蒲研

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730030）

0 引言

處理軟土地基的幾種常用方法有：換填法、強(qiáng)夯法、擠密法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法。其中高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)將噴射注漿管置于加固處理深度，在鉆桿旋轉(zhuǎn)上升時(shí)，將預(yù)先配置好的漿液，用一定壓力從噴嘴中噴出，沖切土體，把土和漿液強(qiáng)制拌和，凝聚固結(jié)后，形成具有一定強(qiáng)度的混合樁體，并通過(guò)設(shè)置褥墊層使樁和樁間土共同作用，形成具有一定強(qiáng)度的人工復(fù)合地基，從而提高地基承載力和減小沉降。

1 工程概況

九州隧道工程為蘭州市北環(huán)路工程中的重要節(jié)點(diǎn)工程，為上、下行分離式雙向6車道隧道，隧道開(kāi)挖寬度達(dá)16.4 m。隧道明洞段原設(shè)計(jì)基底為砂巖，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示，部分明洞段基底以下為軟弱地基，需進(jìn)行地基處理后方可進(jìn)行隧道的明洞施工。針對(duì)基底地基土的土質(zhì)特點(diǎn)，經(jīng)CFG樁、深層攪拌樁和高壓旋噴樁多樁現(xiàn)場(chǎng)試樁比選后，最終決定采用高壓旋噴樁對(duì)本段軟弱地基進(jìn)行加固。

2 工程地質(zhì)條件

補(bǔ)充勘察資料揭示，隧道右線YK2+920 m～YK2+940.8m明洞段和左線ZK2+833m～ZK2+916.2m明洞段原為山溝，后經(jīng)回填而成。在勘探范圍內(nèi)，地層自上而下為雜填土層、粉土層、砂礫巖層，各層巖土特征描述如表1。

表1 基底地層巖土特征表

3 高壓旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

九州隧道明洞基底以下雜填土層和粉土層的承載力不能滿足設(shè)計(jì)的要求，本次設(shè)計(jì)要求將基礎(chǔ)以下雜填土層和粉土層采用人工地基處理方法，并要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值fspk≥300 kPa，壓縮模量Es≥18 MPa。樁頂設(shè)置25 cm厚褥墊層，材料采用碎石，粒徑分布8～20 mm為宜，最大粒徑不大于20 mm，褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，夯實(shí)度不得大于0.9。

3.2 計(jì)算參數(shù)

（1）地層參數(shù)

樁頂以上設(shè)置25 cm厚級(jí)配碎石褥墊層，各地層參數(shù)按表1中鉆探參數(shù)選取。

（2）復(fù)合地基承載力

高壓旋噴樁設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值按300 kPa控制。

（3）樁徑確定

根據(jù)所采用的XL-50型履帶式旋噴鉆機(jī)等主要設(shè)備以及本地區(qū)類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)旋噴樁樁徑（d）確定為60 cm。

3.3 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

初步設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2012)中式（9.2.6），進(jìn)行單樁豎向承載力特征值Ra估算，計(jì)算參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)值及地勘鉆探。

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；up為樁的周長(zhǎng)，m；n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；li為樁穿越第i層土厚度，m；qsi為樁周第i層土（巖）的側(cè)阻力特征值，kPa；qp為樁端端阻力特征值，kPa；αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，取0.6；Ap為單樁截面積，m2。

樁周長(zhǎng)：

單樁截面積：

根據(jù)各土層地勘資料數(shù)據(jù)以及樁身長(zhǎng)度，分段選取各計(jì)算參數(shù)，先計(jì)算YK2+920 m～YK2+940.8 m段如下：

第一層雜填土層厚7 m，qs1=18 kPa；

第二層粉土層厚6.5 m，qs2=20 kPa；

第三層砂礫巖層厚 0.5m，qs2=100 kPa，qp=400 kPa。

則有，單樁豎向承載力特征值：

同時(shí)，樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足下式要求：

本次設(shè)計(jì)要求混合料試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度平均值不小7.0 MPa。

3.4 復(fù)合地基樁間距、面積置換率計(jì)算

高壓旋噴樁復(fù)合地基的承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，設(shè)計(jì)中按照以下公式計(jì)算：

式中：fsp,k為復(fù)合地基承載力特征值（取設(shè)計(jì)值300 kPa）；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)（取1.0）；fs,k為樁間土承載力特征值（取100 kPa）；m為復(fù)合地基中樁體面積置換率；Rp為單樁豎向承載力特征值（取644.33 kPa）；Ap為單樁截面積；β為樁間土承載力折減系數(shù)（取0.3）。

復(fù)合地基置換率按下列公式計(jì)算：

擬采用等邊三角形布置，復(fù)合地基置換率由公式m=d2/de2計(jì)算（其中d為樁身平均直徑，m；de為一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m）；采用等邊三角形布置時(shí)de=1.05 d0，d0為樁間距，則有：

取高壓旋噴樁樁間距為d0=1.5 m，按等邊三角形布樁。

綜上所述，根據(jù)不同樁長(zhǎng)對(duì)隧道明洞段分段計(jì)算，計(jì)算成果見(jiàn)表2。

處理后的地基變形計(jì)算按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）進(jìn)行計(jì)算，復(fù)合地基的壓縮模量等于原地基壓縮模量的ξ倍，則有：

根據(jù)本地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，處理后的樁間土Es取7.0MPa，則復(fù)合地基壓縮模量Es=3.0×7.0=21MPa＞18 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 高壓旋噴樁復(fù)合地基處理要求

4.1 成樁工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和工程需要，設(shè)計(jì)采用單管法成樁工藝。

4.2 材料要求

水泥：水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其性能必須符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-1999）的規(guī)定。使用前報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。

水：宜采用飲用水。

水泥漿的水灰比為0.8～1.2，應(yīng)提前做水泥土配合比試驗(yàn)，確定水泥土的配合比。要求混合料試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度平均值不小7.0 MPa。

4.3 成樁試驗(yàn)

施工前應(yīng)根據(jù)本段軟弱地基層厚變化情況分段進(jìn)行成樁工藝性試驗(yàn)，確定合理的施工工藝參數(shù)。

表2 不同樁長(zhǎng)高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）試樁

選取有代表性路段進(jìn)行不同樁長(zhǎng)的成樁試驗(yàn)，通過(guò)高壓旋噴樁成樁試驗(yàn)復(fù)核地質(zhì)情況，確定水泥漿水灰比、氣流壓力、提升速度和水泥摻量等各項(xiàng)參數(shù)和施工工藝。

（2）試驗(yàn)檢測(cè)

待試樁成形28 d齡期后，進(jìn)行樁體試件抗壓強(qiáng)度、樁體低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，以檢測(cè)成樁質(zhì)量及樁身完整性；對(duì)不同樁長(zhǎng)的試驗(yàn)段進(jìn)行單樁及單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，以確定實(shí)際承載力，修正設(shè)計(jì)參數(shù)。

5 質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 高壓旋噴樁質(zhì)量檢驗(yàn)

旋噴樁可根據(jù)工程要求和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)采用開(kāi)挖檢查、鉆孔取芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探和靜載荷試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.2 檢驗(yàn)要求

（1）必須由專門的檢測(cè)單位進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

（2）成樁7 d后，采用淺部開(kāi)挖樁頭（灰面下0.5 m），目測(cè)檢查樁身的均勻性，測(cè)量成樁直徑。

（3）鉆孔位置的允許偏差應(yīng)為±50 mm，垂直度允許偏差應(yīng)為±1%，樁體有效直徑不得小于設(shè)計(jì)值，樁身中心允許偏差≤0.2D。檢驗(yàn)數(shù)量按成樁總數(shù)的5%抽樣檢驗(yàn)，且每檢驗(yàn)批不少于5根。

（4）抽芯檢驗(yàn)

抽芯檢驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量，如樁身完整性、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、含灰量、堅(jiān)硬程度、攪拌均勻性等。樁完工28 d后，在每根檢測(cè)樁樁徑方向1/4處、樁長(zhǎng)范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，取上、中、下不同深度的3個(gè)試樣作無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。抽芯檢驗(yàn)的數(shù)量為總樁數(shù)的1%，且每個(gè)施工作業(yè)點(diǎn)不少于6根。一般應(yīng)按比例隨機(jī)抽取，且分布基本均勻。

（5）單樁靜載荷試驗(yàn)

用于單樁靜載荷試驗(yàn)樁的數(shù)量不低于總樁數(shù)的1%，且每個(gè)施工作業(yè)點(diǎn)不少于3根。一般應(yīng)按比例隨機(jī)抽取，且分布基本均勻，試驗(yàn)得到的單樁承載力不得低于設(shè)計(jì)要求。

（6）復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

用于復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)樁的數(shù)量不低于總樁數(shù)的1%，且每個(gè)施工作業(yè)點(diǎn)不少于3根。一般應(yīng)按比例隨機(jī)抽取，且分布基本均勻，試驗(yàn)得到的復(fù)合地基承載力不得低于設(shè)計(jì)要求。

（7）單樁靜載荷試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）附錄A“復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)”及《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）附錄D“淺層平板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)”進(jìn)行。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，該工程高壓旋噴樁單樁承載力特征值、復(fù)合地基承載力特征值和復(fù)合地基壓縮模量均大于設(shè)計(jì)值，滿足設(shè)計(jì)地基承載力和變形要求。

6 結(jié)論

從設(shè)計(jì)計(jì)算及復(fù)合地基檢測(cè)結(jié)果看，該工程所采用的高壓旋噴樁復(fù)合地基處理明洞基底雜填土層和粉土層時(shí)，漿液與土體可形成強(qiáng)度較高的混合樁體，使復(fù)合地基承載力得到大幅度的提高，地基變形得以控制，從而滿足隧道明洞地基承載力和變形的要求。