旋噴樁加固施工技術在房建工程中的應用研究

石鳳武（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300171）

復合地基指的是將天然地基在處理過程中對其進行補強，而補強后的部分與天然基礎共同構成了一種人工基礎，其特點是在加載時原有基礎和補強體共同承擔加載作用力。由此可見，地基加固效果直接影響基礎承載力，所以必須采用合適的加固施工技術。目前，在鐵路、公路等工程中，已經廣泛采用高壓旋噴樁法對地基進行加固。

本文重點探討了在處于復雜基礎情況下的房建工程中高壓旋噴樁法的應用情況，通過具體的工程案例詳細闡述了該技術的施工流程和加固原理，并根據相關計算規范對加固后的復合地基承載力進行了驗算，并對加固結果進行分析。

1 工程概況

該項目處于凹陷盆地，基于工程勘察數據，各土層的特點如下所述：①素填土：顏色呈淡灰色，質地干燥，土層厚度在0.4m～0.7m 之間；②粉質黏土：顏色呈黃松色，質地干燥，主要由粉質黏土組成，厚度在0.5m～3.6m之間；③卵石：顏色呈雜色，主要以深灰色為主，夾雜著少許黃褐色，質地濕潤且疏松。卵石大部分為亞圓形狀，粒徑最大可達到220mm，通常粒徑范圍在50mm～160mm之間。其中，卵石和漂卵石的含量分別為45%～80%和15%～20%；該土層骨架由漂卵石組成，空隙部分被砂土完全填充，土層厚度在0.6m～1.8m 之間，頂部深度在3.9m～6.6m之間；④中砂：顏色呈黃褐色及深灰色，質地在疏松至稍密之間，主要由石英和長石顆粒組成，夾雜著一些卵石，其厚度在0.8m～1.5m之間。

項目所在區域沒有河流、溝渠等地表水經過。該地區的地下水以孔隙滲透為主，產于第四紀沖洪積砂卵石層。補水方式主要以大氣降水為主，水位高度在495.8m～498.6m之間。

基于本工程實際情況，高壓旋噴樁法的技術方法在本工程主要是以三重管為主，施工示意圖如圖1所示[1]。

圖1 三重管法施工示意圖

2 高壓旋噴樁加固原理

采用高壓旋噴樁法對地基進行加固處理，其原理是通過泥漿對地基進行沖擊破壞，使泥漿與土粒混合而實現水泥硬化，具體加固原理如下：

（1）泥漿沖擊對土體造成損傷。利用高壓水體對基礎中的泥土進行切割，在超過其承受能力的情況下，土體將破碎，然后將泥漿充滿鉆孔后，泥漿會溢出滲入土體中的縫隙；其強化區域為泥漿注入段及泥漿滲入段。

（2）泥漿與土粒混合。在鉆頭和泥漿沖孔的共同作用下，土體會被沖擊成很多小土粒，一些小顆粒被射入的漿液取代，并被液流帶至地面，另一部分則與漿液混合在一起；在離心率、旋噴動壓力和重力等因素的綜合影響下，剖面上的土顆粒按照一定的質量和尺寸有序地分布，構成泥漿主體的圓柱狀結構。

（3）水泥硬化。將水泥與土粒進行充分拌和的過程中，其會產生一系列的硬化反應，從而形成一種高硬度的攪拌樁；而強度高、滲透小的圓柱體是由漿液主體攪拌混合、壓縮和滲透并經過長時間固化形成的[2]。

3 高壓旋噴樁加固計算

按照相關規范和標準規定，因該工程地下存在中砂層，在使用高壓旋噴樁對其進行地基處理時，按照基底標高的差異劃分成2個加固區域，分別為加固1區及加固2區，基礎處理面積總計140m2。其中，加固2區由于其底部的土體厚度小，再加上施工條件的特殊性，使得該區域施工較為困難。

3.1 計算樁長及樁徑

根據設計要求，需將旋噴樁埋設于中砂地層的底部，并將中密卵石地層用作樁端持力層，當樁身承受荷載時，其主要處于應力集中狀態，由此降低對軟黏土的壓力。根據現場地質情況，旋噴樁需加固至持力層700mm 位置處。由于本工程需加固面積較小，僅涉及一個勘探孔，以該鉆井數據和現場狀況為依據，加固1區平均處理深度為3.5m，加固2 區平均處理深度為2.0m。通過對現有成樁設備的分析，旋噴樁直徑選擇為550mm。

3.2 計算樁距

（1）計算地基承載力特征值fak

依據勘察報告所示的有關承載力參數，中砂層承載力特征值確定為fak=150kPa。

（2）計算單樁豎向承載力特征值Ra

基于相關地基處理規范中給出的計算方法，可以確定單樁豎向承載力特征值Ra，見式（1）和式（2），并取二者計算結果中的較小值[3]：

式中η為強度折減系數，取0.33；fcu為樁身試塊的立方體抗壓強度平均值，取9000kPa；Ap為樁的截面積。

根據式（1）可以計算得到特征值Ra=ηfcuAp=705.26kN。

式中μp表示樁長；n表示樁身長度區間內劃分的土壤層數；qsi表示樁身周圍第i層土體的抗側向力特征值，在本區域以往施工經驗中，中砂、中密卵石及密實卵石分別取值為35kPa、75kPa及80kPa；qp表示為樁身周圍第i層土體的樁端承載力特征值，按照中密卵石取值為1500kPa；li表示第i層土體的厚度，基于勘察報告可知，中砂層、中密卵石層及密實卵石層厚度分別為2.0m、0.4m及0.7m。

基于上述公式，對單樁豎向承載力計算可知：加固1區特征值Ra取較小值為Ra= 625.60kN；加固2區特征值Ra取較小值為Ra= 501.258kN（基礎底部標高低于1區基礎高度2.1m）。

（3）計算面積置換率

基于地基處理相關技術規范可得面積置換率m的計算公式為：

式中fspk表示復合地基承載力特征值，規范要求需達到530kPa；fsk表示加固處理之后樁間土體承載力特征值，其取值為150kPa；β表示樁間承載力折減系數，取值為0.4。

基于式（3）計算可知，加固1 區的面積置換率為0.183，加固2 區的面積置換率為0.229。根據面積置換率可以得到加固1 區和加固2 區等效影響直徑de分別為1.285m和1.149m。

（4）確定樁距

①按照三角形狀布置樁時，取de=1.05s，可知加固1區和加固2區樁距s分別為1.223m和1.09m。

②按照正方形樁布置樁時，取de=1.13s，可知加固1區和加固2區樁距s分別為1.137m和1.07m。

3.3 樁布置方案

旋噴樁加固區域處于中砂分區，根據規范相關要求，在保證加固區域樁面積置換率不小于設計值的條件下，將樁位平均分布到基礎之下。該工程采用正方形狀進行布樁，加固1 區樁間距為1.137m，加固2 區樁間距為1.07m。樁頂部插入中密卵石層1 倍樁徑之上，確定為0.7m，加固1 區和加固2 區的樁長分別不低于3.0m和1.5m[4]。

兩個加固區域的樁都采用正方形狀進行布置，共計124根，加固1區和加固2區的平均樁長分別為3.0m和1.5m，預期總加固深度達333m。

3.4 承載力驗算

4 高壓旋噴樁施工技術

4.1 施工準備

高壓旋噴樁施工技術準備工作與最后地基加固效果有著直接關系，同時也與對應的高壓旋噴樁施工作業流暢性有著緊密聯系。所以，必須嚴格控制前期準備工作的相關要求。例如：施工現場平整作業時，要求作業人員將施工現場內的一切雜物和地下2m 范圍內的各種障礙物全部清除，確保相應場所具有理想的施工效果，為后續具體操作奠定良好的基礎。

4.2 材料配置

有效開展旋噴樁施工技術，需要將相應施工材料配置工作做好，保證其合理性和可靠性，特別是在施工材料的水灰比、力學試驗以及有關噴漿量等方面，均需嚴格檢查，并開展試驗分析，這樣才可以保證后續施工得到有效實施，防止由于含水量不合理或是本身力學強度不足，進而導致整體施工效率受到影響。在材料配置過程中，還要注意對各種外加劑的選取與控制，并與特定施工現場要求與施工特點相聯系，以保證外加劑可以發揮出最大使用效果。

4.3 試樁操作

試樁操作是旋噴樁在施工前的一項重要工作，選定試驗點打設樁基，并對其試樁結果進行分析，從而不斷地根據其實際效果進行實時調整，以確定其對應的噴漿量和操作工藝參數，從而切實保證高壓旋噴樁施工可以發揮出更有效的實際作用。

4.4 鉆井就位

在實際施工中，為了有效實施高壓旋噴樁施工技術，需要對其對應的鉆機就位進行有效控制，并與對應的放線結果相聯系，進行有效修正，使得其具有比較理想的精度，以免在各個步驟中產生比較明顯的偏差。為有效保證對應鉆機的就位效果，還必須對其固定效果進行適當控制，以防止后期產生顯著偏差，減少可能存在的施工操作誤差，提高施工質量。

4.5 鉆孔作業

為了有效提高旋噴樁施工效果，鉆孔作業無疑是其最重要的一環。鉆孔作業的操作方法很多，而本文使用的三管旋噴法在施工作業中可以發揮出良好的實效性，可以提高整個過程的流暢度，而且可以保證在鉆孔作業完成后呈現出良好的使用效果。在鉆孔作業完成后，對應的插管也要順暢，特別要注意避免可能發生的管道堵塞問題，為后續旋噴注漿作業做好準備。

4.6 旋噴注漿

在旋噴注漿施工過程中，設備的選擇是關鍵環節。旋噴注漿作業應該選擇比較適合的設備，保證其壓力比較精確，并使用前期試樁時記錄的理想狀態下標準化參數，從而防止在實施中出現過多對施工質量造成影響的因素。在實際施工過程中，注意控制好泥漿使用量和旋轉速率，保證其速率與噴射要求相符，防止在噴射時發生停頓或速率過高等問題，噴射注漿示意如圖2所示[5]。

圖2 噴射注漿示意圖

4.7 沖洗和補漿

施工完成后的沖洗作業應將注漿管進行全面清洗，防止其發生堵塞，對后續應用造成更大困難。另外，對于注漿結束后可能產生的收縮應采取相應措施，及時進行補漿作業，以保證注漿的總體效果，提高整個工程的質量。

4.8 具體施工注意事項

（1）噴射孔到高壓灌漿泵之間的間距應控制在50m以內，鉆孔位置與設計位置的誤差應控制在50mm 以內。鉆孔作業時，對于每一個孔洞的位置、深度和孔洞下方障礙物、水流、滲水及與地質勘查報告不一致的情況，都必須有詳細的記錄[6]。

（2）在監理工程師現場監督下，對注漿流量、注漿壓力和噴嘴提升等參數進行校準。

（3）在施工過程中，加固區附近不可進行抽水作業，若地下土層為砂土或是粉質黏土時，必須在旋噴樁施工作業完成3d 后才可進行抽水，有相關抽水作業需求的，可以在注漿施工中采用快速固化或早強型材料。

（4）泥漿攪拌體系必須配備可靠的測量設備。水泥漿液最好在噴射之前1個多小時進行拌合，施工過程中的出漿率要控制在10%～25%之間。

（5）施工中需注意文明施工，應事先制定方案，過程中產生的廢棄泥漿應及時排出現場，以維持現場施工環境。

（6）對測量位置、泥漿比例、噴注壓力、注漿流量、噴嘴抬升速度、注樁深度、二次旋噴等施工過程進行詳細的紀錄。

（7）樁之間搭接施工間隔不得超過24h，如果施工間隔過久，必須及時報告監理，經其確認后，在施工質量無法確保的情況下，可采用部分補樁法或灌漿法。

（8）在旋噴注漿施工中，如發現任何不正常現象，應立即與監理工程師聯系，找出問題的根源，并采取相應的對策，重新旋噴高度不能低于500mm。

5 結語

綜上所述，在建設施工中遇到復合地基時，采用高壓旋噴樁法對地基進行處理是一種較為行之有效的方法。該項技術的應用要對每一個基本環節進行有效的整體控制，保證相關施工技術可以更加順暢、有效，從而達到對已有基礎加固的目的，提升類似房建工程的使用性能和安全性。