高壓旋噴樁復合地基承載力研究

蔣 浩

（中鐵十七局集團第一工程有限公司，山西 太原）

1 惠清項目橋梁樁工程實例

1.1 工程施工建設狀況

開展研究前，對惠清項目橋梁樁工程的建設狀況進行分析。本次研究的項目標段位于清遠市清城區東城街道辦境內，項目基本情況如表1 所示。

表1 惠清項目橋梁樁基礎工程基本情況

根據現場調研實踐發現，此施工段位于巖溶發育地區，區域內的巖溶發育呈現弱～中等，局部發育十分強烈，對樁基礎的施工影響較大。通過前期勘察和現場施工建設發現，其中有4 座大橋（江埗1#大橋、江埗2#大橋、朝陽大橋、文洞河特大橋），1 座中橋（白樓中橋）位于巖溶區，發育程度均為中等發育～強發育[1]。

在施工過程當中，文洞河特大橋左幅10-1 在鉆進至40 m 處突遇溶洞，樁內漿面突降9 m，回填片石黏土后在鉆進至40.6 m 處，樁內漿面突降15 m，回填片石黏土后，鉆進至43.8 m 處，樁內漿面突降10 m；右幅11-1 在鉆進至43 m 處突遇溶洞，樁內漿面突降8 m 回填片石黏土后在鉆進至44 m 處，樁內漿面突降2 m，回填片石黏土后，鉆進至46 m 處，樁內漿面突降8 m；右幅18-1 在鉆進至38.2 m 處突遇溶洞，樁內漿面突降13 m。

1.2 高壓旋噴樁復合地基施工處理技術方案形成

在針對當前橋梁工程溶洞樁基等不良地質勘察分析基礎上，技術人員為了防止鉆進過程中因突遇溶洞出現漏漿導致塌孔的情況，一般采用加長孔口護筒，片石黏土回填的處理措施。但是，因惠清項目橋梁樁基大部分處于巖溶中等或強發育區，且地質情況復雜、難以預見，地質勘查資料并不能完全反映出樁位地質真實情況，導致施工過程當中多次出現突遇溶洞現象，且溶洞填堵不住，同一樁基出現多次漏漿現象[2]。因此，除常規溶洞處理方法外，可以考慮其他預防措施。

高壓旋噴復合樁是在橋梁樁位的兩側采用高壓對溶洞雙液壓漿，以此能夠增強溶洞內部填充物的密度，促使填充物凝結在一起，提升強度和硬度[3]。而樁基施工中，可以通過使用雙層鋼護套筒成孔施工方式，針對土層松散的部分，再次通過設置密度較高的壓力旋噴樁，有效截斷溶洞地下水滲漏的現象。以上溶洞不良地質施工處理技術應用，可以促使橋梁樁基礎與周圍有效連接在一起，提升樁基礎的粘結性和抗壓強度，并且旋噴樁施工方式，有助于保護樁基礎兩側存在的建筑物，避免地面出現沉降的現象[4]。

整體上而言，由于溶洞地理地質條件的特殊性，在實際施工建設過程中，工作人員需要強化前期鉆探分析，在前期勘察工作完成基礎上，詳細了解溶洞實際規模、跨樁位建設處溶洞存在的深度、填充物狀況、溶洞發育狀況等方面基礎資料，以此保證整個橋梁樁基礎溶洞不良地質施工工作能夠安全進行，保證工程施工質量。

1.3 建立高壓旋噴樁復合地基承載力計算模型

橋梁樁基礎溶洞施工作為當前貫穿橋梁完整性建設的重要組成部分，在實際進行施工建設的過程中，為了在保證溶洞建設穩定性基礎上，提升整體的建設水平，需要工程施工人員對當前橋梁樁基礎溶洞中的不良地質進行分析，以此提出相對應的施工技術、全面提升施工水平，保證橋梁樁基礎施工穩定性、可靠性[5]。為確保相關工作在實施中可以發揮預期效果，在明確工程項目施工技術方案的基礎上，引進ABAQUS 軟件，進行復合地基結構的受力分析。在此過程中，使用ABAQUS 軟件中的有限元建模工具，在明確加載板表面、土體表面為自由邊界的基礎上，對樁基礎施工作業的四周進行水平方向約束，構建如圖1 所示的高壓旋噴樁復合地基承載力計算模型。

圖1 高壓旋噴樁復合地基承載力計算模型

計算模型中，設定土層的底部結構為固定邊界，參照Mohr-Coulomb，進行土體結構塑性模型的構建。在此基礎上，引進線性彈性模型，用其生成樁體結構模型。通過對分布模型的集成，實現對高壓旋噴樁復合地基承載力計算模型的構建。

2 高壓旋噴樁形成

圖2 為高壓旋噴樁橫斷面基本結構示意。

圖2 高壓旋噴樁橫斷面基本結構示意

灌漿方式的不同會使得最終高壓旋噴樁的結構存在較大差異，三種不同形狀的固結體的示意性表示于圖3。

圖3 三種不同形式高壓旋噴注漿

固結體的強度與土體性質、灌漿方式、灌漿材料、年齡等有很大的關系。一般情況下，砂性土層中的固結體強度高于粘性土層，而采用雙管三重管方式，因其對淤泥質土層的剪力和攪動效果更好，固結體的強度也高于單管方式，且注漿材料的性能更好，固結體的強度也更高。

3 高壓旋噴樁施工與加固

高壓噴樁施工技術作為橋梁基礎溶洞不良地質施工處理主要的應用技術，在實際高壓噴樁施工技術應用的過程中，技術人員要通過前期地質勘察報告，分析明確噴樁的樁徑和樁中心距。就此工程而言，將噴樁樁徑設置為60 cm，而樁中心距設置為0.5 m 即可，且每根樁的長度為15 m。而對于跨越溶洞處噴樁的設置，優先選擇順延橋位縱向兩側布置，以此形成連續墻形式，將全部長度控制在130 m 范圍內。

首先，技術人員需要根據樁位設計標準和需求，確定鉆孔孔位，嚴格控制鉆孔孔位的偏差，而每次鉆進的入射角度偏差必須低于1°，在前期標定位置之后，使用鉆機進行一次性的鉆孔，保證鉆進過程中鉆桿始終垂直，避免出現傾斜的現象。其次，鉆進程控過程中，技術人員需要掌握鉆進速度，以此在鉆進過程中有充足時間考慮對鉆進過程的影響因素，確定不同樁位溶洞鉆進地質狀況。在鉆進過程中，如果出現大量滲水和漏水的現象，必須立即停止鉆進。然后，在鉆進過程中，工作人員需要合理掌握鉆桿提升高度，保證全過程鉆桿提升的均勻性，按照鉆進過程中漿液參數變化確定鉆桿提升速度和高度。

在以上工作完成后，則需要噴樁工作，前期做好噴漿漿液配比工作。嚴格計算、科學試驗，確定各種配料配方比，注漿過程中，控制注漿壓力。一旦出現注漿溢出問題，立即停止注漿，明確溢漿原因，采取處理措施，再次進行注漿。在基礎注漿工作完成后，技術人員需要進行噴樁墻的加固，這就需要針對鉆孔灌注口不出現返漿的現象進行處理，通過多方面停噴、靜噴、加大漿液濃度的方式，促使空口返漿。在噴樁過程中，技術人員尤其注重噴樁工作進行的連續性。圖4 為高壓旋噴樁施工示意。

圖4 高壓旋噴樁施工示意

在高壓旋噴樁加固時，考慮地基土體的固結問題，其通常與排水性能相關。這一點可以通過固結系數的計算式反映出來為：

式中：Cv代表地基土體的固結系數；k 代表地基土體的滲透系數；e0代表常量；rw代表固結時間；α 代表壓縮系數。由于樁體的加筋作用，高壓旋噴樁可以在極大程度上提升地基土體的抗剪強度，促進土體抗剪抗滑能力的提升。

4 復合地基承載力計算

為實現對高壓旋噴樁應用下復合地基承載力的進一步分析，通過現場復合地基載荷試驗確定承載力特征值。對于散體材料，其增強體復合地基可按照下述公式計算得出承載力特征值：

式中：fspk代表復合地基的承載力特征值；m 代表復合地基置換率；n 代表樁土應力比；fsk代表樁間土承載力特征值。

對于粘結強度增加的復合地基應按照下述公式計算承載力特征值：

式中：λ 代表單樁的承載力發揮系數；Ra代表單樁垂直方向上的承載力特征值；Ap代表高壓旋噴樁橫截面面積；β 代表樁間土承載力發揮系數。

對于復合地基的承載力極限值可通過下述公式計算得出：

式中：pcf代表復合地基承載力極限值；k1和k2代表修正系數；λ1和λ2分別代表樁體和樁間土強度發揮度；ppf代表單樁極限承載力；psf代表天然地基極限承載力。

根據上述公式計算得出復合地基承載力的極限值，根據具體數值對地基承載力進行分析。樁的成孔質量，特別是上端樁的成孔質量，直接關系到復合地基的承載力。在加載過程中，距離樁頂越40 cm 的位置上樁身軸力達到最大值，此后沿樁長方向逐漸減小，樁底樁身軸力最小。由此可知，樁體在受荷載作用時，其大部分荷載由上部樁體承擔。在施工中要重點關注上部樁身施工質量，保證樁體的承擔荷載能力。

結束語

橋梁樁基礎溶洞不良地質施工技術應用中，技術人員需要強化前期勘察地質狀況分析，明確橋梁跨越樁位所在地區溶洞深度和溶洞存在數量基礎上，通過設計合理的施工方案，明確施工中復合地基的承載力特性，以此為依據，有效提升灌注樁成孔孔洞施工效果，同時，要在施工中做好漿液的配置和灌漿，從而有效處理滲漏水的現象。并且在不良地質各項施工技術應用中，強化對溶洞周圍建筑物的監測，保證建筑物穩定性，施工技術不會對溶洞周圍建筑物產生不良影響，以此有序進行施工技術應用，提升溶洞不良地質施工建設效果，建設穩定性的樁基礎。為保證樁基礎可以在主體結構建造中發揮預期效果，選擇高壓旋噴樁復合地基作為主體結構建造的關鍵，對復合地基的承載力展開了研究。以此種方式，為橋梁的牢固性和安全施工發揮基礎作用。