黃俊謙，王旭鋒，薛武強

1.上海騰達建設(shè)股份有限公司，上海 200120；2.浙江工業(yè)大學(xué)巖土工程研究所，浙江 杭州 310000

0 前言

高壓旋噴樁因其安全可靠、施工噪音小、樁身強度高及材料價格低廉等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于建筑和道路的地基建設(shè)中。尤其對于軟土地基的加固具有良好的適用性，克服了傳統(tǒng)注漿法對淤泥質(zhì)土、軟粘土和粉土加固效果較差的缺點。安宏強［1］首先分析了高壓旋噴樁技術(shù)的原理，結(jié)合工程探討了高壓旋噴樁在軟土地基中的施工過程及高壓旋噴樁的質(zhì)量控制措施。李玉陽［2］選取我國分布較廣的軟土地基作為研究對象，并以高壓噴射注漿法作為處理方法進行研究。指出通過對地基土中注入漿液，使得軟弱土地基、特殊土地基能夠承受上部建（構(gòu)）筑物荷載，滿足建（構(gòu)）筑物安全使用的功能和要求。吳少甫［3］結(jié)合高壓旋噴樁在框架橋地基加固工程中的具體應(yīng)用實例，分析高壓旋噴樁加固框架橋地基的原理和施工過程，加強成樁的效果和地基的牢固度。張清峰［4］結(jié)合高壓旋噴注漿法在謝橋煤礦濟河鐵路中橋地基加固中的實際應(yīng)用情況，就該工程的概況、地基加固設(shè)計、成樁質(zhì)量等作了介紹，分析提出了該技術(shù)的優(yōu)勢。趙順波［5］結(jié)合實際工程現(xiàn)場靜載試驗，采用有限元計算方法研究了樁長和樁土模量比對深層攪拌樁和高壓旋噴樁復(fù)合地基在回填土中的樁體承載特性、荷載傳遞及復(fù)合地基變形特性的影響。合理的高壓旋噴樁長可有效增強回填土地基的承載力。

1 項目概況與高壓旋噴樁施工參數(shù)

1.1 工程項目概況

依托工程項目為臺州東部新區(qū)2018 年度市政道路基礎(chǔ)設(shè)施工程（EPC 工程總承包）標段一，位于臺州市集聚區(qū)濱海吹填土區(qū)域，項目共涉及16 條道路，道路寬度30m～50m 不等，包括22座橋梁，設(shè)計采用高壓旋噴樁對橋梁橋臺處進行軟基處理，加固長度為橋梁橋臺前后30m，寬度42m～52m，有效樁長10m和12m 兩種。場地所在地貌單元屬沖海積平原，原始地貌為灘涂，后由吹填土回填并進行真空預(yù)壓地基處理，局部地段石渣、砂土回填。地勢平坦，地面標高1.67～5.33m 之間。

1.2 高壓旋噴樁作用機理

高壓旋噴通過噴射流對土體的破壞作用，使土體由整體狀態(tài)變?yōu)樗缮顟B(tài)。隨著噴射流的連續(xù)沖切和移動，土體破壞的深度和范圍不斷擴大，旋噴時高壓噴射流是水泥漿液，即以水泥作為硬化劑，邊旋轉(zhuǎn)邊以一定的速度緩慢提升，被切削下來的一部分細小土粒被漿液置換發(fā)生升揚置換作用，隨著液流以泥漿的形式被帶到地面（稱為冒漿）。其余的土顆粒在噴射動壓力、離心力和重力的共同作用下，在橫斷面上按質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列并與漿液攪拌混合形成一種新型的水泥—土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.3 高壓旋噴樁施工技術(shù)基本參數(shù)

為保證橋梁樁基施工質(zhì)量及施工安全，采用高壓旋噴樁對樁基周邊土體進行加固，處理范圍在樁基的四周處，橋梁樁基位置采用現(xiàn)場投放鋼筋籠澆筑。本工程旋噴樁施工采用單管法旋噴，為防止旋噴樁施工時由于相鄰兩樁施工距離太近或間隔時間太短，造成相鄰高噴孔施工時串漿，采取分批跳孔施作，鉆孔樁施工時按每間隔兩孔施作。

高壓旋噴樁成樁直徑600mm，間距500mm，采用42.5硅酸鹽水泥，工作壓力≧20MPa，根據(jù)設(shè)計參數(shù)計算旋噴樁水泥用量，以槽壁加固樁長為10m 計算，水泥用量計算如下：

根據(jù)公式：

式中，G—單根樁水泥用量，kg；

D—Φ600mm 旋噴樁的截面積，取0.283m2；

H—槽壁加固樁長（下沉、提升深度），取10m；

γs—土的容重，根據(jù)地勘情況取 1.75kN/m3；

Cp—水泥摻入量，以25%計。

1m 樁長的一根旋噴樁所需水泥用量為：

單位時間內(nèi)噴漿量的計算，按照設(shè)計要求，攪拌下沉速、提升速度度宜控制≤ 0.5m/ min，并保持勻速下沉或提升。

式中，

Q——水泥漿總體積，L；取值 2830L；

q——單位時間噴漿量，L/min；

H——槽壁加固樁長取10m；

v——提升速度，暫取0.2m/min；

β——損失系數(shù)，通常0.1～0.2；取0.2。

代入計算如下：

2 高壓旋噴樁無側(cè)限抗壓強度分析

2.1 現(xiàn)場取芯

鉆孔取芯檢測是利用高速液壓鉆機，在旋噴樁固結(jié)體達到一定齡期后鉆取巖芯，通過鉆取的巖芯來判斷固結(jié)體的整體性、樁長，并將所取巖芯做成標準試件進行室內(nèi)物理力學(xué)試驗，檢測其抗壓強度，根據(jù)檢測結(jié)果判斷其是否符合設(shè)計要求。

2.2 試驗取土點

如圖1 所示，圖上A、B 點為直徑 600mm 的旋噴樁斷面上的兩個點，代表取芯時在平面上的兩個位置。A 點在圓心為注漿孔位置，點B 在距離A 點300mm 處，旋噴樁斷面圖如圖4。

旋噴樁旋噴長度內(nèi)均為淤泥質(zhì)土，在30 天、60 天、150 天、230 天時，分別在工程樁①、工程②、工程樁③、工程樁④的A、B兩點下取樣，每個點下的取樣深度均為2.0m、3.0m、5.0m、7.0m、8.0m、9.0m。每個點下每個深度處只取一個試樣，故每根樁的A、B 點下各需要取6 個樣，對6 個試樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，得到4 根工程樁無側(cè)限抗壓強度的平均值，4根樁共需采48 個芯樣，工程樁及試樁取芯時間點如表1 所示。

圖1 旋噴樁樁頂斷面圖

2.3 無側(cè)限抗壓強度試驗

為了有效有效觀察試樣土層的變形情況，采取室內(nèi)試驗的方式對土樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，主要監(jiān)測土樣在壓力作用下的應(yīng)力變化，以及試驗過程中土樣的破壞程度，試樣破壞圖如下圖4～圖7。

圖2 30 天的試樣壓縮試驗

圖3 60 天的試樣壓縮試驗

圖4 150 天的試樣壓縮試驗

圖5 230 天的試樣壓縮試驗

2.4 強度隨養(yǎng)護齡期變化規(guī)律

取芯土樣的無側(cè)限抗壓強度隨養(yǎng)護時間的變化如表2 所示，無側(cè)限抗壓強度隨養(yǎng)護時間的變化關(guān)系如圖8 所示。

表2 土樣無側(cè)限抗壓強度

圖6 無側(cè)限抗壓強度隨養(yǎng)護時間的變化關(guān)系

3 高壓旋噴樁地基處理數(shù)值模擬分析

通過利用軟件Midas GTS 對高壓旋噴樁旋噴長度和數(shù)量對鄰近橋梁樁基的水平位移、樁身軸力和樁身彎矩的變化規(guī)律進行詳細的分析（其中樁身的最大位移、最大彎矩和最大軸力隨各參數(shù)改變的趨勢圖只考慮前排樁身）。

3.1 高壓旋噴樁長度對橋梁樁基的影響

（1） 樁體最大位移

圖7 高壓旋噴樁長度對樁基位移的影響

從上圖中可以看出，樁體最大位移分別為4.63mm、4.32mm、3.92mm 和3.57mm。隨著高壓旋噴樁深度的增加，樁土相互作用越小，樁身的最大水平側(cè)移也越來越小，堆載對樁的影響逐漸減小。由此可得，適當增加高壓旋噴樁的長度來減少堆載對橋樁基水平位移的影響。

（2） 樁體最大彎矩

圖8 高壓旋噴樁長度對樁基彎矩的影響

從上圖中可以看出，樁體最大彎矩隨著高壓旋噴樁長度的增加，呈現(xiàn)一種先增大后減小的趨勢，旋噴樁長度一定時，樁身的彎矩可達最大值。由此可得，適當增加高壓旋噴樁的長度，可減小樁基所承受的彎矩。

（3） 樁體最大軸力

圖9 高壓旋噴樁長度對樁基軸力的影響

從上圖中可以看出，樁體最大軸力隨著高壓旋噴樁長度的增加，變化趨勢并不明顯，說明旋噴樁長對樁基的軸力影響不大。

3.2 高壓旋噴樁數(shù)量對橋梁樁基的影響

（1） 樁體最大位移

圖10 高壓旋噴樁數(shù)量對樁基位移的影響

從上圖中可以看出，樁體最大位移分別為4.63mm、3.95mm、3.46mm。隨著高壓旋噴樁數(shù)量的增加，樁身的最大水平側(cè)移也越來越小，堆載對樁的影響逐漸減小。由此可得，適當增加高壓旋噴樁的數(shù)量來減少堆載對橋樁基水平位移的影響。

（2） 樁體最大彎矩

圖11 高壓旋噴樁數(shù)量對樁基彎矩的影響

從上圖中可以看出，樁體最大彎矩隨著高壓旋噴樁數(shù)量的增加，呈現(xiàn)一種先增大后減小的趨勢，旋噴樁數(shù)量一定時，樁身的彎矩可達最大值。由此可得，適當增加高壓旋噴樁的數(shù)量，可減小樁基所承受的彎矩。

（3） 樁體最大軸力

圖12 高壓旋噴樁數(shù)量對樁基軸力的影響

從上圖中可以看出，樁體最大軸力隨著高壓旋噴樁數(shù)量的增加，呈現(xiàn)一種先增大后減小的趨勢，旋噴樁數(shù)量一定時，樁身的軸力可達最大值。由此可得，適當增加高壓旋噴樁的數(shù)量，可減小樁基所承受的軸力。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)試樣強度隨養(yǎng)護時間的變化關(guān)系可知，隨著養(yǎng)護時間越長無側(cè)限抗壓強度呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，表明養(yǎng)護時間在60 天左右時試樣強度相對較大。

（2）增加旋噴樁的長度，其橋梁樁基的水平位移呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，最大彎矩呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，適當增加高壓旋噴樁的長度可減少堆載對橋梁樁基水平位移的影響和樁基所承受的彎矩；由于其樁的軸力變化并不明顯，表明樁的軸力受噴樁長度變化影響小。

（3）改變旋噴樁數(shù)量時，對橋梁樁基的水平位移、彎矩、軸力影響均較大，適當增加高壓旋噴樁的數(shù)量不僅可減少堆載對橋梁樁基水平位移的影響，還可減小樁基所承受的彎矩和樁基所承受的軸力。