賴鵬燕

（福建博業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

在淤泥、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土等軟土上部覆蓋著吹填砂層、素填土層，在此地基上修筑道路時(shí)，容易產(chǎn)生路基失穩(wěn)或沉降量過大等問題。軟土路基處理方法有十幾種，要根據(jù)軟土的工程特性和擬建工程的需要從中選擇幾種處理方法結(jié)合使用，使地基承載力和變形滿足結(jié)構(gòu)要求。目前，在軟土地基加固處理、深基坑、高邊坡和堵水帷幕等工程中應(yīng)用較多的是高壓旋噴樁技術(shù)，但該技術(shù)在沿海灘涂區(qū)、吹填造地區(qū)應(yīng)用較少。筆者結(jié)合工程實(shí)例，淺析高壓旋噴樁技術(shù)在廈門沿海灘涂區(qū)、吹填造地區(qū)的應(yīng)用要點(diǎn)。

1 高壓旋噴樁的特性

1.1 高壓旋噴樁加固原理

所謂高壓旋噴樁技術(shù)，即是利用高壓泵噴嘴中噴射出的高壓漿液，其壓力大（20～40MPa）、能量大、速度快，當(dāng)它不間斷和不離散地噴射在土體上，土粒在噴射流束的沖擊力、離心力和重力等綜合作用下，通過沖擊、切割使土體破碎、裂隙張開和形成空洞，并以水泥基質(zhì)漿液填充、摻混拌合，形成圓形柱狀或板墻狀的凝結(jié)體，以改善水在地層中的滲透或地基承載力的施工技術(shù)。高壓旋噴樁復(fù)合地基主要是由樁、樁間土及褥墊層構(gòu)成，柔性的褥墊層及設(shè)置在褥墊層的土工格柵將上部結(jié)構(gòu)傳來的垂直或水平拉伸應(yīng)力通過適當(dāng)?shù)淖冃尉彌_后，再分散給各個(gè)增強(qiáng)體及周圍擠密土層，形成了一個(gè)整體上能滿足上部結(jié)構(gòu)的地基承載力和變形要求。在豎向增強(qiáng)體與天然地基土體承載的荷載大小一定的情況下，通過改變?nèi)靿|層厚度，調(diào)整樁和樁間土所受的垂直荷載比例，褥墊層越厚，樁承擔(dān)的荷載越小，能充分發(fā)揮地基土層的承載力，降低工程造價(jià)。

1.2 高壓旋噴樁力學(xué)特性

1.2.1 高壓旋噴樁力學(xué)特征值的計(jì)算

復(fù)合地基承載力特征值在《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中給出，初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)有黏結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基，按下式計(jì)算其承載力特征值fspk：

式中：λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值,一般取1；

m——面積置換率，m2，m＝d/de，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；等邊三角形布樁de＝1.05s，正方形布樁de＝1.13s，矩形布樁分別為樁間距、縱向樁間距和橫向樁間距；

AP——樁的截面積，m2；

β——樁間承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，可取0.4～0.8；

fsk——處理后樁間土承載力特征值，kPa，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kN；Ra通過公式（2）計(jì)算，取其計(jì)算結(jié)果的小值。

式中：UP——樁的周長(zhǎng)，m；

qsi——樁周土的側(cè)阻力特征值，kPa，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定；

lpi——加固土層的厚度，m；

αp——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，可取0.4～0.6；

qp——樁端端阻力特征值，kPa，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定；對(duì)于水泥攪拌樁、高壓旋噴樁應(yīng)取未經(jīng)修正的樁端地基土承載力特征值。

高壓旋噴樁復(fù)合地基增強(qiáng)體樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足公式（3）的要求：

復(fù)合地基變形計(jì)算深度應(yīng)大于復(fù)合土層的深度，復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的模量等于該層天然地基壓縮模量的ξ倍，ξ值可按公式（4）確定：

式中：fak——基礎(chǔ)底面下天然地基承載力特征值，kPa；

fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa。

1.2.2 高壓旋噴樁力學(xué)特征值的影響因素

復(fù)合地基的承載力特征值由天然地基承載力和單根樁承載力組合而成，應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，單根樁的容許承載力主要由樁側(cè)極限摩阻力和樁尖的極限承載力組成。其主要影響因素有以下幾方面：

（1）樁的有效長(zhǎng)度、樁底截面、樁布置密度和樁的布置形狀；

（2）天然地基的承載力、樁對(duì)樁周圍土的約束力、土層含水量的大?。?/p>

（3）土的壓縮模量，土體的固結(jié)和土粒間的黏聚力、摩擦阻力以及聯(lián)鎖作用；

（4）垂直增強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度（膠凝材料用量、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、攪拌的均勻性）；

（5）褥墊層厚度、級(jí)配，施工時(shí)是否對(duì)樁與樁之間土體產(chǎn)生擾動(dòng)影響其擠密。

1.3 沿海潮汐對(duì)高壓旋噴樁加固地基的破壞模式

沿海灘涂區(qū)域高壓旋噴樁復(fù)合地基的破壞主要在于海洋潮汐對(duì)水泥漿增強(qiáng)體的影響?；瘜W(xué)作用表現(xiàn)為：潮汐將水泥漿增強(qiáng)體從外到內(nèi)逐漸溶解，侵蝕性物質(zhì)與水泥漿增強(qiáng)體發(fā)生離子交換反應(yīng)。物理作用表現(xiàn)為：風(fēng)浪、冰凌、風(fēng)沙、漂浮物沖刷撞擊造成的磨損，以及在潮汐作用下水位忽高忽低產(chǎn)生結(jié)晶脹縮。這些對(duì)增強(qiáng)體的破壞是通過加固區(qū)域塑性區(qū)的分布特征加以體現(xiàn)，塑性區(qū)是當(dāng)交通荷載超過一定數(shù)值時(shí)，復(fù)合地基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不可恢復(fù)的非彈性變形，一旦非彈性變形進(jìn)一步擴(kuò)展、貫通即會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的塑性區(qū)域。經(jīng)增強(qiáng)體加固后，復(fù)合地基及路基在荷載作用下的塑性區(qū)分布主要在褥墊層、高壓旋噴樁復(fù)合地基上部，破壞形式主要表現(xiàn)為整體滑動(dòng)或者其局部剪壞區(qū)發(fā)展，導(dǎo)致過大的甚至不均勻的地基變形從而直至加固體系失效。

2 高壓旋噴樁的應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

工程案例位于廈門市翔安區(qū)新店鎮(zhèn)劉五店片區(qū)，起于翔安南路，南北走向，終于翔安隧道，道路長(zhǎng)度為3122.998m，以交通功能為主，為連接翔安南路與翔安隧道主要分區(qū)的主干路。斷面組成：6m 人行道+3m 非機(jī)動(dòng)車道+3m 綠化帶+11m 車行道+6m 中間綠化帶+11m車行道=40m，設(shè)計(jì)速度60km/h，改性瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為15a。本項(xiàng)目途經(jīng)沿海灘涂區(qū)、海域、吹填造地區(qū)和村莊，但大部分路段位于灘涂及海域區(qū)，其地層巖性：根據(jù)鉆探揭露，本項(xiàng)目場(chǎng)地地基土自上而下由第四系人工填土（Q4ml）（填砂①1、索填土13）、第四系海積層（Q4m）（淤泥②1、粗砂②2、粉質(zhì)黏土②3、中砂②4、粉質(zhì)黏土②5）、（殘積砂質(zhì)黏性土④）及燕山早期侵入巖風(fēng)化巖層（r52（3）c)）（全風(fēng)化花閔巖⑤）等組成。根據(jù)區(qū)域規(guī)劃，在道路外側(cè)護(hù)岸工程先行填砂造地至2.5m 高程，后由濱海公園道路工程對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行地基處理。本工程地基處理方案為：淤泥灘和海域回填區(qū)采用雙向水泥土攪拌樁處理；現(xiàn)狀填砂區(qū)采用沉管碎石樁；與第二東通道高架交叉區(qū)域范圍采用高壓旋噴樁。

2.2 軟土路基加固高壓旋噴樁施工要點(diǎn)控制

根據(jù)高壓旋噴樁復(fù)合地基、單樁豎向承載力特征值和塑性區(qū)分布特征，高壓旋噴樁在沿海軟土路基的應(yīng)用中應(yīng)控制好褥墊層的厚度、地層的含水量、水泥的摻量、噴漿的壓力、潮汐的影響等施工要點(diǎn)。

2.2.1 褥墊層厚度控制

褥墊層是保證樁和樁間土一起承擔(dān)上部荷載，使其所受荷載的比例更加合理。褥墊層厚度在100～300 mm，樁對(duì)結(jié)構(gòu)底部的應(yīng)力明顯減小，超過300mm后，可以視為天然地基。通過褥墊層厚度變化可以調(diào)整樁與土層的荷載比例，消除地基不均勻變形，使其變形基本穩(wěn)定。褥墊層施工質(zhì)量（厚度、壓實(shí)度、級(jí)配等）若不能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，甚至未設(shè)置褥墊層，則容易引起地基不均勻沉降，出現(xiàn)病害?，F(xiàn)狀淤泥灘和海域回填區(qū)地基承載力低，觸變性大、含水量高、變形模量小等特點(diǎn)，結(jié)合塑性區(qū)褥墊層分布范圍，該項(xiàng)目的褥墊層厚度取500mm，其級(jí)配、密實(shí)度也需重點(diǎn)控制。

2.2.2 地層含水量控制

海域回填區(qū)段的地層通水率大，靜水壓力大，淤泥含水量大，甚至超過液限，這是沿海軟土地基的顯著特點(diǎn)。高壓旋噴樁施工過程中主要采用水泥漿作為增強(qiáng)體材料，因地層含水量大，為了保證樁身強(qiáng)度和加固深度，很多施工人員采用加大水泥用量、減小水膠比來克服含水量的影響，造成成本增加、污染環(huán)境、施工技術(shù)難度增大；同時(shí)，含水量大，凝固時(shí)還會(huì)引起樁周圍的收縮。對(duì)此，筆者提出了先預(yù)壓固結(jié)排水和先做護(hù)岸工程（墻體用黏土袋并鋪防水土工布）來防水防潮汛，施工完后在樁頂周圍及時(shí)做好防排水措施，在水泥漿中摻入速凝劑，提高增強(qiáng)體的耐久性，減少水泥用量，選用具有一定潛在活性或者火山灰活性的礦物摻和料，改善高壓旋噴樁的施工工藝，既減小資源浪費(fèi)、節(jié)約成本，降低施工技術(shù)難度，又保證地基承載力更加穩(wěn)定和工后沉降符合要求。

2.2.3 水泥摻量的控制

高壓旋噴樁的增強(qiáng)膠凝材料主要為水泥，摻和粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、偏高嶺土粉等其他活性材料來減少水泥用量。膠凝材料的用量利用噴量法和體積法分別計(jì)算。

噴量法：

體積法：

式中:Q——高壓旋噴樁施工的實(shí)際漿量；

β——旋噴樁施工中漿量的損失系數(shù)，約在0.1～0.2；

V——鉆桿提升的速度，m/min；

H——處理的長(zhǎng)度，m；

Qq——單位噴漿量，m3/m；

De——增強(qiáng)體的直徑，m；

Do——施工中漿管的直徑，m；

K1——水泥漿液的填充率，約在0.75～0.9；

h1——旋噴的長(zhǎng)度，m；

K2——旋噴時(shí)土的填充率，約在0.5～0.75之間；

h2——未旋噴的長(zhǎng)度，m。

通過計(jì)算噴漿的實(shí)際用量，取兩者大值作為施工的數(shù)量，再用水灰比和用漿量就可以得出膠凝材料的用量。降低水泥用量常見的措施就是在符合規(guī)范要求的情況下，盡量采用活性材料如粉煤灰等替代水泥用量，同時(shí)摻入速凝劑。

2.2.4 噴漿壓力的控制

噴漿壓力大，擴(kuò)散的距離大，有利于提高整體強(qiáng)度。但當(dāng)壓力超過受注土層的自重和強(qiáng)度時(shí)，土層破壞；施工時(shí)壓力太小影響加固質(zhì)量。因此，對(duì)于深厚軟基處理通常采用增大噴漿壓力來保證成樁質(zhì)量和控制土體變形，但是容易出現(xiàn)土層破壞跑漿現(xiàn)象，對(duì)漿泵的機(jī)械性能要求更高。施工中采取逐步升壓的辦法，繪制壓力與漿量的關(guān)系曲線圖，當(dāng)壓力提高到某一數(shù)值時(shí)，注漿量突然增大時(shí)表明土層破壞或空隙增大，把此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力值作為確定容許注漿壓力的最大值。對(duì)于淤泥灘和海域回填區(qū)軟土層較厚，僅憑增大噴漿壓力，容易跑漿使得地基處理后還會(huì)產(chǎn)生較大變形，因此應(yīng)結(jié)合塑性區(qū)分布特點(diǎn)，改善褥墊層的級(jí)配以保證樁頂?shù)拇倘牒驮黾雍穸葋碓龃笾脫Q率，保證噴漿壓力在較小時(shí)進(jìn)行，實(shí)際應(yīng)用中獲得一定的效果。

2.2.5 潮汐的影響控制

針對(duì)潮汐的影響，主要用固結(jié)排水、施做外側(cè)護(hù)岸、漿中摻入速凝劑、提高增強(qiáng)體的耐久性等措施來防止潮汐對(duì)復(fù)合地基的影響。

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

本工程采用專業(yè)監(jiān)測(cè)儀在線實(shí)時(shí)監(jiān)控云平臺(tái)，平臺(tái)采用無線發(fā)射模塊和先進(jìn)的通訊模塊，通過無線發(fā)射模塊將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送，以GPRS通信技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸給終端監(jiān)控平臺(tái)（電腦、手機(jī)），實(shí)時(shí)記錄、貯存、查詢、數(shù)據(jù)分析等功能，方便各參建方動(dòng)態(tài)跟蹤檢查監(jiān)督，并對(duì)施工過程進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。

3 結(jié)束語

綜上所述，高壓旋噴樁加固軟土地基是一項(xiàng)要求施工經(jīng)驗(yàn)豐富和專業(yè)技術(shù)很強(qiáng)的工作，在不同的地層、場(chǎng)地等加固效果和影響因素相差甚遠(yuǎn)。因此，在沿海灘涂軟土地基加固的設(shè)計(jì)與施工過程中，應(yīng)特別重視褥墊層、地基土的含水量、水泥摻量、噴漿壓力和潮汐的影響；利用在線實(shí)時(shí)監(jiān)控云平臺(tái)對(duì)施工過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，方便各參建方對(duì)施工過程的檢查與監(jiān)督。