i層土的容許摩阻力：本場地樁周土層只有兩層，第層為灰色粘質(zhì)粉土，該規(guī)范中沒有對該層土q

14、s值作出規(guī)定，參照地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(DBJ081189)中該土層對灌注樁的極限摩阻力取值范圍1530kPa，除以安全系數(shù)2得qs2的取值范圍7.515kPa，在公式中代入qs212kPa，第層為吹填土層，固結(jié)度極差，飽和松散，目前正處于固結(jié)之中，本應該考慮其對樁身的負摩阻力作用，在公式中qs1取0；li樁周土層的厚度，本工程粉噴樁進入第層土中深度1.42.2m，取1.8m；為樁端天然地基承載力折減數(shù)，根據(jù)規(guī)范提供的取值范圍0.40.6，取其值為0.5；Ap樁截面積；qp樁端天然地基土承載力，第層土的地基承載力為100kPa。將以上各項參數(shù)代入9.2.52公式中，算得單樁容許承載力Pa43.7k

15、N。如表6，從工程樁中抽取的兩根樁的實測單樁容許承載力值分別為32kN、60kN，平均為46kN，基本與理論計算相符合。復合地基承載力的估算值，由規(guī)范提供的9.2.61公式計算。公式及式中各參數(shù)如下：fspm·PaAp(1-m)fsm樁土面積置換率；樁間土承載力折減系數(shù)，在0.51.0中取值0.8；fs樁間天然地基土容許承載力。由于吹填土土質(zhì)極差，兩次勘察階段的勘察均未能提供其承載力值，通過實測取其平均值為43.8kPa。將以上各參數(shù)值代入9.2.61式，計算得出單樁承載力Pa從32kN到60kN時，各單元復合地基承載力fsp值如表7。 表 7各單元復合地基承載力fsp估算值表單元名

16、稱mPa/kNfsp/kPafsp平均值/kPaB、CE、HFP0.3330.1980.2540.148326032603260326077.5125.160.488.667.5103.854.075.1101.374.385.464.6表7同表6比較，將驚奇地發(fā)現(xiàn)理論估算的值與實際測試的結(jié)果是多么的吻合!吻合表現(xiàn)在：a.只有B、C單元的復合地基承載力能夠達到90kPa，其它單元則不能；b.F單元理論計算值高于E、H單元的理論計算值，F(xiàn)單元實際測試值也高于E、H單元的。那么為什么B、C單元可以達到而其它單元不能呢?因為B、C單元的樁土置換率大于其它各單元。同樣的水泥摻量，同樣的施工工藝，不同的

17、置換率要在同一場地達到同樣的地基承載力，是不可能的!5.3樁身取芯樁身取芯在成樁28d后進行的，選取做過輕便動力觸探的29根樁取芯，其中8根是觸探擊數(shù)局部較低的樁，2根為擊數(shù)均大于10擊的樁，19根是一般性的樁。取芯結(jié)果表明10cm擊數(shù)大于10擊的樁身水泥土凝結(jié)較好，呈硬塊狀；而擊數(shù)較低的樁段樁芯采取率低，芯軟、濕易破碎，一般可見水泥土凝結(jié)的顆粒。樁芯硬塊部分做無側(cè)限抗壓強度試驗，其值均在2Nmm2以上。5.4吹填土地基載荷試驗與天然地基輕便動力觸探吹填土地基載荷試驗在全部樁打好后，為了分析工程質(zhì)量問題，由設(shè)計提出做的，因為勘察報告中沒有給出該值。實測兩點，都在標高3.75m處測試吹填土的承載

18、力，1點選在加固區(qū)外靠近場地中間的位置，結(jié)果為37.5kPa；2點選在加固區(qū)外靠近場地邊上，附近有1.0m深的排水溝，固結(jié)程度要比1點高，測出的值為50kPa。未加固區(qū)天然地基輕便動力觸探試驗的目的是判斷樁身輕便動力觸探擊數(shù)是否大于天然吹填土輕便動力觸探擊數(shù)的一倍以上。這個試驗也是為了有助于分析工程質(zhì)量問題而做的，其依據(jù)為規(guī)范條文說明第9.4.2條“七天時的樁身N10大于原天然地基擊數(shù)N10的一倍以上，則樁身強度已能達到設(shè)計要求。”一共測試了4個點，其結(jié)果統(tǒng)計如下：地表00.6m，每10cm15擊；地表0.62.4m，每10cm0.51擊；地表2.43.3m，每10cm27擊。如果按照這條標準，則全部粉噴樁均達到加固要求。 6二點經(jīng)驗教訓(1)粉噴樁在處理吹填土時要慎重使用，要通過現(xiàn)場做試驗樁以確定單樁承載力，做室內(nèi)水泥土的抗壓強度試驗以確定樁身水泥摻入量，不能只根據(jù)規(guī)范中處理一般軟弱土要求，確定工