高壓旋噴樁復合地基的分析及應用

童振湄

貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550081

軟土地基質量對于工程的總體質量有著較大影響，通過對此種穩固性較差地基的處理，可以顯著增強地基穩定性，使得地基含水量控制在合理范圍內，可以有效承載道路過往車輛的荷載作用力，增強防滲能力。目前有很多工程施工使用的地基力學性能不達標，在具體建設之前需要采取挖掘換填、注漿法等工藝對地基質量進行合理改善，以此加固土層結構。注漿法應用期間使用旋噴樁噴射水泥砂漿較之于常規使用的其它技術具有明顯的優勢，應用于注漿施工中的成本較少，不會對施工周邊環境造成嚴重的污染，操作簡單、噪音較小、施工時間較快，不會發生工期延誤等情況，所以基于高壓旋噴樁的注漿技術在當前的多類型工程地基施工中有著極高的應用價值。

1 高壓旋噴樁分析

該種注漿技術最早出現在日本，由于具有較多的應用優勢，被我國引入并大量應用在地基處理施工中。在工程地基實際作業期間，需要作業人員先選擇鉆井機在相應施工區域進行鉆入處理，之后調制注漿使用的水泥砂漿，應用高壓泥漿泵將砂漿噴入鉆孔內，鉆桿機在此期間需要緩慢的移動并提升鉆桿，借助于高壓作用力將土層結構完全破壞，使得具有加固作用的水泥砂漿可以充分融入到土體中，提供土體的力學性能。應用期間可以根據工程需要，對噴漿壓力、鉆桿升高速度等參數做出合理調整，從而提高噴漿效果。技術應用時的噴漿管類型較多，主要有單管、二/三/重管、多重管（雙高壓）[1]。作用原理為：噴漿時注漿管在鉆機作用下，其中的噴漿嘴可以被攜帶到相應位置，之后再借助后高壓裝置對水泥砂漿進行處理，繼而在20MPa的壓力下，使得水泥砂漿變為高壓流來破壞土層。當土體壓力超過可承受的高壓時，土體上的土粒會直接剝落下來，在噴射漿料的流動、重力作用下，土粒會充分與之混合并重新排列，最終所有混合料會形成具有較強穩定性的圓柱復合地基，該種地基的整體結構穩定性較好，輕易不會發生變形，在結構內部會形成一個閉合的帷幕，避免在水的作用下出現沙土流失、水下滲等問題，降低地基發生變形、沉降的風險[2]。結合高壓旋噴樁的實際應用情況可知，該技術在土層性質為黃土、淤泥、粘性土等道路的地基加固施工和建筑物臨時/永久地基處理中應用效果理想。如果土層中含有著較多的植物根系、較大石塊、堅硬粘性土等物質時不可使用該技術來加固土層。

2 復合地基中應用高壓旋噴樁方案分析

在本文的研究中選取的該處地基為某廠酒庫道路其中一段。長約144.2m。路面設計標高為505.700～510.850，原地面標高約為501.82～508.29，需填土高度為2～4m。路面寬度為10m。道路下方存在的軟弱土層為：人工填土（雜色，含大量風化殘塊，厚度在0.0～7.5m之間，主要由附近場平開挖回填形成，厚度變化較大。分布于以下五棟擬建物間的道路：44#、45#、46#、47#、48#酒庫）、可塑粘土（黃色為主，含大量風化殘塊，風化殘塊含量≥30%，厚度在2.0～8.5m之間，總體上厚度變化較大，且出露高程起伏也較大）。道路東南側為42#、46#酒庫，西北側為43#、47#酒庫。42～48#酒庫位于沖溝位置，有5～8m軟土層，且地形水豐富，由于施工時對工期要求較緊且軟土層較厚不具備換填的施工條件，場地平整后采用高壓旋噴樁對酒庫之間的道路軟基進行加固，防止路面開裂下沉和酒庫周圍管道基礎的沉降。

2.1 地基處理方案

根據對勘察報告的分析和計算。采取部分挖方換填、部分高壓旋噴樁復合地基加固的方式處理。其中，高壓旋噴樁符合地基加固的處理方案如下：

（1）高壓旋噴樁采用雙管法噴漿施工工藝。采用外徑為42mm的噴射管，鉆孔口徑大于噴射管外徑20～50mm。

（2）旋噴樁有效樁徑為0.8m，樁呈等邊三角形，加固范圍內分Ⅰ、Ⅱ兩種加固區域。覆土高度分別按2.5、5.5m進行計算。沉降值以不大于300mm來控制。Ⅰ加固區域樁間距2.2m；Ⅱ加固區域樁間距1.5m。

（3）水泥漿的水灰比為1∶1，注漿壓力為28MPa，提升速度為0.2m/min。

（4）高壓旋噴樁樁端需到達強風化鐵質粉砂巖層，高壓旋噴樁平均樁長約9m，共約2575根。

2.2 承載力驗算及沉降計算

2.2.1 計算參數

填土重度r=20kN/m3；

軟土地基重度r=14.7kN/m3，壓縮模量Es=1.6MPa，fak=70kPa；

下臥強風化鐵質粉砂巖fak=400kPa；

旋噴樁單樁承載力Ra=300kN，壓縮模量Ep=50MPa；

Ⅰ加固區域樁間距=2.2m；Ⅱ加固區域樁間距=1.5m。

Ⅰ加固區域面積置換率m=0.120；Ⅱ加固區域面積置換率m=0.258；

單樁承載力發揮系數λ=0.7；

樁間土承載力發揮系數β=0.9。

2.2.2 承載力驗算

Ⅰ加固區域：

復合地基承載力：

上覆填土自重應力及附加荷載：

Ⅱ加固區域：

復合地基承載力：

上覆填土自重應力及附加荷載：

2.2.3 沉降計算

Ⅰ加固區域：

復合模量：

采用分層總和法計算主固結沉降Sc=249.0mm；

沉降系數ms=1.0；

總沉降S=msSc=249.0mm＜300mm。

Ⅱ加固區域：

復合模量：

采用分層總和法計算主固結沉降Sc=282.5mm；

沉降系數ms=1.0；

總沉降S=msSc=282.5mm＜300mm。

2.3 施工及質量檢驗

施工人員應在作業之前深入到施工現場，結合設計數據明確水泥灰拌和比以及樁長；在噴漿期間，確保樁體截面積符合設計要求，該數據受以下因素影響：首先，高壓旋噴樁噴出砂漿時的壓力越大，砂漿對于土體造成的破壞作用越大，樁體直徑也隨之會增長。其次，壓縮脈動氣體因素，在該因素噴射方式影響下氣體質量會增加，尤其是在三噴、二噴管下的高壓旋噴樁作業中，壓縮脈動氣體量較多，土體在該因素作用下破壞嚴重，進而導致樁體截面積會相應出現增加情況[3]。再次，土體粘聚力因素，如果土體的密實度較低，且粘聚效果一般時，土體可以輕而易舉的被高壓旋噴樁的噴漿所破壞，導致樁徑增加。最后，旋噴能量因素，作業人員對于單位土體作用的旋噴能量越高，會對截面積有著正相關的影響[4]。所以為了提高施工作業效率以及質量，縮短在居民區周邊建筑改造的工期，可以從上述4個因素控制樁體作業截面積，保證工程可以在既定的時間內保質保量的完工。

高壓旋噴樁設計完畢后，需要作業人員按照各個作業環節計算出的數據進行地基注漿加固作業，并在施工結束后作業人員需要檢驗加固質量，檢驗方法包括：開挖檢查、取芯（常規取芯或軟取芯）、標準灌入試驗、載荷試驗或圍井注水等[5]。其中，以對樁體強度、完整性和地基承載力的檢驗作為主控項目，必須滿足設計要求。此外，還需要檢測樁徑值，工程質量檢測人員可以對施工區域內的樁身進行質量的抽樣檢查，選取其中的幾處樁身測量最小直徑，如果測得數據與設計數據相一致，說明樁身設計與施工質量均良好[6]。

3 結語

高壓旋噴樁在工程地基加固施工中發揮著非常重要作用，經過系統處理的地基承載力以及穩定性獲得極大提升，并且施工單位支出的施工成本較低，屬于性價比較高的一種樁基作業方案，所以要求設計單位在對軟土地基進行處理時，對高壓旋噴樁的設計方法、施工要點及檢測要求進行有效的學習與掌握，之后結合工程的具體情況，制定符合工程需要的高壓旋噴樁處理方案，提高相應工程地基的質量和應用有效性。