某項目高壓旋噴勁性樁復合地基加固處理設計與施工檢測

晏 賓

(中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610052)

0 引言

四川地區地域遼闊，地質條件復雜多樣，而近年來隨著城市化的快速發展，高樓大廈越來越多，對地基承載力也要求越來越高。由于四川盆地地區卵石層及紅層泥巖分布較廣且局部泥巖強風化厚度較大，部分場地因卵石層及泥巖形成的二元結構的承載力不能滿足高層建筑的需要，應對以上二元結構進行地基處理，以滿足設計的要求。

1 工程概況

場地位置及擬建物概況擬建項目場地位于四川省某市青衣江的右岸，地貌上處于青衣江一級階地地貌，場地地形起伏較小。建筑物為地上32層住宅，設1層地下室，框架剪力墻結構，±00標高為557.10 m。擬采用筏板基礎，筏板板面標高為551.95 m,筏板板厚1 400 mm，筏板底標高為550.55 m，持力層采用稍密卵石層，其下分布強風化砂質泥巖軟弱夾層。

1.1 地層概況

其中該幢樓筏板底以下分布地層主要為稍密卵石層、中密卵石層、白堊系上統灌口組砂質泥巖[1]，各巖土的物理力學指標建議值見表1。

表1 巖土的物理力學指標建議值

1.2 地下水

場地內地下水類型主要為賦存于素填土、粉土層中的上層滯水、第四系中砂、卵石土層中的孔隙潛水以及基巖裂隙水。勘察期間實測地下水埋深6.30 m～11.50 m(相應標高548.01 m～548.41 m)。地下水位年變化幅度一般在2.50 m～3.00 m之間，地下水以蒸發、徑流等方式排泄。據試驗結果表明：地下水對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性[2]。

1.3 設計要求

建筑物主樓部位為筏板基礎。設計要求持力層地基承載力特征值不小于550.00 kPa，壓縮模量不小于25.00 MPa。

而筏板基底以下稍密卵石和強風化砂質泥巖的承載力特征值為320 kPa，強風化砂質泥巖的壓縮模量為20 MPa，不能滿足設計要求。考慮到當地的施工條件及場地地層結構特點，對該樓地基土進行高壓旋噴勁性樁復合地基處理[3]。

1.4 加固機理

勁性復合樁技術是將散體樁、柔性樁、剛性樁等通過一定的工藝，將兩種或三種單體樁進行復合，形成勁性復合樁的一項技術。在外荷載作用下，大部分荷載由樁承受，樁周摩阻力得到充分發揮，端阻力隨荷載作用的時間及樁側阻力發揮的程度而逐漸增高。同時，樁頂褥墊層發揮調節作用，使樁間土與樁身共同作用，逐漸形成復合地基。

勁性復合樁[4]具有可通過改變單體樁組合形式、樁長、樁距、褥墊層厚度和樁體材料配比，使天然地基的承載力提高幅度有很大的可調性和具有使基礎變形減小等能力，同時這種樁具有提高承載力幅度大、施工簡便、造價較低、噪聲小及作業時不易縮徑不易塌孔等諸多優點。

本工程勁性復合樁外芯采用高壓旋噴樁(樁徑0.50 m)和內芯采用剛性樁(0.15 m)復合而成的長芯柔剛復合樁，剛性樁采用高壓旋噴樁(成孔直徑0.15 m)中插入Ф22(HRB400)鋼筋，鋼筋與內芯等長。

2 地基處理設計計算

2.1 處理深度及地層參數選擇

設計處理深度進入中等風化砂質泥巖層以內不小于1.00 m。設計建模以勘察報告典型鉆孔122 號為基準，該孔的地層分布如表2所示。

表2 基底地層分布情況

2.2 樁間距的計算

根據公式：

(1)

(2)

S=de/1.13

(3)

其中，fspk為復合地基承載力特征值，取550.00 kPa；d為復合樁的平均直徑，取0.50 m；de為等效圓影響直徑；Ap為樁的平均截面積，0.196 m2；m為面積置換率；fsk為樁間土承載力特征值，取320.00 kPa；λ為單樁承載力發揮系數，取λ=0.95；β為樁間土承載力發揮系數，取β=0.80；S為樁間距，按正方形布置，樁間距為de/1.13;Ra為單樁豎向承載力特征值。

其中,Ra的取值根據式(4)，式(6)計算后取小值。

1)勁性復合樁樁側破壞面位于內、外芯界面時：

(4)

計算得：

Ra1=809.65 kPa

(5)

(6)

通過式(6)計算得:

Ra2=1 161.33 kPa

(7)

根據上述計算公式，主樓處理區域置換率及樁間距計算見表3，實際布樁情況及承載力計算見表4。

表3 主樓處理區域置換率及樁間距表

表4 實際布樁情況及承載力計算結果表

處理后的地基承載力特征值619.10 kPa>550.00 kPa，承載力滿足設計要求。

2.3 復合地基壓縮模量計算

根據設計要求：E0p=ζE0a>25.00 MPa。

其中，E0p為復合地基土層的壓縮模量，MPa；E0a為樁間土地基土層壓縮模量,MPa；ζ為模量提高系數，ζ=fspk/fsk。

計算結果如表5所示。

表5 復合地基壓縮模量計算結果

處理后地基土的壓縮模量滿足設計要求。

2.4 褥墊層設計

褥墊層設計是復合地基設計的核心技術[5]。勁性樁與基礎之間鋪設褥墊層，褥墊層層頂標高為550.45 m，褥墊層厚度取300.00 mm，褥墊層采用級配碎石，碎石最大粒徑不宜大于20.00 mm，應分層夯實，夯填度不大于0.90。厚度偏差為±10.00 mm。

2.5 設計完成工作量

本工程共設計高壓旋噴勁性樁446根，施工總進尺預計約4 014.00 m。地基加固深度及范圍應根據實際地層條件變化而調整，勁性樁的有效長度不低于6.00 m，且進入中等風化砂質泥巖長度不小于1.00 m。

3 施工技術及要求

3.1 施工工藝流程[6]

采用鉆機成孔(孔徑150.00 mm)至處理深度(進入中風化砂質泥巖不小于1.00 m)→放入Φ22(HRB400)鋼筋→自下而上進行旋噴施工。

3.2 施工注意事項

1)高壓噴射注漿材料采用P.O42.5水泥配制的純水泥漿，漿液水灰比為1.2∶1～1∶1，噴射注漿壓力為25 MPa±2 MPa，噴嘴旋轉速度20 r/min±5 r/min，噴嘴提升速度20 cm/min±5 cm/min，并在孔口處復噴一次。旋噴管分段提升的搭接長度大于100 mm[7]。

旋噴注漿過程中，冒漿量一般應小于注漿量的25%，超過此值時，可采取更換新噴嘴(或小一級孔徑的噴嘴)，及加快旋轉和提升速度等措施，以減少冒漿量。

2)由于相鄰兩樁距離較近，應采取隔樁施工的方法。

3)挖土應注意對樁體及樁間土進行保護，不得造成樁體開裂、樁間土擾動。

4)各單體樁樁位偏差不超過±10.00 mm，施工樁體垂直度允許偏差為0.50%。

5)在設計樁頂標高上鋪設褥墊層，褥墊層采用級配碎石回填，碎石最大粒徑不應大于20.00 mm，褥墊層厚度為300.00 mm。

6)墊層鋪設宜采用靜力壓實法，夯實后的墊層厚度與虛鋪厚度的比值不得大于 0.90。

7)褥墊層施工完成后應進行及時封閉，并做好排水措施。

4 施工質量檢測及試驗結果

4.1 施工質量檢測要求

根據國家規范及相關標準要求，在成樁21 d后進行承載力檢測，試驗應在設計標高處進行，每個單體工程的檢測數量不應少于工程樁總數的1%，且不應少于3根(組)。

單樁載荷試驗的壓板尺寸應與勁性復合樁截面一致。復合地基載荷試驗應符合現行行業標準JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范的有關規定。壓板尺寸應根據設計置換率確定。

檢測點布置在以下部位：

1)抽檢點宜隨機、均勻和有代表性分布；

2)設計人員認為重要的部位；

3)局部巖土特性復雜可能影響施工質量的部位；

4)施工出現異常情況的部位。

4.2 施工質量檢測結果

本工程在高壓旋噴勁性樁施工完畢后21 d取3根樁進行單樁豎向靜載荷試驗[8]，試驗結果匯總表如表6所示。

表6 單樁靜載荷試驗成果匯總表

由表6知，勁性樁單樁承載力特征值均大于700 kN。

現場取3個點進行復合地基靜載荷試驗，試驗結果匯總表見表7。

表7 復合地基靜載荷試驗成果匯總表

由表7知，勁性樁復合地基承載力特征值均大于550 kPa，滿足設計要求。

5 結語

1)對筏板基底以下稍密卵石和強風化砂質泥巖采用高壓旋噴勁性樁復合地基處理后的承載力及壓縮模量能夠滿足設計要求。

2)現有規范對剛性樁的定義為混凝土、鋼、水泥粉煤灰碎石混合料等材料形成的樁，而本工程由于沒有現成經驗可以借鑒，設計時把高壓旋噴水泥漿、卵石及鋼筋為材料形成的樁體當作剛性樁，是否合適有待進一步研究。