高壓旋噴樁在某工程局部地基處理中的應用

摘要：高壓旋噴樁施工技術，在地基加固處理中，具有施工便捷迅速、耐久性好、經濟性，噪聲小等特點。以某一實際工程為例，提出高層建筑筏板基礎在局部地基持力層缺失的情況下，采用高壓旋噴樁進行地基處理的設計要點，為同類型工程地基處理提供參考。

關鍵詞：高壓旋噴樁；持力層缺失；地基處理

1.高壓噴射注漿法簡介

高壓噴射注漿法是在化學注漿法的基礎上，采用高壓水射流切割技術而發展起來的一種施工技術，就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液成為高壓（20MPa以上）射流從噴嘴中噴射出來，沖擊切割土體，并使土體與漿液攪拌混合，漿液凝固后形成固結體（即旋噴樁），從而加固土體。

高壓噴射注漿法在60年代末期始創于日本。自1972年以來，我國經大量工程實踐，高壓噴射注漿已成為我國常用的施工工法之一。

高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。當土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或有較高的有機質時，以及地下水流速過大和已涌水的工程，高壓噴射注漿法處理的效果差別較大，應根據現場試驗結果確定其適用性。

2.高壓噴射注漿法加固機理

2.1高壓噴射流對土體的破壞作用

當高壓噴射流的動壓超過土體結構強度時，才會形成對土體的切割破壞，因此高壓噴射的一個重要主要因素是噴射動壓，為了取得更大的破壞力，需要增加旋噴壓力，這樣就使射流能沖擊破壞土體，使土與漿液攪拌混合。

在終期區域，噴射流能量衰減很大，不能直接沖擊土體使土顆粒剝落，但能對有效射程的邊界土產生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙里，使固結體與四周土緊密相依，不產生脫離現象。在使用水或漿與氣的同軸噴射作用時，空氣流使水或漿的高壓噴射流從破壞的土體上將土粒迅速吹散，使高壓噴射流的噴射破壞條件得到改善，阻力大大減少，能量消耗降低，從而增大了高壓噴射流的破壞能力，形成的旋噴固結體的直徑較大。

2.2水泥與土的固結原理

水泥與水拌合后，首先產生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，這種化學反應連續不斷地進行，就析出一種膠質物體。這種膠質物體有一部分混在水中懸浮，后來就包圍在水泥微粒的表面，形成一層膠凝薄膜。所生成的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水，只能以無定形體的膠質包圍在水泥微粒的表層，另一部分滲入水中。由水泥各種成分所生成的膠凝膜，逐漸發展起來成為膠凝體，此時表現為水泥的初凝狀態，開始有膠粘的性質。水泥各成分在不缺水的情況下，不斷地按上述水化程序發展、增強和擴大，從而產生下列現象：①膠凝體增大并吸收水分，使凝固加速，結合更緊密；②由于微晶（結晶核）的產生進而生出結晶體，結晶體與膠凝體相互包圍滲透并達到一種穩定狀態，這就是硬化的開始；③水化作用繼續深入到水泥微粒內部，使未水化部分再參加以上的化學反應，直到完全沒有水分以及膠質凝固和結晶充盈為止。但無論水化時間持續多久，很難將水泥微粒內核全部水化完，所以水化過程是一個長久的過程。

3.工程實例應用分析

3.1工程概況

本工程位于邵武（抗震設防烈度小于6度，基本風壓0.4kN/m2，2009年08月設計），上部為18層現澆混凝土框剪結構，地下室一層。

3.2地質情況

場地地基土自上而下主要有：①雜填土，②粉質粘土，③含卵石礫砂，④卵石（分布不均，有幾個鉆孔未揭露，局部缺失為變粒巖殘積粘性土，其它各鉆孔分布厚度5.50～14.40m），⑤變粒巖殘積粘性土，⑥全風化變粒巖，⑦強風化變粒巖，⑧中風化變粒巖（如下圖所示，高層建筑橫跨ZK10～ZK12）?？紤]到主樓地下室底板底標高持力層較大區域為卵石層，該地基層較厚且無軟弱下臥層，經計算能滿足承載力（fak=400KPa）和變形的要求，設計考慮采用筏板基礎。但由于地下室底板底標高部分區域為殘積粘性土，該土層承載力較低（fak=180KPa），且經計算與卵石層之間的沉降差不能滿足規范要求。經過綜合分析最后采用筏板基礎，但應對基礎底持力層為殘積粘性土的局部區域進行地基加固處理。

3.3地基處理方法的選擇

3.3.1換填墊層法

換填墊層法適用于處理各類淺層軟弱地基及不均勻地基，其主要作用是提高地基承載力，減少沉降量。本工程地下水位較高，勘察報告中的穩定水位距±0.000僅0.85m，水量較大，而且2#樓距已有建筑（5層磚混）不到10m。若采用換填墊層法，開挖深度約9m，降水難度很大，同時為保證相鄰建筑的正常使用必須在支護上投入很大。換填墊層法還會造成土方量增加較多，施工工期延長。

3.3.2剛性短樁復合地基

剛性短樁復合地基中短樁主要采用預應力管樁，其主要目的為控制建筑物沉降，以消除建筑物的不均勻沉降，同時樁與樁間土共同工作，形成剛性樁復合地基，提高復合地基的承載力與剛度。剛性樁復合地基通過設置褥墊層使樁、土協調變形共同工作。處理后的地基沉降變形由兩部分組成—加固區的壓縮量S1和加固區下臥層的壓縮量S2。由于樁的變形模量遠大于土的變形模量，樁分擔的荷載比例越大，其變形將越小，從而控制沉降。

3.3.3高壓旋噴注漿法

高壓噴射注漿法與其他地基處理方法相比，有如下的特點：a.適用的范圍較廣。既可用于工程新建之前，也可用于建成之后。既可垂直噴射亦可傾斜和水平噴射。b. 設備簡單，管理方便，生產安全，施工簡便，工期短。c.有較好的耐久性。d.經濟性好，料源廣闊價格低廉，漿液集中，流失較少。e.噪聲低，無污染，環保無公害。

結合本工程的特點，并考慮施工簡易性等方面，經充分論證分析，最終采用第三種方案處理地基。

3.4設計計算及注意要點

按照規范要求豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定。

地基變形估算采用pkpm剛性計算，結果能滿足規范要求。

3.4.2注意要點：

（1）施工質量檢驗

為保證旋噴樁樁身的施工質量，按規范要求對施工完后的樁身質量進行檢驗，質量檢驗方法有多種，可將整個樁挖出直接檢查，也可用鉆機在樁上垂直鉆孔取芯樣檢查內部樁體均勻程度，同時也可用標準貫入的方法，本工程采用的是平板荷載試驗測單樁承載能力。

對于處理后的復合地基，包括復合地基區域及與未處理地基交界處地基均要進行實驗檢測，保證建筑物在處理后的地基上的變形能滿足現行有關規范要求。同時在施工期間應進行沉降觀測，必要時尚應在使用期間繼續觀測，用以評價地基加固效果和作為使用維護依據。

（2）施工過程中根據需要及時調整地基處理的范圍

由于勘探點間距較大，兩勘探孔間的地質情況也不能如實反映，所以要求根據施工現場情況，動態設計，根據實際情況調整地基處理的范圍。

（3）增設褥墊層

通過設置褥墊層來保證樁、土共同承擔基礎傳來的荷載，同時也使得地基處理部分與未處理部分能有一定的變形協調。通過改變褥墊的厚度，可調整樁、土分擔的垂直荷載。

4.結語

作為高層的基礎部分往往在整個建筑結構造價中占據了很大的比例。選擇合理的基礎形式，對于保證安全，節約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。而基礎持力層的地質條件又在一定程度上決定了該工程所能采取的基礎形式。地基處理技術的合理應用，很多時候可以在一定范圍內解決這個問題。本工程用高壓旋噴樁對高層建筑地基進行局部處理，保證了筏板基礎形式的適用，取得了較為理想的效果，可以作為同類工程的設計參考。

參考文獻

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[2] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術規范[S].

[3] 徐至鈞，全科政.高壓噴射注漿法處理地基[M].北京：機械工業出版社，2004.