陳曉陽(yáng)

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢430063）

0 引言

近年來(lái)，城市用地日趨緊張，很多工程不得不在不良地基上進(jìn)行修建，當(dāng)?shù)鼗休d力及變形不能滿足相應(yīng)要求時(shí)，通常需要對(duì)地基進(jìn)行加固處理[1,2]。高壓旋噴樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基，具有施工占地少、振動(dòng)小、噪音較低等優(yōu)點(diǎn)[3,4]，本文結(jié)合杭州某巖溶地質(zhì)條件下的工程實(shí)例，分析高壓旋噴樁處理地基的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

浙江省杭州市臨安區(qū)某建筑，位于臨安上泉村范圍，即杭徽高速公路以南、規(guī)劃玲瓏大道以東、錦溪以西地塊，緊靠錦溪，段址現(xiàn)狀主要為農(nóng)田，在段址中部分布有上泉村部分民房和少量廠房。

本工程為庫(kù)房，1層（局部2層）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，1層為主跨，包含大件庫(kù)區(qū)及貨架區(qū)，局部2層為輔跨，為辦公區(qū)。總建筑面積約4 169.96 m2，建筑高度14.40 m。抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

1.2 工程地質(zhì)概況

本工程場(chǎng)地屬于沖洪積平原地貌單元，經(jīng)過(guò)挖填施工，地形總體較為平坦，現(xiàn)狀場(chǎng)地標(biāo)高為60.01～63.37 m，平均標(biāo)高為62.64 m。場(chǎng)地不存在軟弱土、液化土，不良地質(zhì)條件為巖溶及構(gòu)造破碎帶，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)、地形、地貌特征，屬建筑抗震一般地段。

場(chǎng)地內(nèi)土層自上而下分布有：雜填土（厚0.4～3.3m），素填土（厚0.5～2.8 m），耕植土（厚0.3～1.6 m），粉質(zhì)粘土（厚0.5～3.9 m），圓礫（厚5～13 m），碎石夾粘土（厚2.3～29.5 m），含礫粉質(zhì)黏土（厚0.70～8.1 m），構(gòu)造破碎帶（厚0.6～50.1 m），構(gòu)造帶（厚0.3～32.4 m），強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r（厚0.30～11.4 m），中風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r（見(jiàn)圖1）。

根椐本場(chǎng)區(qū)內(nèi)已完成的鉆孔67個(gè)，其中59個(gè)鉆孔內(nèi)揭露139個(gè)大小不一的溶洞，鉆孔遇洞率為88.06%。揭示溶洞主要為全充填、無(wú)充填，其中25個(gè)溶洞以粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土充填，111個(gè)溶洞以含黏性土碎石、含黏性土礫砂充填，3個(gè)溶洞為無(wú)充填物空洞，揭露溶洞洞徑為0.40～28.30 m，層頂埋深8.00～78.00 m，層頂標(biāo)高-14.84～55.56 m。

本工程場(chǎng)地巖溶屬覆蓋型巖溶，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育，溶洞除少數(shù)無(wú)充填溶洞外，大部分溶洞多有充填物，全充填溶洞占比97%以上，充填物以流塑～軟塑狀含礫粉質(zhì)黏土、黏土或松散～稍密狀含黏性土碎石、角礫（礫砂）為主。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Typical Engineering Geological Profile

各層土的巖性特征及埋藏條件分述如下：〈1〉素填土：稍濕～很濕，松散。場(chǎng)地內(nèi)該層廣泛分布于地表，層厚介于0.50～6.00 m?！?〉填砂：稍濕～很濕，松散。層厚介于2.70～8.20 m?！?〉填石：稍濕，松散。場(chǎng)地內(nèi)局部分布，層厚介于1.00～6.00 m。〈4〉淤泥質(zhì)粘土：飽和，軟～流塑，含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)以及貝殼殘片，壓縮性高，并具流變性及觸變性，場(chǎng)地內(nèi)大部分地段分布，層厚介于2.60～8.70 m?！?〉可塑狀粉質(zhì)粘土：可塑狀，粘塑性好，局部含淤泥質(zhì)，層厚介于1.00～10.00 m?！?〉硬塑狀粉質(zhì)粘土：硬塑狀，層厚介于1.40～11.50 m?！?〉中砂：飽和，稍密，層厚介于0.50～6.20 m。〈8〉全風(fēng)化花崗巖：浸水易軟化、崩解，層厚介于3.40～29.30 m?！?〉強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：風(fēng)化裂隙發(fā)育，層厚介于0.20～12.30 m。

2 基礎(chǔ)方案比選

經(jīng)計(jì)算，辦公區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組合下柱底力約為1 000 kN，貨架區(qū)柱底力約為2 000 kN。由于本工程地質(zhì)的特殊性，共設(shè)計(jì)三種基礎(chǔ)方案進(jìn)行比選：承臺(tái)+樁基礎(chǔ)、淺基礎(chǔ)+注漿處理、淺基礎(chǔ)+旋噴樁處理。

2.1 承臺(tái)+樁基礎(chǔ)

巖溶地區(qū)的樁基宜采用鉆、沖孔樁，當(dāng)單樁荷載較大，巖層埋深較淺時(shí)，宜采用嵌巖樁[5-7]，根據(jù)地勘報(bào)告，則優(yōu)先選用?d-3中風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r作為本建筑樁基持力層；?1構(gòu)造破碎帶、?2構(gòu)造帶也可作為樁基持力層。當(dāng)選用不同地層作為樁基持力層時(shí)，需考慮樁基不均勻沉降問(wèn)題。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告建議及規(guī)范要求，在施工前必須進(jìn)行一樁一孔的施工勘察（包括破壞性試樁），需保證樁端以下一定深度內(nèi)無(wú)溶洞發(fā)育。在初步布設(shè)樁位后進(jìn)行鉆探，結(jié)果顯示：圓礫層下溶洞成片發(fā)育，深度不一，為使樁端進(jìn)入灰?guī)r層，部分灌注樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，部分樁端下未能夠見(jiàn)到灰?guī)r層，而以?1構(gòu)造破碎帶等作為持力層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)摩擦樁與嵌巖樁交錯(cuò)布置的情況，甚至同一承臺(tái)下的樁進(jìn)入不同持力層。

由于溶洞充填物性質(zhì)差，采用沖擊鉆施工是經(jīng)濟(jì)穩(wěn)妥的做法，但施工工期較長(zhǎng)；采用旋挖鉆施工，則需進(jìn)行溶洞處理后方可保證樁基正常施工，投資較大，且因樁長(zhǎng)較長(zhǎng)、施工難度大，工期亦難以保證。

故不推薦方案1的鉆孔灌注樁+承臺(tái)方案。

2.2 淺基礎(chǔ)+地基處理

從控制不均勻沉降和降低勘察工程量的角度出發(fā)，考慮采用淺基礎(chǔ)+地基處理的方案[8]，地基處理可考慮注漿處理或高壓旋噴樁處理。

經(jīng)初步計(jì)算，若采用筏板基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)組合下的基底反力約為120 kPa，圓礫層的承載力特征值為200 kPa，筏板基礎(chǔ)具有整體性強(qiáng)，能夠調(diào)節(jié)不均勻性沉降差等優(yōu)點(diǎn)，且作為淺基礎(chǔ)，具有施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，還可充分利用上覆圓礫層的承載力。因此，根據(jù)不同區(qū)域承載力的要求優(yōu)化設(shè)計(jì)后，考慮在主跨貨架重載區(qū)采用筏板基礎(chǔ)，主跨其余柱下采用條形基礎(chǔ)，使得保證基底壓力近似相等，以控制不均勻沉降。

因注漿處理屬于偏概念性設(shè)計(jì)，注漿效果檢測(cè)較難判定，不推薦采用注漿處理后的地基作為持力層。另根據(jù)旋噴樁試樁，效果較好，能夠滿足設(shè)計(jì)承載力的要求，并且對(duì)其可以進(jìn)行有效的檢測(cè)以保證成樁質(zhì)量。

綜合以上施工難度、造價(jià)、控制沉降等方面對(duì)比分析，本工程采用筏板（條形）基礎(chǔ)+高壓旋噴樁地基處理的方案。

3 高壓旋噴樁地基處理

本工程主跨及輔跨由于荷載懸殊較大，為節(jié)約造價(jià)，采用不同直徑高壓旋噴樁，且根據(jù)地勘資料中溶洞埋深及大小，設(shè)計(jì)采用不同旋噴樁樁頂及樁底標(biāo)高，如圖2所示。

主跨區(qū)域，高壓旋噴樁直徑D=800 mm，樁間距s=1 700 mm，采用等邊三角形布置，要求處理后的承載力特征值達(dá)到150 kPa，輔跨區(qū)域，高壓旋噴樁直徑D=700 mm，樁間距s=1700 mm，采用等邊三角形布置，要求處理后的承載力特征值達(dá)到130 kPa。

本工程條形基礎(chǔ)及筏板基礎(chǔ)下均有約5 m左右圓礫層⑨4或碎石夾黏土?1等力學(xué)性質(zhì)較好的覆蓋層，確定加固范圍為覆蓋層下的溶洞及土層，加固具體深度為覆蓋層下穿過(guò)溶洞進(jìn)入穩(wěn)定持力層[9]。旋噴樁樁頂進(jìn)入覆蓋層不應(yīng)小于0.5 m，樁底進(jìn)入構(gòu)造帶深度不應(yīng)小于0.5 m，若鉆孔鉆到基巖，則應(yīng)引孔后施工旋噴樁并保證進(jìn)入基巖不小于0.2 m。施工工藝如下：

圖2 典型旋噴樁樁長(zhǎng)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Pile Length

⑴本工程樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，采用雙重管或三重管施工工藝，建議壓力應(yīng)大于20 MPa，流量應(yīng)大于40 L/min，氣流壓力大于0.7 MPa，提升速度宜為0.1～0.2 m/min。對(duì)于溶洞充填物區(qū)域，采用低壓復(fù)噴方式，用低壓水泥漿注漿一次不還漿，停3～4 h再低壓復(fù)注1～2次漿液，保證樁體質(zhì)量，直到孔口正常冒漿。對(duì)于局部超深溶洞，無(wú)法穿透溶洞時(shí)，樁底采用復(fù)噴以形成擴(kuò)底，復(fù)噴時(shí)間建議不小于3 min。

⑵采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，可根據(jù)需要加入外加劑和摻和料。外加劑和摻和料由試驗(yàn)確定。水泥漿液水灰比宜為0.8～1.2，對(duì)于溶洞充填物區(qū)域等易漏漿段，采用（0.75～0.6）∶1水灰比注漿效果較好，具體水灰比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

⑶旋噴樁施工時(shí)應(yīng)跳樁施工，相鄰施工間距不宜小于6 m，相鄰旋噴漿同時(shí)施工時(shí)，往往發(fā)生串漿現(xiàn)象，發(fā)生串漿后應(yīng)立即停止相鄰樁施工，待注入的漿液初凝后，再施工相鄰樁。

⑷由于本工程有較厚覆蓋層，施工時(shí)鉆孔對(duì)覆蓋層引起的擾動(dòng)應(yīng)進(jìn)行處理，建議覆蓋層范圍進(jìn)行低壓噴漿，以保證覆蓋層的強(qiáng)度不小于原狀承載力。由于漿液在凝固過(guò)程中的析水作用，導(dǎo)致樁頂上部出現(xiàn)凹穴，因此，水泥漿液接近初凝時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充水泥漿液填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，對(duì)覆蓋層范圍進(jìn)行超灌以及補(bǔ)漿，保證覆蓋層強(qiáng)度以及下部的成樁質(zhì)量，對(duì)于覆蓋層范圍出現(xiàn)的凹穴，后期回填土施工進(jìn)行填實(shí)碾壓處理。

加固后各性能指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求：樁身水泥土強(qiáng)度28 d齡期不應(yīng)小于2.5 MPa。溶洞內(nèi)充填物經(jīng)處理后加固深度范圍平均壓縮模量Es≮10.0 MPa，加固后樁間土承載力特征值原D2充填物區(qū)域不應(yīng)小于50 kPa，原D3充填物區(qū)域不應(yīng)小于90 kPa，復(fù)合地基的承載力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值。

施工過(guò)程應(yīng)保證旋噴樁樁身的完整性，對(duì)于串珠狀溶洞，相鄰溶洞夾有中風(fēng)化巖（＜2 m）或強(qiáng)風(fēng)化等性質(zhì)較好土層，應(yīng)引孔后施工旋噴樁，并加大噴漿壓力，保證樁身質(zhì)量（見(jiàn)圖3）。

圖3 高壓旋噴樁施工Fig.3 High-pressure Rotary Jet Grouting Pile Construction

4 地基處理效果及評(píng)價(jià)

高壓旋噴樁施工完成后，由檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。成樁28 d后采用雙管單動(dòng)取樣器在樁徑方向1/4處、樁長(zhǎng)范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，采用鉆芯法檢測(cè)樁身質(zhì)量及樁身完整性[10,11]。

承載力驗(yàn)收檢驗(yàn)采用復(fù)合地基靜載試驗(yàn)法和單樁靜載荷試驗(yàn)。復(fù)合地基靜載試驗(yàn)采用平板載荷試驗(yàn)，各單體試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量不小于3處。本工程對(duì)于φ700旋噴樁單樁承載力特征值Ra=240 kN，φ800旋噴樁Ra=320 kN。單樁靜載荷試驗(yàn)荷載加載量為2Ra。檢測(cè)后，復(fù)合地基承載力特征值均到達(dá)要求，變形滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

在復(fù)雜的巖溶地區(qū)，溶洞錯(cuò)落、串聯(lián)、基巖起伏大的情形下，采用高壓旋噴樁對(duì)地基加固，根據(jù)溶洞分布采用不同的樁頂標(biāo)高及樁長(zhǎng)，大大的節(jié)約了工程造價(jià)，軟弱地基的承載力得到了大幅度的提高，地基變形也得到了有效控制，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為其他同類(lèi)工程地基加固提供了經(jīng)驗(yàn)及指導(dǎo)。