曾安懷，韋興標(biāo)

（廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西柳州545006）

1 概述

柳州市某房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司擬建的16#樓建筑占地面積長(zhǎng)38m×寬27m，樓高27 層（不含地下室1層），擬采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)（CFG樁復(fù)合地基），但基底以下巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，巖溶形態(tài)以全充填溶洞、半充填溶洞和無(wú)充填溶洞為主，洞內(nèi)充填物多以軟塑狀粘土為主，須對(duì)其進(jìn)行地基加固處理，以提高巖溶發(fā)育部位的地基承載力和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)要求：高壓旋噴樁灌漿加固處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk≥220kPa。

我院根據(jù)業(yè)主提供的“巖土工程勘察報(bào)告”、“建筑平面布置圖”、“溶洞分布示意圖”和設(shè)計(jì)要求，依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）等國(guó)家現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)高壓旋噴樁直徑D=600mm，采用正方形布樁時(shí)，樁間距s=1.45m；采用矩形布樁時(shí)，s1=1.5m，s2=1.33m。經(jīng)歷35d 的外業(yè)作業(yè)，完成高壓旋噴孔128 個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺約2100m，高壓旋噴灌漿消耗水泥約120t；基底巖溶軟弱層經(jīng)高壓旋噴灌漿加固處理后，經(jīng)檢測(cè)單位采用鉆探取芯和重型動(dòng)力觸探等原位測(cè)試手段進(jìn)行檢測(cè)，其復(fù)合地基承載力特征值fspk≥220kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

2 場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)特征和水文地質(zhì)條件

2.1 場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、按地層沉積年代、成因類型，將擬建場(chǎng)地地面以下鉆探深度范圍內(nèi)的地層進(jìn)行劃分。場(chǎng)地分布的地層自上而下依次為人工填土層（Q4ml）雜填土①、第四系沖積成因（Q4al）粘土②、粉質(zhì)粘土③及卵石④、含卵石粘土④1層；下伏基巖為石炭系（C13）破碎石灰?guī)r⑤及較完整石灰?guī)r⑥層。現(xiàn)將場(chǎng)地巖土層由上至下詳細(xì)描述如下。

2.1.1 第四系人工填土層（Q4ml）

雜填土①：雜色，以黃灰、黃色為主，結(jié)構(gòu)松散，稍濕，由粘性土、砂礫等建筑垃圾組成，粒徑一般1～10cm，最大50cm，局部含少量生活垃圾及植物根系，為近代回填土，回填時(shí)間約為2～8年；該層在場(chǎng)地內(nèi)個(gè)別鉆孔有揭露分布。

2.1.2 第四系沖積成因（Q3al）

（1）粘土②：黃色、黃紅色，呈稍濕、硬塑狀，局部堅(jiān)硬，土層切面較光滑，韌性及干強(qiáng)度高，無(wú)搖振反應(yīng)；經(jīng)過(guò)水流搬運(yùn)、沖積后仍保持一些次生紅粘土的特征，屬中等壓縮性土；該層在分布于整個(gè)場(chǎng)地。

（2）粉質(zhì)粘土③：黃色，淺黃色，稍濕，硬塑狀態(tài)為主，局部可塑，切面稍粗糙，干強(qiáng)度高，韌性中等，無(wú)搖振反應(yīng)，局部含有礫砂，屬中等壓縮性土；該層在大部分鉆孔有揭露。

（3）卵石④：灰白色、黃灰色，濕，飽和，稍密狀，母巖成份為砂巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖等，呈亞圓形—圓形，級(jí)配不良，充填物主要為粘性土及砂粒，屬于中等偏低壓縮性土；該層在分布于整個(gè)場(chǎng)地。

（4）含卵石粘土④1：黃色、黃灰色，很濕，流塑狀態(tài)，土層切面光滑，韌性及干強(qiáng)度中等，含有卵石；該層機(jī)械加鉆桿后無(wú)需加壓，人力壓桿即可輕松鉆進(jìn)，屬高壓縮性土；該層個(gè)別鉆孔(DZK20)有揭露。

2.1.3 石炭系（C13）

（1）破碎石灰?guī)r⑤：深灰色、灰色、灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，有方解石脈發(fā)育，巖芯破碎，巖芯被溶蝕，呈碎塊狀，塊徑一般在20～80mm不等，取芯困難，采取率約30%～50%。屬軟巖，破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；該層在大部分鉆孔有揭露。

（2）較完整石灰?guī)r⑥：深灰色、灰色、灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚—厚層狀構(gòu)造，中等風(fēng)化狀態(tài)，節(jié)理裂隙有發(fā)育，巖芯多呈短柱狀，芯采取率約80%～90%；屬較硬巖，較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)；該層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

2.2 場(chǎng)地巖溶發(fā)育特征

根據(jù)業(yè)主提供的《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》和《巖土工程施工階段勘察報(bào)告》，場(chǎng)地溶（土）洞是巖溶作用的產(chǎn)物，其產(chǎn)生和發(fā)展受地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地下水、地形地貌、氣候等多方面因素的制約。在50個(gè)鉆孔中有14個(gè)鉆孔遇到溶洞，溶洞最大高度9.50m，最小高度0.50m，局部鉆孔為兩層“串珠式溶洞”，溶洞頂板厚度0.20～1.50m，主要以流塑—軟塑狀粘性土、礫砂及卵石充填，遇洞率約為28%，線性巖溶率為24%。

2.3 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察揭露，場(chǎng)地內(nèi)地下水類型有：第四系覆蓋層中的上層滯水、粘土層和卵石層中的孔隙水及深部巖層中的巖溶裂隙水。

（1）上層滯水：主要賦存于上部雜填土①層，為原土層含水及地表水下滲受粘土層的阻隔作用而形成的。水位不穩(wěn)定，埋深在0.70～-8.50m 之間。以大氣降水及地表積水入滲補(bǔ)給為主，賦存空間有限，水量較小，易于疏干，對(duì)基坑開(kāi)挖與淺基礎(chǔ)施工影響小。

（2）孔隙水：主要賦存于粘土②層、粉質(zhì)粘土③層及卵石④層中，勘察期間正值雨季，主要受周邊高水頭臨近位置的側(cè)向補(bǔ)給及巖溶裂隙承壓水補(bǔ)給，初見(jiàn)水位埋深約8.90～17.70m，測(cè)得穩(wěn)定水位埋深約1.20～10.50m，水位高程約在77.30～82.08m之間，水量一般。

（3）巖溶裂隙水：主要賦存于下部風(fēng)化巖石裂隙以及溶洞中，具有一定的承壓性，該水接收大氣降水以及臨近高水頭地區(qū)地下水補(bǔ)給，具有一定的承壓，整體沿著巖溶裂隙和溝槽向西側(cè)排泄，補(bǔ)給柳江，該層初見(jiàn)水位基本位于基巖面上下，大部分具6～8m的承壓水頭，穩(wěn)定水位高程約在75.92～77.81m之間。

其中孔隙水、巖溶裂隙水具有一定的水力聯(lián)系，具互補(bǔ)性。勘察期間正值雨季，場(chǎng)地地下水較為豐富。

3 高壓旋噴灌漿加固處理設(shè)計(jì)

3.1 基本設(shè)定

（1）設(shè)計(jì)樁徑：高壓旋噴樁直徑D=600mm。

（2）高壓旋噴樁樁身抗壓強(qiáng)度為5MPa，有效樁長(zhǎng)不小于10m。

（3）高壓旋噴樁大部分采用正方形布樁，局部地帶采用矩形布樁。

（4）設(shè)計(jì)要求：高壓旋噴樁灌漿加固處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk≥220kPa。

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 單樁豎向承載力特征值（Ra）估算

（1）由樁周土側(cè)阻力和樁端端阻力提供的單樁豎向承載力（Ra1）：

式中：up——樁的周長(zhǎng)，m，up=πD=1.88 m；

n ——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qsi——樁周第i 層土的側(cè)阻力，kPa；

qp——樁端端阻力特征值，kPa，按照設(shè)計(jì)要求，以破碎石灰?guī)r為樁端，取qp=280kPa；

li——第i 層土的厚度，m；

αp——樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，應(yīng)按照地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，取αp=0.50；

Ap——樁的截面積，(D 為旋噴樁直徑)。

經(jīng)賦值計(jì)算，Ra1=421.07kN。

（2）由樁身強(qiáng)度確定的單樁豎向承載力（Ra2）：

式中： fcu——樁身試塊（邊長(zhǎng)150mm立方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 立抗壓強(qiáng)度平均值，kPa，設(shè)計(jì)樁身抗壓強(qiáng)度為5MPa；

λ——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可按照地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，取λ=0.25。

單樁豎向承載力取Ra1、Ra2的較小值，即Ra1=Ra2=353.75kN。

3.2.2 樁土面積置換率（m）計(jì)算

式中：fspk——處理后復(fù)合地基承載力特征值，fspk≥220kPa；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取λ=1.0；

β ——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，取β=0.85；

fsk——處理后樁間土承載力特征值，kPa，取fsk=fak=60kPa。

經(jīng)賦值計(jì)算，置換率m 為13.2%。

3.2.3 確定樁間距S

（1）正方形布樁：

de=1.13S

（2）矩形布樁：

式中：d ——樁身平均直徑，m，d=0.60m；

de——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；

S、S1、S2——樁間距、縱向樁間距和橫向樁間距，m。

經(jīng)賦值計(jì)算，采用正方形布樁時(shí)，樁間距S=1.45m；采用矩形布樁時(shí)，S1=1.5m，S2=1.33m。

3.3 設(shè)計(jì)加固范圍

設(shè)計(jì)加固范圍分為縱向深度加固范圍和橫向水平加固范圍兩個(gè)部分。

（1）設(shè)計(jì)縱向深度加固范圍：按照業(yè)主要求，設(shè)計(jì)縱向深度加固范圍：自最下一層溶洞底板以下0.50m至最上一層溶洞頂板以上、進(jìn)入卵石層1.00m。

（2）設(shè)計(jì)橫向水平加固范圍：依據(jù)業(yè)主提供的“16#樓溶洞分布示意圖”，所有溶洞分布范圍均為加固范圍。

4 工程施工技術(shù)

4.1 高壓旋噴灌漿加固處理的機(jī)理

高壓旋噴灌漿加固處理的機(jī)理：水泥漿液在高壓泵和空壓機(jī)提供風(fēng)壓共同作用下，對(duì)全充填溶洞、半充填溶洞的軟塑狀粘土進(jìn)行高壓噴射切割，使水泥漿液與粘土顆粒充分?jǐn)嚢琛⒛Y(jié)與硬化，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壓縮性低、承載力較高的復(fù)合地基土；而對(duì)于無(wú)充填溶洞，水泥漿液先填充滿空洞，再對(duì)其高壓旋噴灌漿處理，同樣能夠形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壓縮性低、承載力較高的復(fù)合地基土，達(dá)到提高巖溶發(fā)育部位（軟弱層）的地基承載力和穩(wěn)定性的目的。

4.2 高壓旋噴灌漿法和施工工藝

（1）高壓旋噴灌漿法的選用：為確保高壓旋噴灌漿加固處理質(zhì)量和效果，要求采用二重管法施工。

（2）高壓旋噴灌漿的施工工序?yàn)椋簣?chǎng)地平整→測(cè)量放樣，確定樁位→錨桿鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)造孔→高壓旋噴灌鉆機(jī)就位安裝→下入噴射注漿管→旋噴灌漿作業(yè)→拔管→沖洗機(jī)具等。

4.3 高壓旋噴孔機(jī)械鉆進(jìn)成孔技術(shù)

（1）測(cè)量放樣，確定高壓旋噴灌漿孔位：由測(cè)量工程技術(shù)人員按照甲方提供的設(shè)計(jì)圖紙，依據(jù)測(cè)量操作規(guī)程要求，采用測(cè)量?jī)x器測(cè)量放樣，確定孔位，測(cè)量允許偏差應(yīng)控制在20mm以內(nèi)。

（2）鉆機(jī)就位安裝要求：鉆機(jī)立軸中心應(yīng)與鉆孔中心保持在同一鉛垂線上，即對(duì)好孔位，要求鉆機(jī)水平、周正、穩(wěn)固，鉆進(jìn)過(guò)程中不得發(fā)生傾斜或移位現(xiàn)象。鉆機(jī)安裝允許偏差控制在50mm以內(nèi)。

（3）施工機(jī)械設(shè)備選用：施工單位應(yīng)根據(jù)自有施工技術(shù)裝備，結(jié)合以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，可選用錨桿鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)造孔、旋噴樁專用設(shè)備旋噴灌漿作業(yè)。

（4）高壓旋噴孔鉆進(jìn)成孔技術(shù)：土層采取沖擊取芯鉆進(jìn)法進(jìn)行機(jī)械成孔；為確保鉆孔孔壁穩(wěn)定，卵石層可采取泥漿護(hù)壁、氣動(dòng)潛孔錘隨鉆跟管鉆進(jìn)成孔；基巖可采用金剛石或復(fù)合片鉆進(jìn)。因本巖溶軟弱層上部有一層厚6～9m 的卵石層，開(kāi)孔直徑應(yīng)選用?150mm 鉆頭開(kāi)孔，同時(shí)考慮終孔直徑應(yīng)大于高壓旋噴頭直徑，鉆孔直徑應(yīng)不小于?75mm。

（5）鉆孔深度控制：鉆孔深度應(yīng)參考附近勘察孔資料，終孔深度以進(jìn)入最下層溶洞底板為準(zhǔn)，鉆入底板以下基巖深度控制50cm 以上。如發(fā)現(xiàn)實(shí)際鉆孔巖層性質(zhì)與勘察孔不一致時(shí)，應(yīng)及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)、監(jiān)理、勘察單位協(xié)調(diào)一致，確定最后鉆孔深度。

（6）鉆孔垂直度偏差控制：因鉆孔傾斜會(huì)影響相鄰兩個(gè)旋噴孔旋噴灌漿加固質(zhì)量或效果，鉆孔垂直度偏差要求控制在1/100以內(nèi)。

4.4 高壓旋噴灌漿加固技術(shù)

（1）正式施工前，旋噴灌漿的技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件、加固要求，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)確定，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件適當(dāng)調(diào)整。雙管法高壓水泥漿的壓力要求大于20MPa，流量45～55L/min，氣流壓力要求大于0.7MPa，提升速度要求控制在0.1～0.2m/min。

（2）當(dāng)噴射注漿管下入受灌地層中，當(dāng)噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，即可噴射灌漿。在噴射灌漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，隨即按照旋噴工藝要求，提升噴射管，自下而上分段旋噴灌漿。噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度要求不得小于100mm。

（3）對(duì)于需要局部擴(kuò)大加固范圍或提高強(qiáng)度的部位，可采取復(fù)噴措施。

（4）在旋噴灌漿過(guò)程中，如出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或冒漿異常時(shí)，要求查明原因并及時(shí)采取措施。

（5）泥漿或廢漿管理直接影響施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工，須在施工前做好規(guī)劃，做到有計(jì)劃地堆放或廢漿及時(shí)排出現(xiàn)場(chǎng)；施工中應(yīng)做好泥漿或廢漿處理，及時(shí)將廢漿運(yùn)出或在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)堆放后作土方運(yùn)出。

（6）施工中應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)參數(shù)和材料用量施工，用漿量和提升速度應(yīng)采用自動(dòng)記錄裝置，并做好各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)施工記錄工作。

（7）旋噴注漿完畢后，或在噴射注漿過(guò)程中因故中斷，短時(shí)間（小于或等于漿液初凝時(shí)間）內(nèi)不能繼續(xù)噴漿時(shí)，均應(yīng)立即拔出注漿管清洗備用，以防漿液凝固后拔不出管。

（8）自檢與補(bǔ)強(qiáng)：高壓旋噴灌漿加固處理完成后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，主要選取在地層吸漿量、冒漿等異常情況的部位，或地層情況復(fù)雜可能影響旋噴灌漿質(zhì)量的部位，且為非旋噴灌漿區(qū)域，確定旋噴灌漿質(zhì)量檢測(cè)部位進(jìn)行自檢。如發(fā)現(xiàn)自檢不合格時(shí)，應(yīng)按照原旋噴灌漿質(zhì)量要求重新旋噴灌漿補(bǔ)強(qiáng)處理，直到合格為止。

4.5 灌漿材料及配比

（1）灌漿材料：本次高壓旋噴灌漿加固處理工程所用的水泥為強(qiáng)度等級(jí)P.O 42.5MPa及以上的普通硅酸鹽水泥，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要加入適量的外加劑及摻合料。外加劑及摻合料的用量，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定。

（2）旋噴灌漿用水泥漿為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攪拌，水灰比要求控制在（0.8∶1）～（1.0∶1）；水泥滲入量須不小于300kg/m。

4.6 高壓旋噴灌漿異常情況處理

在旋噴灌漿過(guò)程中出現(xiàn)下列異常情況時(shí)，須查明原因并采取相應(yīng)措施：

（1）流量不變而壓力突然下降時(shí)，應(yīng)檢查各部位的泄漏情況，并應(yīng)拔出注漿管，檢查其密封性能。

（2）出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時(shí)，若系土質(zhì)松軟如溶洞內(nèi)流塑狀—軟塑狀粘土?xí)r，則視為正常現(xiàn)象，可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴；若系附近有空洞、通道，則應(yīng)不提升注漿管繼續(xù)注漿直到冒漿為止或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。待填滿巖溶空洞后，再繼續(xù)正常旋噴灌漿作業(yè)。

（3）壓力稍有下降時(shí)，可能是注漿管被擊穿或有孔洞，使其噴射能力降低。此時(shí)應(yīng)排出注漿管進(jìn)行檢查，排除故障。

（4）壓力陡增超過(guò)最高限值、流量為零、停機(jī)后壓力仍不變動(dòng)時(shí)，則可能是噴嘴堵塞；應(yīng)拔管疏通噴嘴。

5 工程質(zhì)量監(jiān)控

因16#樓屬高層建筑，該巖溶軟弱層高壓旋噴灌漿加固處理工程屬隱蔽工程，應(yīng)對(duì)其高壓旋噴灌漿加固施工全過(guò)程的監(jiān)控。監(jiān)控主要內(nèi)容有：

（1）高壓旋噴樁間距、鉆孔深度、垂直度等是否滿足設(shè)計(jì)要求；

（2）高壓旋噴灌漿所用材料及其水灰比是否符合設(shè)計(jì)要求；

（3）旋噴樁的施工工藝（雙重管法）及其參數(shù)是否選擇適當(dāng)；

（4）雙重管法噴射灌漿過(guò)程中，高壓水泥漿泵壓力及其流量、氣流壓力、旋噴管的轉(zhuǎn)速、提升速度等是否符合設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求；

（5）在噴射灌漿過(guò)程中，如出現(xiàn)壓力驟然降低、上升或冒漿異常（現(xiàn)場(chǎng)冒漿在10%～20%屬于正常現(xiàn)象，如大于20%屬于異常現(xiàn)象，但完全不冒漿也是異常現(xiàn)象），應(yīng)及時(shí)查明原因并采用有效措施，方能繼續(xù)噴射灌漿。

6 工程質(zhì)量檢驗(yàn)

高壓旋噴灌漿加固處理完成28d后，由業(yè)主委托有相應(yīng)檢測(cè)資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)該樓巖溶軟弱層的灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容包括：旋噴固結(jié)體的整體性和均勻性、有效直徑及其強(qiáng)度。檢驗(yàn)方法可采用鉆孔取芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)檢測(cè)單位檢測(cè)，鉆探取芯看，采取上來(lái)的芯樣呈短柱狀、團(tuán)塊狀，水泥漿在溶洞充填物中分布較均勻，局部孔段（空洞部位）為純水泥柱；從重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的錘擊數(shù)看，每貫入10cm錘擊數(shù)7～10擊，局部孔段的錘擊數(shù)超過(guò)20 擊，其復(fù)合地基承載力特征值fspk≥220kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

該樓樁筏基礎(chǔ)底部存在巖溶軟弱層，經(jīng)高壓旋噴灌漿加固處理后形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壓縮性低、承載力較高的復(fù)合地基土，提高巖溶發(fā)育部位（軟弱層）的地基承載力和穩(wěn)定性。