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(jīng)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(fā)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?jié){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(jié)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(chuàng)于日本。自1972年以來，我國經(jīng)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(zhì)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(zhì)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(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)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(jié)構(gòu)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(qū)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(chǎn)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(jié)體與四周土緊密相依，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)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(jié)體的直徑較大。

2.2水泥與土的固結(jié)原理

水泥與水拌合后，首先產(chǎn)生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，這種化學反應連續(xù)不斷地進行，就析出一種膠質(zhì)物體。這種膠質(zhì)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(zhì)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(fā)展起來成為膠凝體，此時表現(xiàn)為水泥的初凝狀態(tài)，開始有膠粘的性質(zhì)。水泥各成分在不缺水的情況下，不斷地按上述水化程序發(fā)展、增強和擴大，從而產(chǎn)生下列現(xiàn)象：①膠凝體增大并吸收水分，使凝固加速，結(jié)合更緊密；②由于微晶（結(jié)晶核）的產(chǎn)生進而生出結(jié)晶體，結(jié)晶體與膠凝體相互包圍滲透并達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，這就是硬化的開始；③水化作用繼續(xù)深入到水泥微粒內(nèi)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(zhì)凝固和結(jié)晶充盈為止。但無論水化時間持續(xù)多久，很難將水泥微粒內(nèi)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(xiàn)澆混凝土框剪結(jié)構(gòu)，地下室一層。

3.2地質(zhì)情況

場地地基土自上而下主要有：①雜填土，②粉質(zhì)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）。考慮到主樓地下室底板底標高持力層較大區(qū)域為卵石層，該地基層較厚且無軟弱下臥層，經(jīng)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(qū)域為殘積粘性土，該土層承載力較低（fak=180KPa），且經(jīng)計算與卵石層之間的沉降差不能滿足規(guī)范要求。經(jīng)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(qū)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(wěn)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(xié)調(diào)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(qū)的壓縮量S1和加固區(qū)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(chǎn)安全，施工簡便，工期短。c.有較好的耐久性。d.經(jīng)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(huán)保無公害。

結(jié)合本工程的特點，并考慮施工簡易性等方面，經(jīng)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(guī)范要求豎向承載旋噴樁復合地基承載力特征值應通過現(xiàn)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(jié)果能滿足規(guī)范要求。

3.4.2注意要點：

（1）施工質(zhì)量檢驗

為保證旋噴樁樁身的施工質(zhì)量，按規(guī)范要求對施工完后的樁身質(zhì)量進行檢驗，質(zhì)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(nèi)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(qū)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(xiàn)行有關規(guī)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(xù)觀測，用以評價地基加固效果和作為使用維護依據(jù)。

（2）施工過程中根據(jù)需要及時調(diào)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(zhì)情況也不能如實反映，所以要求根據(jù)施工現(xiàn)場情況，動態(tài)設計，根據(jù)實際情況調(diào)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(xié)調(diào)。通過改變?nèi)靿|的厚度，可調(diào)整樁、土分擔的垂直荷載。

4.結(jié)語

作為高層的基礎部分往往在整個建筑結(jié)構(gòu)造價中占據(jù)了很大的比例。選擇合理的基礎形式，對于保證安全，節(jié)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(zhì)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(nèi)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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