陳希林

（1.湖南省有色地質(zhì)勘查局一總隊，湖南郴州 423000；2.湖南湘江工程建設(shè)有限公司郴州分公司，湖南郴州 423000）

0.引言

高壓噴射注漿法就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20MPa～40MPa的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，當能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體的結(jié)構(gòu)強度時，土粒便從土體剝落下來，土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，并在土中形成一個固結(jié)體，固結(jié)體形狀與噴射和移動有關(guān)，一般分為旋噴和定向噴射兩種注漿方式。按種類分為單管法、二重管法、三重管法、多重管法。本次依據(jù)高壓噴射注漿加固直徑要求、施工場地不同的凈空高度和節(jié)約材料的原則選用二重管法的120°擺噴和旋噴，以達到增加地基強度、提高地基承載力、提高樁基承載力不足的目的。

1.工程概況

某4S店位于郴州市北湖區(qū)萬華巖鎮(zhèn)新建萬華汽車城內(nèi)，坐落于奧迪大道東南側(cè)，哈弗4S店西南側(cè)，該建筑物為框架或鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)，安全等級為二級。施工場地地面標高193.50m。對差異沉降敏感程度為“不敏感”。該建筑物平面形態(tài)為長方型，4S店廠房102.15m×91.3m（長×寬），房高4層，層高4m，凈高約3.5m，中間部分有夾層，主體鋼筋砼框架已澆筑；4S店展廳102.15m×67m（長×寬），廠展廳高2層，層高4m為鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)承臺已澆筑好，上部鋼結(jié)構(gòu)未安裝，該項目廠房已于2014年11月封頂。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖，結(jié)合勘察鉆孔揭露情況，擬建場地地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，場地構(gòu)造條件屬相對穩(wěn)定區(qū)域，勘察查明，場地巖土層結(jié)構(gòu)自上而下可分為填土、粘土和石灰?guī)r。

填土為近期人工堆填而成，較松散，所有鉆孔均有分布，鉆孔揭露該層厚度為0.30～12.40m，平均厚度6.70m，該土層具有結(jié)構(gòu)疏松，力學(xué)強度低，工程特性差等特征，樁周摩擦力為負值；黏土層為坡積成因，黃褐色，硬可塑狀，整個場地均有分布，厚度為4.60～8.70m，平均厚度6.80m，力學(xué)強度中等，為工程特性中等的土層；石灰?guī)r為沉積成因，青灰色，巖質(zhì)較堅硬，場地內(nèi)均有分布，基巖面埋深為14.86m～19.10m，力學(xué)強度高，工程特性好，巖體基本質(zhì)量等級屬較硬巖Ⅲ類。場地屬于不均勻地基，復(fù)雜程度等級為二級。

2.施工方案設(shè)計

2.1 場地現(xiàn)狀

地基加固施工前該4S店廠房樁基承臺、聯(lián)系梁、主體建筑二層框架及平臺梁板砼已經(jīng)澆筑完畢，分布有滿堂的鋼管腳手架，場地空間高度因樓層層高限制大部分在3.5m以內(nèi)，在平面上地基加固處理施工也受到樁基上的房屋框架結(jié)構(gòu)影響和制約。廠房內(nèi)樓梯部位、封閉水池受位置限制，均對地基加固布置高壓注漿孔施工帶來一定影響。

2.2 樁基地基加固處理方法

樁基地基處治基礎(chǔ)加固設(shè)計，是在前期場地補勘土洞灌漿充填處理的基礎(chǔ)上進行的，建筑物基礎(chǔ)設(shè)計為人工挖孔擴大頭樁基礎(chǔ)，持力層為黏土層，樁基驗收抽檢過程中發(fā)現(xiàn)部分樁基承載力不足，達不到樁基承載力設(shè)計值，被要求停工整改采取補救措施，經(jīng)業(yè)主及質(zhì)監(jiān)部門共同邀請長沙理工大學(xué)專家分析研究解決辦法，最終決定采用高壓噴射注漿法對樁基地基進行加固處理，對需要提高單樁承載力的樁周土層及持力層進行高壓噴射注漿加固，以提高樁基承載力。委托長沙理工大學(xué)下屬的湖南華罡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司進行方案設(shè)計，經(jīng)分析計算每根樁的承載力，決定對其中83條承載力不足的挖孔樁進行高壓噴射注漿處理，對其樁周土或樁底一定厚度的持力層進行注漿加固處治[1]。

根據(jù)設(shè)計方案高壓噴射注漿加固分為擺噴和旋噴兩種方法，原則上能用擺噴加固的樁基一定用擺噴方法施工，廠房框架內(nèi)因?qū)痈邇艨?.5m限制不能使用擺噴施工設(shè)備的地方則用旋噴施工方法，采用二重管法即高壓水泥漿加高壓氣流噴射法對廠房框架部分受限范圍內(nèi)采用雙管旋噴，加固58根樁、鋼構(gòu)展廳部位空間高度允許范圍內(nèi)采用雙管擺噴，加固25根樁。通過高壓雙管旋噴、擺噴等注漿方法控制漿液運移方向，控制漿液固結(jié)土體的范圍，對樁基承載力不足樁基的樁周土層及持力層進行加固處理，以提高樁基承載力至可以滿足設(shè)計要求。

2.3 高壓噴射注漿試驗情況

為了更加有效地對地基基礎(chǔ)進行加固，根據(jù)設(shè)計要求在正式地基基礎(chǔ)加固前，在設(shè)計院黃生文教授的指導(dǎo)下，與監(jiān)理及業(yè)主代表緊密配合，做一個旋噴試驗孔與一個擺噴試驗孔，并在14d后距擺噴試驗孔中心400mm、600mm、800mm施工了3個檢查孔。

利用前期土洞驗證鉆孔的土工試驗主要指標（即加固前的土工試驗主要指標）與本次擺噴加固試驗的檢查鉆孔的土工試驗資料進行對比。通過對擺噴試驗的檢查鉆孔資料的整理分析、對比和統(tǒng)計：加固前后黏土層的平均液性指數(shù)由0.62降低為0.23，平均標貫擊數(shù)由11.71擊提高為20.6擊，承載力特征值由200kPa提高為220kPa，樁的極限側(cè)阻力由50kPa提高為120kPa，樁的極限端阻力由1800kPa提高為2500kPa；填土層的平均液性指數(shù)由0.75降低為0.32，平均標貫擊數(shù)由6.3擊提高為12.8擊，承載力特征值由-20kPa提高為170kPa，樁的極限側(cè)阻力由負值提高為90kPa。根據(jù)試驗結(jié)果與設(shè)計值進行對比，后來設(shè)計院對高壓注漿參數(shù)作了適當調(diào)整[2]。

3.施工概況

3.1 高壓注漿材料及漿液配比

原設(shè)計高壓注漿材料為水泥和粉煤灰漿，外加速凝劑氯化鈣，由于粉煤灰露天存放可能導(dǎo)致灰塵彌漫將嚴重污染環(huán)境，經(jīng)業(yè)主同意向設(shè)計院提出申請變更為噴射純水泥漿，外加速凝劑氯化鈣。水泥采用嶺東牌42.5級普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗合格。

設(shè)計水泥漿的漿液配比為水:水泥（水與水泥重量比）=0.8:1～1:1，氯化鈣（CaCl2）摻加量3%（水泥重量）。高壓注漿加固現(xiàn)場試驗后，設(shè)計單位將原設(shè)計漿液水灰比變更為0.8:1，氯化鈣（CaCl2）摻加量由3%變更為4%。

3.2 噴射參數(shù)設(shè)計

設(shè)計變更前設(shè)計填土中旋噴直徑為1.2m，擺噴距離0.9m；黏土中旋噴直徑0.8m，擺噴距離0.6m。設(shè)計變更后粘土中旋噴樁直徑要求為1.2m。

3.3 施工參數(shù)

11月20日設(shè)計變更前漿液初凝時間為2.5h，灌漿壓力≥25MPa、氣流壓力≥0.7MPa、漿液噴嘴個數(shù)1個，漿液流量42L/min；擺速6次/min；提升速度15cm/min；旋轉(zhuǎn)速度10r/min。

高壓注漿加固現(xiàn)場試驗后，設(shè)計單位將原有關(guān)參數(shù)調(diào)整為：灌漿壓力≥30MPa、氣流壓力≥0.7MPa、漿液流量42L/min；擺速6次/min；提升速度10cm/min；旋轉(zhuǎn)速度8r/min。

旋噴漿管外徑Φ50，擺噴漿管外徑Φ89，漿液噴嘴孔徑為2.2mm。

3.4 高壓注漿加固深度

高壓注漿加固深度自樁頂以下1.0m開始，直至設(shè)計的加固深度，驗算每根樁的承載力是否滿足要求，如樁基承載力計算值大于設(shè)計值的95%，則無需進行加固處理，否則應(yīng)進行加固處治，每根樁加固深度都經(jīng)過嚴密計算確定。在2014年11月20日前按照設(shè)計院原設(shè)計施工圖指定的加固深度進行加固，此后則按照設(shè)計變更后的設(shè)計施工圖指定的加固深度進行加固，擺噴加固長度為5m～13.60m，旋噴加固長度為5m～9.40m。

3.5 高壓注漿孔的布置

高壓注漿鉆孔口徑為110mm，鉆孔的布置則按照設(shè)計要求由測量人員用全站儀進行測量放點，點位用鋼釘、水泥做定位標記。

擺噴加固時間為2014年10月6日至11月21日前（設(shè)計變更前）施工，故擺噴高壓注漿鉆孔分布均按變更前的設(shè)計進行布置。旋噴加固開始時間為2014年11月20日后，故旋噴高壓注漿鉆孔分布均按設(shè)計變更后的設(shè)計要求進行。

3.6 擺噴注漿孔的布置

擺噴加固設(shè)計23根樁，其擺噴高壓注漿鉆孔布置如下。

（1）對承臺邊長1.3m、擴底直徑1.4m的3根WKZ4型樁布置4個注漿孔，其孔位分別位于承臺每個角點，鉆孔中心距角點100mm，擺噴角度為120°，加固面積為半徑90cm的扇形，各鉆孔垂直布置。（2）對承臺邊長1.1m的13根WKZ2型樁和7根WKZ3型樁，布置3個擺噴高壓注漿孔，每兩個鉆孔中心與樁中心的夾角為為120°，鉆孔中心距承臺邊緣約100mm，距承臺角點808mm，擺噴角度度為180°，加固面積為半徑90cm的半圓形。擺噴注漿孔布置如圖1（a）、（b）和（c）所示。

圖1 擺噴注漿孔布置圖

3.7 旋噴加固注漿孔的布置

（1）旋噴加固的6根WKZ3型樁布置4個高壓注漿鉆孔，各鉆孔的中心分別位于承臺（避開地梁）邊緣60mm～70mm。距兩角點分別為290mm和810mm。鉆孔傾角均為 90°直孔。

（2）旋噴加固的35根WKZ4型樁，布置4個高壓注漿鉆孔：鉆孔的中心位置布置在距承臺邊緣150mm，距兩角點分別為400mm和900mm。鉆孔傾角均為90°。

（3）旋噴加固的19根WKZ5型樁，布置4個高壓注漿鉆孔：鉆孔的中心位置布置在距承臺邊緣150mm，距兩角點分別為400mm和900mm。當僅需要加固樁周土時，各旋噴鉆孔采用垂直方式布孔，需要加固樁底地基土時，各旋噴鉆孔均向樁中心傾斜，鉆孔傾角均為89°，以保證既不破壞樁底又能使地基土得到更多的加固。旋噴注漿孔布置如圖2（a）、（b）和（c）所示。

圖2 旋噴注漿孔布置圖

4.施工概況

4.1 主要機械設(shè)備配置

二重管擺噴臺車（GP1800-2）1臺、旋噴鉆機（MGJ-50鉆深50m）1臺、注漿泵（ZB1流量250L/min）2臺、高壓泵（XPB-90額定壓力38MPa）1臺、空壓機（0.7Mpa排量6m3/min）1臺、攪拌機（800L）2臺及其相應(yīng)壓力表高壓管等配套設(shè)施，主要機械設(shè)備配置齊全，性能可靠、參數(shù)準確。

4.2 施工質(zhì)量保證措施

（1）鉆機就位后，先進行水平和垂直校正，鉆桿與樁位一致，偏差≤10mm，以保證與樁的垂直度。（2）在旋噴過程中有一部分漿液沿注漿管壁冒出地面，冒漿量小于注漿量20%，為正常情況。若不正常則立即采取措施處理，如調(diào)整壓力、漿液密度、提升速度等。（3）在插管擺噴過程中，氣、漿壓力和流量均符合設(shè)計值。若發(fā)現(xiàn)不正常則立即進行調(diào)整，使其均符合設(shè)計要求。（4）鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升做到連續(xù)進行，無中斷現(xiàn)象；拆卸鉆桿時保持鉆桿往下有100mm以上的搭接長度，以防斷樁確保提高樁的承載力，在樁底部及樁頂1m范圍內(nèi)做到適當增加旋噴時間。

4.3 高壓注漿漿液凝固析水后凹陷部位的處理

對樁頂和基樁底界面等處，因高壓注漿漿液凝固析水而產(chǎn)生的凹陷部位，在漿液凝固前派專人將冒出的漿液進行回灌、搗實的方法處理，對第1次未完全灌滿的凹陷部位再進行第2次回灌，直至填滿為止。

5.質(zhì)量控制與技術(shù)參數(shù)

5.1 漿液的密度檢查

通過每班1次水泥漿密度的觀測結(jié)果統(tǒng)計，設(shè)計變更前水灰比為1:1，其水泥漿密度觀測范圍值為1.51～1.56；平均值為1.53；設(shè)計變更后水灰比為0.8:1，其水泥漿密度觀測范圍值為1.62～1.69；平均值為1.647。

5.2 漿液試樣抽檢

設(shè)計變更前漿液的水灰比為1:1，設(shè)計變更后的水灰比為0.8:1。施工時定期檢查漿液密度、調(diào)整漿液的濃度和注漿材料的比例，漿液初凝時間為2.5h左右，符合設(shè)計要求。

將水泥漿制作成70.7×70.7×70.7的試塊檢查漿液的結(jié)實率、測試其無側(cè)限抗壓強度等參數(shù)。用稱將水泥和水按0.8:1的比例配制水泥漿。試塊制作后經(jīng)7d、28d養(yǎng)護，送試驗室進行測試，其水泥漿拌和物的抗壓強度7d為13.3MPa、28天達27.6MPa，平均為20.45MPa。

6.主要工作量完成情況

地基加固擺噴加固23根樁，施工擺噴注漿孔72個，擺噴加固總長度為556.30m，擺噴加固水泥用量126.3T，擺噴加固CaCL用量4245kg，擺噴試驗孔1個，擺噴試驗施工檢查孔3個，擺噴加固樁抽檢2根，施工檢查孔4個；旋噴地基加固60根樁，施工旋噴注漿加固孔240個，旋噴加固總長度為2302m，旋噴加固水泥用量216.65t,旋噴試驗孔1個，旋噴加固樁抽檢4根樁，施工檢查孔8個；共計高壓注漿加固處治83根樁。由于場地多邊同時施工等原因，經(jīng)設(shè)計院同意旋噴試驗未進行鉆孔抽芯檢查，只對擺噴試驗進行了鉆孔抽芯檢查。項目各項資料做到及時收集、及時整理，內(nèi)容齊全、數(shù)據(jù)準確。

7.地基基礎(chǔ)加固效果與評價

7.1 地基基礎(chǔ)加固效果檢查方法

依據(jù)規(guī)范和設(shè)計單位意見，在監(jiān)理、業(yè)主代表和施工技術(shù)人員的共同研究結(jié)合現(xiàn)場條件，決定選擇2根擺噴（ZK93、ZK121）加固樁、4根旋噴（ZK95、ZK108、ZK110、ZK111）加固樁，分別對擺噴和旋噴的高壓注漿質(zhì)量進行檢查。每條樁布置2個檢查鉆孔，距離分別為距高壓噴漿鉆孔300mm和600mm，共計施工12個取芯孔，取土樣12件，取水泥芯樣5件，標貫93次，檢查孔施工在噴漿28d后進行。

加固質(zhì)量的檢查方法采用了多種檢驗方法，施工檢查孔鉆取巖土芯，對鉆孔巖土芯進行觀察和分析，標貫試驗，取土芯樣進行室內(nèi)土工試驗，依據(jù)各項試驗結(jié)果判斷漿液對地基土層的混合固結(jié)程度；采取的固結(jié)水泥土芯做巖石室內(nèi)試驗，結(jié)石體做抗壓強度試驗。檢查孔終孔孔徑為110mm，回次巖芯采取率均≥95%。

高壓注漿鉆孔冒漿情況的檢測：在監(jiān)理、業(yè)主代表和施工技術(shù)人員的配合下，對冒漿量進行了檢測，檢測方法采用斗車容積計量法，即計算出斗車容積，再由冒出的漿液的車數(shù)來計算冒漿量和冒漿比例。檢測結(jié)果表明:冒漿比例在2.04%～20.07%，平均值9.36%，均屬于加固噴漿的設(shè)計的規(guī)定范圍以內(nèi)。

7.2 地基基礎(chǔ)加固鉆孔取樣檢查結(jié)果

選擇6根樁12個檢查鉆孔分別對地基加固的擺噴和旋噴加固樁進行了加固試驗質(zhì)量檢查。檢查是在高壓注漿加固施工28d后進行。在鉆孔注漿噴射范圍內(nèi)鉆取巖土芯，鉆孔孔徑為110mm，每回次巖芯采取率均≥95%。

通過對檢查鉆孔取樣土工試驗資料的整理分析、對比和統(tǒng)計，對比數(shù)據(jù)如下。

（1）黏土層加固前后狀態(tài)由硬可塑變?yōu)橛菜?；液性指?shù)平均值由0.62降低為0.20，降低67.74%；標貫擊數(shù)平均值由11.71擊提高為26.75擊，提高56.22%；承載力特征值由200kPa提高為250kPa，提高25%；樁的極限側(cè)阻力由50kPa提高為140kPa，提高180%；樁的極限端阻力由1800kPa提高為2800kPa，提高55%；其中JC-XZK108孔8.0m～8.60m取水泥土芯，測試其抗壓強度為1.8MPa。（2）填土層的液性指數(shù)平均值由0.75降低為0.21，降低72%；標貫擊數(shù)平均值由6.3擊提高為25.5擊，提高75.29%、承載力特征值由0 kPa提高為210kPa、樁的極限側(cè)阻力由-20kPa提高為130kPa；其中JC-BZK121-2孔5.8m～6.4m，JCXZK95-1孔6.4m～7.0m，JC-XZK111-1孔6.3m～7.0m，測試水泥土芯樣其平均抗壓強度為2.6MPa。

7.3 地基基礎(chǔ)加固檢查孔的原位測試結(jié)果

通過2組檢查鉆孔（分別為距離噴漿孔300mm、600mm）對高壓注漿加固的檢查結(jié)果表明：

在填土層中距離600mm的檢查鉆孔的平均標貫擊數(shù)從4擊提高到21.4擊；距離300mm的檢查鉆孔的平均標貫擊數(shù)從4擊提高到29.6擊，出現(xiàn)一次反彈。

黏土層中距離600mm的平均標貫擊數(shù)從13擊提高到20.4擊。距離300mm的平均標貫擊數(shù)從13擊提高到33.1擊，其中出現(xiàn)一次反彈，判斷為遇水泥結(jié)石體。

7.4 地基基礎(chǔ)加固效果分析及評價

通過檢查孔提取水泥土芯的觀察和巖性描述、檢查鉆孔的標貫試驗平均擊數(shù)和固結(jié)后混合水泥土芯的室內(nèi)試驗結(jié)果數(shù)據(jù)充分說明了本次地基基礎(chǔ)加固效果顯著，加固地基土層強度大幅提高，各項指標均達到設(shè)計要求，加固的樁基礎(chǔ)經(jīng)設(shè)計院計算都達到或超過了樁的承載力設(shè)計值。

8.結(jié)語

樁基地基處治基礎(chǔ)加固采用擺噴和旋噴高壓注漿加固方法，加固效果十分明顯，大幅提高了加固樁基樁周土及持力層礎(chǔ)的承載力，尤其是對填土層提高的幅度比粘土層提高的幅度更大效果更好，加固的83根樁基礎(chǔ)全部達到了預(yù)期目標，圓滿解決了承載力不足的問題，也說明了高壓噴射注漿法對于地基基礎(chǔ)加固是一種很好很有效的方法。經(jīng)追蹤回訪調(diào)查目前該建筑物經(jīng)樁基加固后已使用7年多時間了，一直很好用，未見地基基礎(chǔ)及建筑物有任何異常情況。