高壓旋噴樁復合地基在軟土地基處理中的應用

劉海源，李致立，李成芳

（重慶市建筑科學研究院有限公司，重慶 400042）

0 引言

高壓旋噴樁是以高壓水泥漿噴射流水平噴出切割土體，并與土拌和形成水泥土豎向增強體的復合地基[1]。重慶地區廣泛存在素填土、黏性土、砂卵石等地基，高壓旋噴樁對其均具有良好適應性[2]。本文基于高壓旋噴樁復合地基在重慶地區的應用實例，針對土層較厚（平均深度大于25m）及“上硬下軟”的次生紅黏土場地，采用長樁和短樁交錯設置的高壓旋噴樁復合地基處理后修建多層建筑。通過對工程實例的分析，驗證了該方法的可行性，可為類似工程的地基處理提供參考。

1 工程概況

某工程房屋為8 層花園洋房，框架結構，高度為23.2m，基礎形式為片筏基礎。地質情況描述如下：

（1）第四系次生紅黏土層廣泛分布于整個建筑場地，厚度在12.00～47.70m之間，殘坡積成因，土層總體呈可塑狀，具“上硬下軟”的特性；總體評價為中壓縮性土，且下部土體壓縮性大于表層土；另外，紅黏土內夾較多砂巖、頁巖、泥灰巖碎塊，不同部位土體壓縮性存在一定的差異，綜合評價為不均勻土質地基；

（2）紅黏土下伏基巖為灰巖及泥灰巖，場地內巖溶以溶蝕裂隙及小溶孔等淺表小型巖溶形態為主，無大的巖溶形態發育，根據鉆探揭露，場地內未發現隱伏溶洞；

（3）該場地無滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷等不良地質現象，所經過的逆沖斷層屬非活動斷裂，穩定性較好，場地地下水埋深較大，適宜擬建建筑物的修建。場地周邊無相鄰建筑及市政設施，開展建筑施工不會對周邊環境造成不利影響。

2 高壓旋噴樁復合地基技術特點

該工程采用“長短高壓旋噴樁復合地基”對殘坡積次生紅黏土進行了地基處理，取得了良好的經濟效果，這種地基處理方法在重慶市內的房屋建筑工程中并不多見。項目地基處理的主要技術特點如下所述。

2.1 基礎選型

該場地次生紅黏土地基的基本特點是：紅黏土的狀態呈上硬下軟狀，且內夾塊石，均勻性差。經現場靜載試驗及觸探試驗檢測表明，表層～5.5m 深可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為160kPa、變形模量為12MPa；5.5m 以下可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為140kPa、變形模量為9.6MPa（地基土的均勻性較差，勘察報告樣品試驗結果詳見表1），不能滿足上部結構荷載200kPa 的承載力要求。另外，地基變形計算結果也超過規范限值，直接采用淺基礎不可行。

表1 深層次生紅黏土旋噴前樣品試驗統計結果（地勘報告）

上部結構設計單位最初采用的基礎形式為嵌巖樁[3]基礎。但是，若采用嵌巖樁基礎，由于紅黏土土層厚度較大，且下伏基巖面起伏較大，則采用嵌巖樁樁長較長，最長達50m 左右，經濟性差。若采用摩擦樁，受土層上硬下軟的影響，樁周摩阻力也表現為靠近地表摩阻力大、深部小的特點，將摩擦樁樁端置于軟土上，建筑變形控制難度大，可能出現不均勻沉降。

經方案多方比選，決定采用“長短旋噴樁復合地基”，該旋噴地基處理方案與原設計單位提出的旋挖樁（嵌巖樁）基礎相比較，工期可縮短50%以上，基礎投資費用可節約30%以上，整個基礎投資費用大約節省1200 萬元左右。

2.2 長短高壓旋噴樁復合地基的主要特點

（1）長短樁復合地基的特點為：淺部（長樁+短樁）置換率較高，相應的承載力及變形模量高；深部（長樁部分）置換率較低，相應的承載力及變形模量低，這與上部結構荷載作用下，地基土淺部附加應力大、深部附加應力小的特點相匹配，充分發揮了旋噴樁的承載力，實現了建筑材料的充分利用。

（2）受次生紅黏土“上硬下軟”的影響，上部結構荷載作用下，下臥層土體的變形量較大。該項目中，長樁在提高承載力的同時，更重要的是起到了“減沉樁”的作用。計算表明，下臥層紅黏土的承載力基本能抵抗上覆土層和建筑附加應力的作用，主要是針對變形量大，若沒有長樁的“減沉”貢獻，筏板基礎的整體變形量在230mm 左右，短樁間隔加長為長樁后變形量可控制在170mm左右，能滿足規范要求。

（3）結構基礎寬度為20.9m，長度為43.4m，紅黏土層厚23m，容重18kN/m3，基底壓力為200kPa。高壓旋噴樁樁徑0.8m，正方形布樁間距2.0m，表層紅黏土地基承載力特征值160kPa＜200kPa，壓縮模量12MPa＜15MPa。首先擬采用旋噴樁復合地基處理，旋噴樁長5m，在短樁作用下沉降計算如圖1 所示，沉降量[4]計算值如下：

圖1 沉降計算示意圖

由結果可知，不滿足規范要求。

高壓旋噴樁樁徑0.8m，短樁處理深度為5m，長樁處理深度10m，正方形布樁間距2.0m，長短樁交錯布置，詳見圖2。

圖2 高壓旋噴長短樁布置示意圖

長短樁共同作用下沉降量[3]計算值如下。

由結果可知，滿足規范要求。

（4）根據該項目地勘報告，次生紅黏土廣泛分布于整個建筑場地，為殘坡積成因，土層呈可塑狀，紅黏土內夾較多砂巖、泥灰巖碎塊，不同部位土體的壓縮性存在一定的差異，土體均勻性較差。地基土經旋噴處理后，使得水泥與土、土夾石充分攪拌混合，提高了地基土的均勻性，可有效控制建筑的不均勻沉降，這是一般淺基礎較難實現的。

（5）充分利用墊層的樁土應力調節作用，使樁間土強度得到充分發揮。

2.3 技術成果指標

地基處理完成后開展的復合地基承載力平板試驗（表2）表明，地基承載力特征值≥200kPa，壓縮模量≥15MPa，各項指標均滿足上部結構設計要求，較處理前地基平板試驗檢測值有明顯提高（處理前表層～5.5m 深可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為160kPa，變形模量為12MPa，5.5m 以下可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為140kPa，變形模量為9.6MPa）。

表2 某建筑物旋噴后平板載荷試驗統計結果（檢測結果）

3 項目解決的主要技術難題

（1）提高了地基的承載力。采用復合地基處理方法，有效解決了采用淺基礎承載力不足，而采用樁基礎又存在工期長且工程造價高的問題，提供了一種可供今后設計選擇的新基礎形式，即基礎設計可在復合地基+淺基礎、樁基礎兩者中進行技術性、經濟性比較后綜合確定最合理的基礎形式。不過，復合地基，尤其是旋噴樁復合地基在重慶市以往的房屋工程中并不多見，該技術也并沒有引起廣大工程技術人員的普遍關注。

（2）降低了地基的變形。通過設置長短樁，充分利用材料的強度，確保了復合地基的承載力能滿足設計要求。另外，長樁的主要作用除提高紅黏土上部硬層的強度，同時也提高了下部土性較軟層的剛度，有效解決了工后沉降過大、超過規范限值的問題，起到了“減沉樁”的作用。

（3）改良了土性，提高了地基土均勻性。旋噴樁在形成復合地基的同時，對土性實際上起到了改良作用。通過高壓旋噴對土性進行改良，提高了地基土土性的均勻性，有效避免了建筑基礎出現傾斜及局部沉降過大的問題。

4 結語

本文提出的“長短高壓旋噴樁復合地基”處理技術，既解決了多層建筑地基承載力、變形及穩定性問題，又節約了成本和工期。長期以來，重慶市的地基基礎設計多采用樁基礎，部分項目也采用淺基礎，而復合地基處理方式則應用較少。而類似該項目中的土質地基，采用淺基礎不滿足要求，采用樁基礎則投入成本太高，此時采用復合地基不失為一種較好的手段。紅黏土乃至粘性土地基，在重慶市區周邊南川、武隆、萬盛、黔江、墊江、梁平、永川等地均有不同程度的分布，該項目對這一方法的成功應用，無疑為類似地質條件下的基礎選型提供了一種有益參考。該地基處理方法經濟性好、工期短、無污染，屬于綠色環保設計施工技術，具有良好的推廣應用價值。