高壓旋噴樁在老建筑物基礎下的應用

胡德宏 孫雪華 鄧俊辰

原址重建工程老建筑物實施過杉木樁處理，現狀杉木樁難以拔除，且樁間距較小，水泥攪拌樁等基礎處理方案難以實施。高壓旋噴樁不需要有較大的成孔范圍，只需鉆孔旋噴，其鉆注漿管孔徑一般不超過15cm，旋噴漿液可以包裹住原基礎杉木樁，形成整體復合地基，避免了拔樁作業，同時也能達到基礎處理要求。高壓旋噴樁雖然在基礎處理造價上有所提高，但是具有機械進退場方便、適合各類基礎、施工方便等優點，可以大力推廣使用。

一、工程概況

在水工建筑物施工過程中，經常會有原址重建的工程設計，有的建筑位于軟弱土層上，而老建筑已經有過基礎處理，但處理過的地基承載力仍不能滿足新建筑物設計基底承載力要求；前期地基處理方式又制約了新建筑物基礎處理的方案選擇，給建筑地基處理的方案帶來一定的困難。在這種情況下，高壓旋噴樁是一種經濟、簡單、快捷的基礎處理方式。

以清江閘為例，該閘位于常州市金壇區，原址有一圩口閘，建于20世紀60年代，閘孔凈寬2.0m，設平開鋼筋混凝土閘門，經過50 多年的運行，水閘老化嚴重，超過了正常使用年限，原閘的規模也不符合現狀水利規劃要求。根據年度水毀修復工程規劃，擬對老閘拆除重建，新閘凈寬4.0m，為升臥式鋼閘門。根據勘測報告可知，基礎以下有淤泥質粉質黏土層，承載力為60kPa，軟弱土層平均層厚為7m；新建水閘設計基底最大應力為110kPa，故基底地基承載力不能滿足設計要求，需進行基礎處理；施工圖設計采用直徑60cm、間距1m、樁長8m 的水泥攪拌樁進行地基加固處理。但在老閘拆除后，其基礎下出現老閘施工時打入的密布杉木樁，樁頂徑約為20cm，樁間距約45～50cm；由于淤泥質土的觸變性、流變性等特性，老閘基底土層已受擾動，而杉木樁也難以拔出，在拔的過程中木樁容易被拔斷；而密布的杉木樁使得攪拌機械的攪拌頭難以鉆進土層中，不能進行樁體攪拌、成形等工序，使攪拌樁基礎處理難以實施，為使工程順利實施，需變更基礎處理方案。

同時，基礎下的杉木樁也使鉆孔灌注樁、預制樁等需要成樁空間基礎處理方案難以有效實施，經多方論證，該工程最終使用高壓旋噴樁法對地基進行加固。相較于水泥攪拌樁、靜壓預制樁、灌注樁等需要成孔定型的地基處理方式，高壓旋噴樁不需要有較大的成孔范圍，只需鉆孔旋噴，其鉆注漿管孔徑一般不超過13cm，其旋噴漿液可以包裹住原基礎杉木樁，形成整體復合地基，避免了拔樁作業，同時也能達到基礎處理要求。

二、高壓旋噴樁的工作原理

在工作中，把高壓旋噴樁和水泥攪拌樁（濕噴法）確認為一個概念的兩種說法并且在施工中按照相同技術指標要求是錯誤的。相較于水泥攪拌樁，高壓旋噴樁無論在工作原理還是施工工藝上都有所不同。

1.工作原理

高壓旋噴樁為軟土地基加固的常用辦法，加固后可以增大復合地基承載力，復合地基承載力的提高是由單樁承載力和樁的分布密度決定的，單樁承載力取決于樁體強度和地基土對樁的承載力。高壓旋噴樁和水泥攪拌樁的外界破壞形式是相似的，即樁身破壞和樁—土體系破壞，兩種破壞起關鍵作用的是水泥含量，水泥含量 5%～15%時，單樁承載力由樁的強度決定，水泥含量25%以上時，單樁承載力由樁的側向摩擦力和樁尖反力決定。

高壓旋噴樁是利用鉆機將帶有特殊噴嘴的注漿管鉆至土層的預定深度，以高壓噴射強力沖擊破壞土體，噴出水泥漿與土體破壞后分離的土粒攪拌混合，經過凝結固化后，便在土中形成直徑均勻的圓柱體；噴入水泥漿液能擠壓周圍土質，起到一定的擠密作用。同時，鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后形成孔隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒與噴嘴移動相反方向（即阻力小的方向）移動，與漿液攪拌混合后形成固結體。水泥攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑，通過攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產生的一系列物理和化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。

影響高壓旋噴樁強度的因素為地下土質情況、水泥漿水灰比、注漿管類型和提升速度等。水泥攪拌樁受水泥強度、水泥摻入比、外加劑等因素影響。

2.施工工藝

高壓噴射注漿旋噴樁 (以下簡稱旋噴樁) 的施工工序為：鉆機定位→鉆孔→插管 （單管旋噴鉆孔和插管合二為一）→噴漿→沖洗→移位。主要配套機械（單管法）由主鉆機、高壓泥漿泵、水泥漿攪拌機、注漿管、高壓膠管和發電設備組成，目前道路建設中最常用的單管機型有國產76 型系列。水泥漿攪拌樁的施工工序為：鉆機定位→預攪下沉→制備水泥漿→提升噴漿攪拌→重復上、下攪拌→ 清洗→移位。主要配套機械由主鉆機、壓漿泵、集料斗、灰漿攪拌機和發電設備組成，目前工程建設中常用的機型有國產的 SJB-1、GZB-600、DJB-14D 型系列。

通常，水泥攪拌樁受限于攪拌機攪拌軸較長，需要以較大的卡車拖運，這就需要道路有較大的轉彎半徑及寬度，以適應卡車對道路的要求；相較于水泥攪拌樁，高壓旋噴樁機械較小，樁長度由一根根較短的注漿管連接碰頭而成，故對建筑進場道路無特殊要求，可以用拖拉機駁入施工場地。對于水利工程，特別是小型水利工程，由于其規模小、投資少，且位置偏僻，如修建高標準的進場道路，勢必會大大增加工程造價，相比而言高壓旋噴樁的應用較為經濟。

三、高壓旋噴樁的使用效果

清江閘工程地基處理方案變更為高壓旋噴樁后，設計樁徑0.5m、樁長8m、樁間距為1m，設計要求置換率0.282、處理后地基承載力127kPa。水閘在正身段、上下游翼墻段共設樁337 根。現場施工單位經過試樁、挖樁檢查的結果，確定高壓旋噴樁水泥漿為425#普通硅酸鹽水泥，速凝劑CaCl2用量為水泥重1%。單樁允許最大承載力為114kN,對混凝土強度要求為1400kPa 以上。由于不需要對老基礎下的杉木樁進行拔出處理，施工順利進行，且施工時間較短；根據挖樁檢驗的效果來看，成樁直徑基本在60cm 左右，大于設計要求的50cm，成樁效果較好，而老建筑物下的部分杉木樁被旋噴漿液完全或部分包裹，已經成為樁基的一部分；后檢測單位取樣檢測，樁的強度滿足設計要求，基礎處理完成后，水閘工程得以順利實施，建成后至今，運行良好，沉降觀測等數據均滿足設計要求。

相較于水泥攪拌樁的設計，高壓旋噴樁在基礎處理造價上多了30%，主要是水泥用量多了近60%,但是因工程位于圩區，材料進場道路為現狀寬度約3m 的圩頂防汛道路，原設計水泥攪拌樁方案，為了使攪拌機械能順利進、退場，工程同時也考慮了2.5km左右的進場道路修建；方案變更為高壓旋噴樁后，施工機械對進場道路沒有特別的要求，可以與建筑材料一同進場，在總造價上仍有節約，同時也縮短了工期。

四、結語

小型水工建筑物雖然規模較小，但是具有水工建筑物的一般特點：工作條件復雜、施工條件艱巨、對自然環境和社會環境影響大、失事后果嚴重等。因此在設計工程中地基處理是該建筑的重中之重，選擇合理的基礎處理方案和施工方式難易程度對該建筑物設計方案的確定至關重要。近年來，各級政府高度重視水利安全，水工建筑物在保護區域水安全、保障工農業生產等方面發揮了巨大的作用；一些水工建筑物因建設年代久遠，設備老化等原因在汛期不能發揮相應的防洪作用，需要拆除重建；在拆建的水工建筑物中，就有一部分工程在老建筑施工時就進行過基礎處理，現存的基礎處理方式制約了新建筑基礎處理方案的選擇，高壓旋噴樁可以不受老建筑基礎情況限制，雖然在造價上略有增加，但是具有機械進退場方便、適合各類基礎、施工方便等優點，值得推廣■