復雜地質樁基施工穩定性分析與加固策略研究

摘 要：為提高復雜地質條件下樁基施工穩定性，保證工程整體施工質量，本研究以實際工程為例，對其進行相關研究。分析工程的實際地質情況以及該工程設計的樁基施工方案，計算在復雜條件下樁基施工的嵌固穩定安全系數。根據該計算結果判斷樁基的穩定性，針對穩定性分析結果，采用復合式后壓漿技術進行灌注樁加固。對加固結果進行分析后得出結論，加固后樁基的嵌固穩定安全系數值均在規范標準值以上，其中，最大值為1.54，滿足工程標準，可以保證樁基的穩定性。

關鍵詞：復雜地質條件；樁基施工；穩定性分析；加固措施

中圖分類號：TU 47" " " " " " " " " 文獻標志碼：A

在土木工程中，樁基作為關鍵的承重結構，其穩定性直接影響整個工程的安全性和耐久性。復雜地質條件下樁基施工的穩定性至關重要[1]。復雜地質條件往往表現為土體的非均質性、地下水流動、軟硬相間的土層分布以及斷裂帶等。這些因素不僅會增加樁基施工的難度，還可能導致樁基承載能力不足、沉降不均、傾斜甚至破壞等嚴重后果[2]，會給樁基施工帶來很多挑戰。因此，針對復雜地質條件下樁基施工穩定性不足的問題，工程界和學術界已經探索出多種加固措施。這些措施包括但不限于增加樁的數量和直徑、延長樁的長度、使用高性能的加固材料（例如碳纖維復合材料樁、高性能混凝土樁以及壓降處理等）、采用預應力技術等。這些加固措施能夠有效提高樁基的承載能力和穩定性，從而保障整個工程的安全性[3]。

為掌握復雜地質條件下樁基的應用效果，本研究基于實際工程進行相關分析，結合工程的樁基設計方案對其穩定性進行分析，并根據分析結果確定樁基加固方案，進行樁基加固處理，以此提高樁基的穩定性，從而保證工程的整體穩定性、耐久性性。

1 復雜地質條件下樁基施工穩定性分析及加固措施

1.1 工程概況

1.1.1 地質環境

本文以某地區高層建筑項目的地基基礎施工為例。在該項目中，上部結構采用了預應力混凝土框架設計，地基基礎施工是工程建設的重中之重。將建筑底部的基礎寬度設計為12.5m，下部結構以樁基工程為核心。其中，建筑的基礎支撐主要由柱下獨立基礎和墻下條形基礎構成。建筑的全部支撐結構（除特定區域外）均采用鉆孔灌注樁作為地基基礎，從而保證工程的整體穩定性。

研究需要對施工環境和地質情況進行勘察，施工區域主要被山區河流所環繞，地下水資源豐富，具體表現為上層滯水和巖溶裂隙水的雙重存在，這也為樁基施工帶來挑戰。在地層結構方面，項目區域自上而下依次為人工堆積層雜填土、圓礫土、軟塑紅黏土夾碎石層以及深層的永寧鎮組泥質石灰巖。值得注意的是，圓礫土與軟塑紅黏土夾碎石層的厚度異常顯著，達到11～24m，這些土層的物理力學性質相對較差，對樁基施工的穩定性和承載力構成較大威脅。此外，地層內部斜巖分布廣泛，且溶洞發育頻繁，呈現不規律分布，溶洞綠接近22%，溶洞內填充物多維紅黏土碎塊，這些地質構造不僅會增加施工的難度，還會導致樁基施工過程中遇到突發性的坍塌或漏漿問題[4]。更為復雜的是，部分樁基區域存在單樁需要穿越多個溶洞的情況，這對樁基設計、施工及質量控制都提出了極高的要求。

1.1.2 樁基礎結構

基于復雜地質條件，該工程設計的樁基直徑為2.5m，這個尺寸是為了滿足承載力和穩定性要求，同時考慮施工設備限制，平均高度為31.2m，主要原因是地質復雜土質較差，需要更深的嵌固來保證穩定性。為了利用巖石的高強度和低壓縮性來支撐上部結構，樁基以中風化巖為樁端持力層。中風化巖具有較高的抗壓強度和較低的沉降風險，是理想的樁端持力層材料。樁基嵌入示意圖如圖1所示。

1.2 樁基施工穩定性分析

設計樁基礎結構后，需要對其穩定性進行相關分析，以此判斷該結構是否滿足工程的施工標準，因此要對樁基嵌固穩定性進行計算。

該工程樁基采用鉆孔灌注樁進行施工，其屬于單層支撐支擋結構，灌注樁的嵌固穩定性直接影響其臨界載荷，進而影響樁基的整體穩定性[5]，因此要對灌注樁的嵌固穩定性進行計算。如果用Ko表示灌注樁嵌固穩定安全系數，那么計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：E1和E2分別為灌注樁施工時，主動土壓力和被動土壓力的標準值；Z1和Z2為主動土壓力和被動土壓力作用點和支點之間的距離。

結合該公式對樁基穩定性進行分析，隨機獲取10根灌注樁施工后的嵌固穩定安全系數結果，將該結果與規范標準進行對比，分析結果見表1。

從表1的分析結果可以看出，部分灌注樁在施工后的嵌固穩定安全系數Ko結果存在不滿足規范標準的情況，嵌固穩定安全系數值小于規范標準的1.25。特別是樁位4的測試結果僅為1.05，明顯小于規范標準。這說明樁基的嵌固穩定性不足，需要進行加固處理，提高其穩定性。

綜上所述，該樁基工程中存在嵌固穩定性不足的問題，必須采取相應的加固措施，保證樁基的整體穩定性，滿足工程的施工標準。

1.3 樁基加固措施

1.3.1 復合式后壓漿原理

結合上述小結中樁基穩定性的分析結果，需要對樁基進行加固處理，提高樁基的穩定性，本文結合工程地質條件的復雜程度，選擇復合式后壓漿技術進行樁基加固。復合式后壓漿技術是一種結合靜壓注漿和高壓旋噴注漿的新型注漿技術，在灌注樁施工過程中或施工完成后，對樁身或樁底進行注漿加固[6]，提高樁基的承載力和穩定性。這種技術特別適用于復雜地質條件下的樁基加固，例如砂卵石層、黏土、粉土、粉細砂層、淤泥層以及巖溶地層等。該技術利用高壓噴射注漿和靜壓注漿的雙重作用，不僅能在樁身或樁底形成致密的注漿體，還能通過充填、滲透、劈裂等多種方式對周圍土體進行加固，顯著提高樁基的承載力和穩定性。注漿體能夠與樁身緊密結合，形成連續的圓柱狀旋噴樁體，頂部無收縮，與樁砼結合緊密，能直接承受上部荷載，承載力較高。復合式后壓漿原理示意圖如圖2所示。

復合式后壓漿技術在進行灌注樁加固過程中，會發生以下作用。

滲透固結作用：滲透固結作用是一個關鍵的過程，它對提高樁基的承載力和穩定性具有重要意義，這種作用是通過注漿過程實現的，即利用漿液在壓力作用下滲入樁側土或樁底土中，與土體發生固結作用，能夠增強土體強度、增加樁側摩擦力以及改善持力層受力狀態等。

膠結泥皮作用：復合式后壓漿技術進行灌注樁加固時，膠結泥皮作用是一個重要的加固機制，泥皮主要由泥漿中的細顆粒和水分組成，通過化學反應或物理結合，漿液中的水泥顆粒與泥皮中的顆粒形成新的化合物或結構，從而提高泥皮的強度，顯著減少樁側與土體之間的摩阻力，影響樁基的承載力。

充填擠密作用：在注漿過程中，漿液在壓力作用下對周圍土體產生擠壓作用。這種擠壓作用使土體顆粒重新排列，更加緊密，降低土體的孔隙率和壓縮性，有助于提高土體的承載能力和穩定性，減少樁基在使用過程中的沉降量擠密作用，還能改善樁端持力層的條件。在注漿過程中，漿液滲透到持力層中，對持力層進行加固和擠密，提高持力層的承載能力和穩定性，有利于提高樁基整體承載力。

綜上所述，復合式后壓漿技術能夠完成灌注樁加固，提高持力層的受力，保證樁基的穩定性，該技術的施工流程如圖3所示。

復合式后壓漿技術的灌注樁加固施工流程的具體說明如下。

場地準備：場地準備是施工前的必要步驟，包括清理施工區域、平整場地、設置施工圍擋和標識等。清理施工區域時，應移除所有障礙物，保證施工設備和人員能夠順利進入。平整場地則有助于施工設備的穩定作業，同時減少施工過程中的安全風險。

成孔：成孔是灌注樁施工的核心步驟之一，通過鉆孔設備在預定位置形成樁孔。在成孔過程中，需要嚴格控制孔徑、孔深和垂直度等參數，保證樁的承載力滿足設計要求。在鉆孔完成后，應檢查孔壁是否完整、無坍塌現象，保證后續施工的質量。

確定注漿管位置與注漿管固定：注漿管是后壓漿技術的關鍵設備，可以將水泥漿注入樁孔中。在成孔后，應根據設計要求確定注漿管的位置，并將其固定在孔壁上。注漿管的固定應牢固可靠，避免在后續施工過程中發生位移或脫落。

鋼筋籠安裝：鋼筋籠是灌注樁的重要組成部分，用于提高樁的抗拉和抗壓性能。鋼筋籠應根據設計要求進行制作和安裝，保證鋼筋的規格、數量和位置符合設計要求。在安裝過程中，應注意鋼筋籠的保護層厚度和垂直度，保證其受力性能。

成樁：將混凝土注入樁孔中，形成完整的灌注樁。在注漿管固定和鋼筋籠安裝完成后，即可開始混凝土灌注。在灌注過程中，應嚴格控制混凝土的塌落度和澆筑速度，保證樁的質量和強度。

連接注漿管與壓水試驗：在成樁后，需要將注漿管與注漿設備連接起來，為后續的注漿操作做好準備。在連接完成后，應進行壓水試驗，檢查注漿管的密封性和通暢性。壓水試驗是注漿前的重要步驟，有助于發現并解決潛在的問題，保證注漿成功。

水泥漿制備與注漿：水泥漿是后壓漿技術的主要注漿材料，其性能直接影響注漿效果。應根據設計要求進行制備水泥漿，包括確定水泥的品種、摻合料的種類和比例、水灰比等參數。在注漿過程中，應嚴格控制注漿壓力和注漿量，保證注漿效果滿足設計要求。在注漿完成后，應檢查注漿管的注漿情況，保證注漿均勻、無遺漏。

設備拆除：在注漿完成后，需要拆除注漿設備和施工圍擋等臨時設施。在拆除過程中，應注意保護現場環境，避免造成污染或損壞。

在施工結束后，應進行質量驗收和資料整理工作，為后續的工程驗收和結算做好準備。

1.3.2 壓降參數計算

在地基基礎施工中，采用復合式后壓漿技術對灌注樁進行加固時，為了達到更優的加固效果，必須精確計算注漿量和注漿壓力等關鍵參數。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JG 3363—2019）的規定，若用Q0表示注漿量，則其計算過程如公式（2）所示。

Q0=∑αsd+αed （2）

式中：d為樁身的直徑；αs和αe為地層填充率和地層空隙率。

采用開式壓漿方式完成注漿，壓漿終止時的壓力計算如公式（3）所示。

F=pw+ξr∑γili （3）

式中：ξr為壓漿阻力經驗系數；γi為水泥漿液的重度；li為壓漿處埋置深度；pw為靜水壓力。

綜合上述參數完成復合式后壓漿施工，完成樁基加固處理。

2 加固結果分析

在完成樁基加固后，對其加固效果進行分析，該分析將加固后灌注樁嵌固穩定安全系數Ko作為標準，隨機對10根灌注樁進行測試，對其加固前后的Ko進行計算，測試結果見表2。

根據表2的分析結果可知，通過復合式后壓漿技術進行樁基加固處理后，嵌固穩定安全系數Ko值明顯增加，均在規范標準值以上，其中最大值為1.54。注漿漿液在高壓作用下，能夠擠密樁端土體，改善其物理力學性能，并且注漿使樁身混凝土與樁側周圍土體間的間隙趨向無限小，即提高了二者之間的黏結力，也提高了樁身下段樁側的摩阻力，因此采用該技術進行加固處理后，可以顯著提高灌注樁的嵌固穩定安全系數。

3 結論

為保證復雜地質條件下樁基的穩定性，提高工程整體的穩定性，本研究結合實際工程進行相關分析，通過計算穩定性，確定樁基的加固方案，再對加固方案的應用效果進行分析，確定其能夠滿足復雜地質條件下樁基的穩定性需求，本研究可以為同類工程提供參考根據。

參考文獻

[1]楊磊，朱富麗，張浩.地鐵隧道側穿橋梁樁基工程注漿加固控制及監測管理研究[J].城市軌道交通研究，2022，25（10）：165-170.

[2]高鈺，王金昌.不均勻地層中剛性樁復合地基變形及加固措施分析[J].科技通報，2024，40（1）：71-78，105.

[3]韓帥，李偉超，苗春林.復雜地質下超大鉆孔灌注樁施工關鍵技術的應用分析[J].城市建設理論研究（電子版），2023，（23）：113-115.

[4]李海洋.復雜地質條件下樁基施工技術與質量控制研究[J].工程技術研究，2022，7（3）：99-101.

[5]馬江偉，高威.灰巖地區復雜地質條件對樁基施工的影響及應對措施[J].工程建設與設計，2023（12）：212-214.

[6]王祥山.沿海地區復雜地質條件下高鐵橋梁樁基礎施工技術研究—以新建廣州至湛江高速鐵路工程為例[J].工程技術研究，2022，7（7）：69-71.