陳 邛 李 明 徐 典

(1.重慶建工工業(yè)有限公司，重慶 400030; 2.江西省浩風(fēng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司，江西南昌 330017;3.重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331)

復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用。地基處理常用的方法有:換土墊層法、振密法、擠密法、排水固結(jié)法、置換法、膠結(jié)法等［1］。高壓旋噴樁已經(jīng)在鐵路橋梁、公路等軟弱地基加固中廣為應(yīng)用［2-4］，本文主要研究民用商住樓在復(fù)雜地基條件下高壓旋噴樁復(fù)合地基的加固技術(shù)，以工程實(shí)例為背景，介紹了高壓旋噴樁復(fù)合地基加固的施工流程、加固原理，并對(duì)加固后的復(fù)合地基承載力按規(guī)范給出的方法進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了地基加固的效果。

1 工程概況

擬建商住樓的場(chǎng)地位于成都坳陷盆地。該盆地西距南北走向的龍門(mén)山褶皺帶約60 km，東距北東走向的龍泉山褶皺帶約20 km。

根據(jù)巖土工程勘察資料，場(chǎng)地內(nèi)分布地層為第四系人工填土層(Qml4)、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl4)的砂土、卵石土。各土層的結(jié)構(gòu)和特征分述如下:①素填土:淺灰色，干，為近期堆填形成，土層厚度在0.5 m～2.6 m之間。②粉質(zhì)粘土:淺灰色混少量黃褐色，干～稍濕，以粉質(zhì)粘土為主含有砂土，上部砂土含量較少，向下砂土含量逐漸增多，局部以砂土為主。該層在場(chǎng)地上部呈似層狀分布，層厚在0.6 m～3.4 m之間。③卵石:雜色，以深灰色為主夾少量黃褐色，濕～飽和，松散～密實(shí)，級(jí)配一般～較好。卵石磨圓度較好，多呈亞圓形，卵石粒徑最大接近20 cm，一般粒徑在4 cm～15 cm之間，卵石含量在50%～85%之間，漂卵石含量在10%～15%之間，漂卵石構(gòu)成了該層骨架，空隙由砂土充填，根據(jù)鉆探揭露在卵石層中存在透鏡體狀中砂，厚度在0.5 m～1.6 m

之間。層頂埋深在3.8 m～6.4 m之間。④中砂:黃褐色、深灰色，松散～稍密，成分以石英、長(zhǎng)石顆粒為主，含有白云母片，以中砂為主混有粉土，局部含有少量卵石，厚度在0.5 m～1.6 m之間。擬建場(chǎng)地內(nèi)無(wú)河流、水溝等地表水流經(jīng)過(guò)。地下水類(lèi)型主要為賦存于第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水。主要受地表水和大氣降水補(bǔ)給，卵石層透水性良好。水位高程為496.7 m～497.58 m。

2 高壓旋噴樁復(fù)合地基施工流程

2.1 施工機(jī)具設(shè)備及工藝流程

主要施工機(jī)具:NJ1200泥漿攪拌機(jī)，1臺(tái);XPZ-50型旋噴鉆機(jī)，1臺(tái);高壓旋噴注漿泵ZJB/BP-30型及配套裝置(90 kW)，1臺(tái)套;SH-30型勘察鉆機(jī)，2臺(tái)套。

流程:基坑開(kāi)挖→測(cè)放旋噴點(diǎn)位→鉆機(jī)取土、引孔→下PVC塑料管→將旋噴噴嘴置入鉆孔孔底→由下至上旋噴注漿→樁體養(yǎng)護(hù)→地基加固效果檢測(cè)→土方檢底→樁頂褥墊層施工。

2.2 施工技術(shù)要求

1)土方開(kāi)挖:應(yīng)避免對(duì)地基土的擾動(dòng)。挖至設(shè)計(jì)基底以上0.3 m時(shí)必須停止，將余土作為預(yù)留層，待旋噴施工之后再以人工檢底挖除。

2)取土、引孔:用SH-30型勘察鉆機(jī)動(dòng)探引孔。引孔孔徑8 cm，引孔深度要求穿過(guò)各層軟弱層嵌入預(yù)計(jì)的下伏穩(wěn)定卵石層(中密以下)0.7 m ～1.0 m。

3)下PVC塑料管。

4)旋噴注漿:先空轉(zhuǎn)旋噴管直至孔口返漿，再提升旋噴管自下而上旋噴施工，直至孔口。注漿材料采用P.O32.5水泥。制備的水泥漿漿液水灰比為0.5～1.1。噴射注漿壓力為30 MPa～35 MPa，噴嘴旋轉(zhuǎn)速度(20±5)r/min，噴嘴提升速度(20±5)cm/min，并在孔口處復(fù)噴一次。

5)回灌補(bǔ)漿、樁頭處理:旋噴作業(yè)完成后，應(yīng)將不斷冒出地面的漿液引回到樁孔內(nèi)，避免漿液凝固收縮在孔口形成空洞。

6)土方檢底、褥墊層施工:樁體養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)合格后以人工檢底將基底以上余土挖除，若基底以下尚有填土層未至老土，則必須按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，將其全部挖除直至老土層頂面以下不少于200 mm為止，超挖部分回填級(jí)配砂卵石并作夯實(shí)處理。檢底后即鋪設(shè)級(jí)配砂卵石褥墊層，厚度0.3 m，夯填度(夯實(shí)后的厚度與虛鋪厚度之比)不得大于0.9，最大粒徑不宜超過(guò)3 cm。

3 高壓旋噴樁復(fù)合地基加固原理

3.1 地基加固處理方法、目的與要求

當(dāng)基底下存在軟弱下臥層時(shí)，其強(qiáng)度和變形不能滿足上部荷載要求，需對(duì)其進(jìn)行加固處理。本工程根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁對(duì)其進(jìn)行加固處理，以處理后的復(fù)合地基作基礎(chǔ)持力層。加固處理后，要求滿足復(fù)合地基承載力特征值fspk≥530 kPa，壓縮模量 Esp≥40 MPa。

3.2 加固原理

高壓旋噴樁是利用高壓泵將水泥漿液通過(guò)鉆桿端頭的特制噴頭，以高速水平噴入土體，借助液體的沖擊力切削土層，同時(shí)鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌夏?，形成具有一定?qiáng)度的圓柱固結(jié)體(即旋噴樁)，從而使地基得到加固。旋噴樁的特點(diǎn)是:可提高地基的抗剪強(qiáng)度;能利用小直徑鉆孔旋噴成比孔大8倍～10倍的大直徑固結(jié)體;施工噪聲低，振動(dòng)小;可用于任何軟弱土層，可控制加固范圍;設(shè)備較簡(jiǎn)單、輕便，機(jī)械化程度高;料源廣闊，施工簡(jiǎn)便。

1)高壓噴射流切割破壞土體作用。噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞。

2)混合攪拌作用。鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動(dòng)相反的方向(即阻力小的方向)移動(dòng)，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。

3)置換作用。高速水射流切割土體的同時(shí)，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入。

4)充填、滲透固結(jié)作用。高壓漿液充填沖開(kāi)的和原有的土體空隙，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體。

5)壓密作用。高壓噴射流在切割破碎土體的過(guò)程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分。

4 高壓旋噴樁復(fù)合地基加固計(jì)算

依據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，商住樓基底下存在中砂軟弱層，采用高壓旋噴樁對(duì)其進(jìn)行地基處理，根據(jù)基底標(biāo)高不同，分為2個(gè)加固區(qū)域(加固1區(qū)和加固2區(qū))，共處理面積約140 m2。其中加固2區(qū)因下部軟弱層厚度較薄，且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，加固處理難度大。

4.1 確定樁長(zhǎng)、樁徑

按設(shè)計(jì)要求旋噴樁處理深度應(yīng)穿過(guò)中砂層進(jìn)入下部中密卵石層，并以中密卵石層作為樁端持力層，此時(shí)樁體在荷載作用下主要起應(yīng)力集中的作用，從而使軟土負(fù)擔(dān)的壓力相應(yīng)減少。結(jié)合本場(chǎng)地地質(zhì)條件，高壓旋噴樁加固至持力層(中密卵石層)70 cm。因本工程處理面積小(約140 m2)，處理范圍內(nèi)僅涉及ZK15一個(gè)勘察孔，參照該鉆孔資料及現(xiàn)場(chǎng)情況，本工程加固1區(qū)高壓旋噴樁平均處理深度為3.0 m;加固2區(qū)高壓旋噴樁平均處理深度為1.5 m。根據(jù)所采用的成樁設(shè)備，本工程旋噴樁樁徑確定為550 mm。

4.2 確定樁間距［5，6］

1)確定天然地基承載力特征值fak。

根據(jù)地勘報(bào)告提供相關(guān)承載力參數(shù)，中砂層地基承載力特征值取fak=150 kPa。

2)計(jì)算單樁豎向承載力特征值Ra。

依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范提供的方法來(lái)計(jì)算單樁豎向承載力特征值Ra，并取其中較小值。

其中，Ra為樁豎向承載力特征值，kN;η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.33;fcu為樁試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度的平均值，取9 000 kPa;Ap為樁的截面積，m2。

則按式(1)計(jì)算的單樁豎向承載力特征值為:Ra=ηfcuAp=705.26 kN。

其中，μp為樁的周長(zhǎng)，m;n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa，成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)中砂取35 kPa，中密卵石取75 kPa、密實(shí)卵石取80 kPa;qp為樁周第i層土的樁端端阻力特征值，kPa，按中密卵石取1 500 kPa;li為第i層土的厚度，m，按勘察報(bào)告第15號(hào)孔，中砂取2.0 m，中密卵石0.4 m，密實(shí)卵石0.7 m。

計(jì)算得單樁豎向承載力特征值為:

地基加固1區(qū):Ra=625.60 kN，單樁豎向承載力特征值Ra取小值625.60 kN。

地基加固2區(qū)(基底標(biāo)高比地基加固1區(qū)低2.1 m):Ra=501.258 kN，單樁豎向承載力特征值Ra取小值501.258 kN。

3)計(jì)算面積置換率m。

依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范公式9.2.5計(jì)算面積置換率m。

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa，設(shè)計(jì)要求530 kPa;m為面積置換率;fsk為處理后樁間土承載力特征值，即取地基土承載力平均值150 kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.40。

按式(3)計(jì)算面積置換率m:

加固 1 區(qū):m=0.183;加固2 區(qū):m=0.229。

由面積置換率m，分別得等效影響直徑de，加固1區(qū):de=1.285 m;加固2 區(qū):de=1.149 m。

4)確定樁間距s。

a.按三角形布樁，則 de=1.05s，得加固 1 區(qū):s=1.223 m，加固2區(qū):s=1.09 m。

b.按正方形布樁，則 de=1.13s，得加固 1 區(qū):s=1.137 m，加固2區(qū):s=1.07 m。

4.3 布樁方案

旋噴樁加固范圍為中砂分布范圍。按照規(guī)范要求，在確保旋噴樁面積置換率不低于設(shè)計(jì)值(加固1區(qū)0.183，加固2區(qū)0.229)的前提下將樁位均勻布置到基礎(chǔ)下，本工程按正方形布樁，樁間距加固1區(qū)1.10 m，加固2區(qū)1.00 m。樁端進(jìn)入下臥中密卵石層1倍樁徑以上，即0.7 m，且樁長(zhǎng)加固1區(qū)不小于3.0 m，加固2區(qū)不小于1.5 m。

加固1區(qū)與加固2區(qū)均按照矩形布樁方式，總樁數(shù)為124根，加固1區(qū)平均樁長(zhǎng)3.00 m，加固2區(qū)平均樁長(zhǎng)1.50 m。預(yù)計(jì)總加固深度333 m。

4.4 復(fù)合地基承載力驗(yàn)算

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高壓旋噴樁地基加固技術(shù)進(jìn)行了研究，以成都某商住樓為工程背景，詳述了采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基加固的施工流程和相應(yīng)的施工技術(shù)要求，并分析了該方法的加固原理。最后按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》給出的方法，計(jì)算了加固后的復(fù)合地基承載力，得出了加固1區(qū)和加固2區(qū)的地基承載力均大于530 kPa的結(jié)論，驗(yàn)證了高壓旋噴樁加固技術(shù)的有效性。

［1］龔曉南.地基處理手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］陳開(kāi)圣.高壓旋噴樁在邵懷高速公路軟基加固中的應(yīng)用［J］.路基工程，2010，18(3):69-71.

［3］龍 剛，宣以瓊.高壓旋噴樁在橋梁樁基加固工程中的應(yīng)用［J］.安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，18(3):55-58.

［4］付艷斌，謝永健.基坑旋噴樁施工對(duì)周邊環(huán)境的影響及改進(jìn)措施［J］.建筑技術(shù)，2008，20(5):42-46.

［5］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.