浅谈高压旋喷桩在堤防软基加固的应用
摘要: 随着三峡大坝建成蓄水后，通过修建堤防整治工程达到防洪护岸、地灾治理、城市景观建设、长江河岸生态建设、城市开发建设、人文环境建设一体化。由于堤防沿线地质情况较为复杂，对堤防工程工作开展带来一定的难度。因此，文章通过对高压旋喷桩在软基施工中的应用，结合高压旋喷桩现场直剪试验成果的分析，简要描述了对堤防软基的抗剪强度值的改善。
关键词：堤防软基；高压旋喷桩；直剪试验
高压旋喷桩处理软基是通过高压设备以不小于20MPa的高压向四周加固土层喷射水泥浆液，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，同时提升钻杆，从而在加固地层中形成较完整桩体的方法。其特点是：可提高并保持地基的抗剪强度，改善土的变形模量。适用范围：淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土 、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。
一、工程概况
某段长江防洪护岸综合整治工程位于重庆市南岸区，其桩号0+870.00-1+220.00段堤防基础自上而下为人工填土、粉砂、粉土和砂卵石等；由于堤脚至堤顶滨江路整体高度超过30m，为了节省投资、加快施工进度、保证施工场地高于导流时段水位170.60m，并确保防洪堤整体稳定的前提下,决定对该堤段基础进行高压旋喷桩加固处理。加固方案设计旋喷桩桩径为1m，间、排距2m，梅花形布置，从而保证整体全面积改变土体结构；桩长约10～30m。该段堤防基础根据岩土体试验成果，按照有关规程、规范，并结合地区工程经验提出岩土体的有关物理力学指标建议值见下表1。
表1岩土地质参数建议值表
二、直剪试验
本次试验的目的是为了确定单桩极限承载力，桩身完整性，桩身水泥土强度，抗剪强度值；试验场地位于重庆市南岸区。试验桩为高压旋喷桩，场地地层以人工填土、粉砂、粉土为主，局部有回填碎石土。
本次实验分别进行了现场和室内的直剪试验，试验数量各2组。以确定桩身水泥土的抗剪强度。
1、现场直剪试验
制作桩的水泥土试件，竖向反力系统采用钢架反力装置。试验在天然含水状态下进行剪切。试验采用千斤顶平推法。先对试件分级等量施加法向荷载至预定荷载，最大的法向荷载大于上覆土层的压力；试件的法向荷载分3级施加。当最后一级法向变形达到相对稳定时，即可施加剪切荷载。试体剪断后，可终止荷载。
试验结束后，翻转试体，测量实际剪切面面积，详细记录剪切面的破坏情况。
2、室内直剪试验
在现场根据钻孔取芯情况，采取符合试验条件的样品，并由现场监理认可，在室内对其进行加工并按规范对其进行直剪试验。
3、法向应力计算
式中：P——法向应力(kPa)
P1——千斤顶所施加的压力(kN)
P2——设备自重(kN)
P3——试件自重(kN) P3=γFh
γ——土的重度(kN/m3)
F——实际剪切面积(cm2)
h——土样高度(cm)
4、剪应力计算：
式中：τ——剪应力(kPa)
EP——水平千斤顶所施加的推力(kN)
5、c、φ值的计算方法：
(1)图解法：以法向应力P为横坐标，抗剪强度τ为纵坐标，绘制P-τ曲线图，土的凝聚力c和内摩擦角φ可以从图上直接量得。
(2)最小二乘法：
式中：——各级法向应力的总和(kPa)
——各级法向应力下的剪切力的总和(kPa)
n——所施加垂直压力的级数
四、实验成果分析
1、现场直剪试验成果
现场直剪试验共完成2组，采用最小二乘法求解凝聚力c平均值为327.5kPa，内摩擦角为35.5º；采用图解法求解凝聚力c平均值为315.15kPa，内摩擦角为35.8º。详见下表2、3：
表2 现场直剪试验成果表
表3现场直剪试验成果表（续）
由上表可看出若试件其水泥土中泥质含量较重，蜂窝状孔洞较发育，桩身强度低，导致其C值较低。再者其抗剪强度与在试验桩深度部位有关，从开挖的大部分桩看，其上部含泥质较多，完整性较差，强度均偏低。
2、室内直剪试验成果
本次室内直剪试验共完成2组，凝聚力c平均值为0.775MPa，内摩擦角为43º。详见下表4：
表4室内直剪试验成果表
由上表可看出直剪试验与水泥土试件的强度关系很大。取样部位水泥土的强
度直接导致其强度的高低。
五、结束语
实践证明，经过高压旋喷桩加固处理后的软基，可明显的提高地基的抗剪强度及基础的c、φ值，即节省投资又加快施工进度，并确保了堤防的安全。通过该工程基础的加固，可以看到高压旋喷桩是地基加固的一种有效方法，特别是对于有人工填土、粉砂、粉土等的地基加固，效果更加显著。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业规范.《建筑地基处理技术规范》（JGJ79～2002）
[2] 徐至均. 高压喷射注浆法处理地基[M]. 北京: 机械工业 出版社, 2004
[3] 雷崇红, 孙树铭. 高压旋喷注浆技术及其应用[J]. 铁道建筑, 2004
