高壓旋噴樁與三軸攪拌樁組合加固雜填土地基監測數據分析

李煥容，時曉晨，段崇寶，董洪濤，余冬冬，郭志強

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000)

0 引言

隨著我國基礎設施建設的發展，工程領域地基加固研究成為一大熱點，常用的地基加固方法有注漿法、高壓噴射注漿法、置換法、水泥土攪拌法等，許多研究人員針對地基加固展開了大量研究。邢建營等[1]針對壩基覆蓋層處理問題，制定了固結灌漿、旋噴樁等多種壩基處理方案，有效降低了防滲系統變形，覆蓋層變形較小；曹浪等[2]針對廣州地區深厚淤泥質軟土地層，上部采用兩噴兩攪工藝，下部采用四攪四噴工藝，同時采用針對性的噴漿措施，能有效保證攪拌質量；朱德良等[3]選用高壓旋噴樁復合地基方案，確定設計參數和施工工藝；王建梅[4]分別采用預應力管樁、高壓旋噴樁及水泥攪拌樁等地基處理技術對軟土進行處理；張玉偉等[5]依托黃土地鐵隧道工程，研發地基浸水模型試驗裝置，系統開展三軸攪拌樁處治隧道基底效果的模型試驗；呂欣豪等[6]采用微鋼管樁和高壓旋噴聯合支護技術，避免結構對管廊擾動；樓凱俊等[7]應用PLAXIS3D數值模擬軟件，確定典型黏土地區土體小應變硬化模型的土體參數取值方法；高宗立等[8]運用三軸攪拌樁止水帷幕技術和四噴四攪工藝解決圓礫層、中風化泥巖層施工難點；王占生等[9]探討基坑圍護加固過程中下臥地鐵盾構隧道結構的縱橫向變形規律。

上述研究成果對不同地基加固提供有效的現場施工理論和經驗，但在管廊基坑樁間止水方面的研究成果較少。

本項目采用三軸攪拌樁與高壓旋噴樁組合加固地基，一方面采用三軸攪拌樁加固雜填土地基；另一方面采用高壓旋噴樁在樁邊緣進行止水加固，解決了三軸攪拌樁加固不到基坑邊緣的問題。既加固了地基，又滿足了樁間防水要求，三軸攪拌樁加固地基速度快，效果好；同時分析監測數據的變化原因，為施工提供指導。

1 工程概況

雄安站樞紐片區市政道路、綜合管廊、排水管網系統(一期)工程一標段，主要施工內容包括地面道路、地下道路、物流通道、綜合管廊、排水管網系統、橋梁及通道等。項目位置如圖1所示。

圖1 項目位置

本項目管廊主體采用明挖法施工，基坑深度約22.5m，雜填土區域人工填土層厚度變化大，堆積時間短，結構松散，土質很不均勻，力學性質差，穩定性較差。2020年8月1日N9K2+170—N9K2+230范圍內，地表沉降最大變化量為-18.86mm(N9YK2+190)，累計變化量為-30.31mm，地表沉降控制值速率為3mm/d，累計20mm；樁頂水平位移最大變化量為8.1mm(N9K2+170)，累計變化量為10.7mm，樁頂水平位移控制值速率為3mm/d，累計為30mm；樁體位移最大變化量7.04mm(N9K1+170-ZQT02)，樁體位移速率控制值速率3mm/d，累計50mm；支撐軸力最大測值為2 353.5kN(N9K2+170)，軸力設計值為616kN；以上監測項目均超過設計控制值，發生紅色預警。雜填土對明挖基坑支護體系穩固、基坑側壁變形控制會產生不利影響，同時填土地層未經有效處理一般不宜直接作為地基的持力土層。N9邊道路面沉陷較大，N9-E3節點四周上方土體向下滑動，現場出現滑落裂縫，冠梁受側向土壓力產生裂縫，N9鋼板樁四周存在積水。N9K2+170—N9K2+230范圍內基坑土方開挖階段東側基坑邊緣4.5m范圍內出現大面積地基沉降。

由于項目工期較緊，管廊建成后防止基坑圍護樁樁間滲水，為了保證基坑土方開挖和主體施工階段安全，對基坑圍護樁外側0.5m范圍內進行高壓旋噴樁坑外加固，在高壓旋噴樁外側4m范圍內采用三軸攪拌樁加固。

2 雜填土地基加固設計

水泥攪拌樁處理地基加固范圍為N9k2+170—N9k2+230，長度60m，處理范圍主要為N9圍護樁東側及基底加固。水泥攪拌樁采用42.5R復合硅酸鹽水泥，樁徑850mm，水泥摻入比暫定不低于16%，(建筑、生活垃圾范圍內水泥摻量為20%)，高壓旋噴樁φ850mm@600mm，水泥摻量450kg/m3，水泥摻量可根據攪拌樁、旋噴樁試樁效果調整。水灰比控制在1.0～1.5，水泥土樁體無側限抗壓強度≥0.3MPa，水泥攪拌樁之間搭接250mm。

3 雜填土地基監測布置及變化分析

3.1 雜填土地基沉降變化分析

布置雜填土地基沉降監測點，要求沿里程方向20m布置1組監測點，同一組每個監測點橫向間距4m，第1個地表沉降監測點布置在坡頂位置。原N9YK2+190地表沉降點最大變形速率-18.86mm/d，累計沉降-30.11mm，達到報警值。2020年8月1日開始消除預警。對現場重新布點并持續監測，最大沉降-11.86mm，本月最大變化量-1.54mm，最大日平均速率-0.05mm/d，變速率穩定，如圖2所示。

圖2 地基加固過程中沉降變化趨勢

1)從圖2中可以看出，在8月15日前，3組典型地表監測點都有下降趨勢，然后累計沉降變化速率越來越小，地基沉降趨于穩定。

2)從N9YK2+170典型地表沉降點可知，8月1日—8月15日，累計沉降值從-0.85mm下降到-4.00mm，下降平均速率為0.21mm/d。同理，N9YK2+190和N9YK2+210典型地表沉降點下降平均速率分別0.117mm/d和0.05mm/d。

3)分析以上原因可知，雜填土地基加固初期存在沉降不完全，水泥顆粒與土顆粒之間存在空隙，壓實度較小，沉降不穩定。后期土體固結，土顆粒之間摩擦力增大，與自身重力趨于平衡狀態。

3.2 支撐軸力變化分析

布置支撐軸力監測點，要求沿里程方向在每個鋼支撐布設1個監測點，支撐軸力監測點位于鋼支撐的活絡端。原支撐軸力最大監測值2 353.5kN(N9K2+170)，軸力設計值為616.60kN，達到報警值。N9K2+170ZCL01軸力值1 297.32kN，本月變化量為-364.66kN，平均日變化量為-12.16kN/d；N9K2+170ZCL02軸力值1 630.18kN，本月變化量為37.13kN，平均日變化量1.24kN/d；N9K2+210ZCL01軸力值1 970.42kN，本月變化量為-76.47kN，平均日變化量為-2.55kN/d；支撐受力無增大趨勢，狀態相對穩定(見圖3)。

圖3 地基加固過程中支撐軸力變化趨勢

1)從圖3可知，8月7日前，4組支撐軸力急劇變化；8月7日后，支撐軸力N9K2+170ZCL02和N9K2+210ZCL02兩個監測點軸力較預警時支撐軸力變化較小；支撐軸力N9K2+170ZCL01增大，N9K2+210ZCL01變小。4組監測點軸力后期達到一個新的受力平衡狀態。

2)從N9K2+170ZCL01和N9K2+210ZCL02支撐軸力監測點可知，支撐軸力基本不變，但趨于一個新的動態受力平衡；N9K2+170ZCL02較預警時支撐軸力增大了201.5kN；N9K2+210ZCL01較預警時支撐軸力變小了470.42kN。

3)分析上述原因可知：①雜填土地基加固后，支撐軸力變化較小 原因是支撐軸力達到預警值后，鋼支撐存在殘余變形；②支撐軸力變大 由于土體加固后局部混凝土容重增大；③支撐軸力變小 原因是加固土體后，邊坡傾覆角度變小，土體側壓力減小。

3.3 樁頂水平位移變化分析

布置圍護樁樁頂監測點，要求沿里程方向20m布置1組監測點，同一組每個監測點橫向間距4m，并布設在冠梁位置。

原樁頂水平位移5月31日最大變化量為8.1mm(N9K2+170)，累計變化量10.7mm，樁頂水平位移控制值速率為3mm/d，累計30mm，達到報警值。N9K2+170東側冠梁進行破除，重新進行鋼筋綁扎和澆筑，樁頂水平位移點進行重新布設和監測，累計變形值為2.79mm，本月變形量為2.76mm，日平均速率為0.09mm，變形速率穩定，如圖4所示。

圖4 地基加固過程中樁頂水平位移變化趨勢

1)由圖4可知，3組監測點樁頂水平位移較預警時增大，并達到了一個新的動態平衡。

2)N9K2+170樁頂水平位移從8月1日至9月10日增大了6.125mm，N9K2+210樁頂水平位移增大了7.25mm；N9K2+190樁頂水平位移在2～4mm波動，基本沒有變化，達到了動態平衡。

3)分析上述原因可知：樁頂位移增大是由于冠梁分布筋受到土體側壓力變形，分布筋中存在殘余應力和殘余變形，導致冠梁產生不可恢復的變形。

3.4 樁體水平位移變化分析

樁體監測點要求沿里程方向每40m布置1組，距離冠梁頂以下每隔0.5m布置1個監測點，樁基施工時，將監測裝置敷設在鋼筋籠內迎土側。

樁體位移5月31日最大變化量7.04mm/d(N9K1+170-ZQT02)，樁體位移速率控制值3mm/d，達到報警值。N9K1+170-ZQT02最大變形值40.90mm，本月變化量2.76mm，平均日變化速率0.09mm/d，樁體變化穩定。

1)隨著時間的推移，樁向基坑內傾斜的趨勢越來明顯，在8月20日左右每個監測點樁體位移達到最大，然后，慢慢恢復部分變形，但仍有部分變形不可恢復。

2)8月1日樁體從冠梁往下深度0.5m處位移達22mm，樁體從冠梁往下深度8m處位移達25mm，增加3mm，樁體從冠梁往下深度16m處位移達10mm，較0.5m處減小了12mm。

3)分析原因可知：一方面隨著土體深度加大，樁體受到的土壓力越來越大，雜填土地基加固完后，樁體向基坑偏移恢復了一部分，但仍有部分偏移不可恢復；另一方面，連續長達1個多月的樁體偏移監測，發現在土體開挖至基槽底時，樁體偏移最大，隨著主體結構的完成，土體側壓力對樁的作用力減小，所以樁體恢復了部分變形。

4 結語

1)采用高壓旋噴樁和三軸攪拌樁組合加固雜填土地基，既加固了地基，又滿足了樁間防水要求。

2)三軸攪拌樁加固完雜填土地基前期土顆粒之間存在孔隙，土體沉降不完全，前期不宜過多堆載，后期土體固結，地基沉降趨于動態平衡。

3)雜填土地基塌陷對圍護樁頂冠梁產生不可恢復的殘余變形，即使加固后，仍不可恢復，建議主體施工前對冠梁進行破除，重新進行鋼筋綁扎和澆筑，并對鋼支撐重新架設。

4)土方開挖階段，及時架設鋼支撐，尤其在清槽完成后及時澆筑底板，并進行管廊主體施工，對維護基坑邊坡穩定起到較好的支撐作用。