高壓旋噴樁在高層建筑地基處理中的應用

鄭創(chuàng)新，龍素群

(1．四川準達巖土工程有限責任公司，四川成都610072;2．中國工程物理研究院核物理與化學研究所，四川綿陽621900)

高壓旋噴樁是近十年發(fā)展起來的一項土體加固新技術，它是利用工程鉆機，將噴射注漿管置于預計的地基加固處理深度，在鉆桿旋轉徐徐上升時，將預先配置好水泥、水玻璃等材料作為主固化劑漿液，用一定壓力從噴嘴中噴射液流，沖擊土體，把土和漿液強制拌和，隨后凝聚固結，形成具有一定強度混合樁體。并通過褥墊層的設置發(fā)揮樁間土的承載力，共同作用形成具有一定強度的人工復合地基，從而提高整體地基承載力和抗變形能力。

1 工程概況

1.1 建筑概況

已建“匯融·國際”工程項目，位于成都市錦江區(qū)琉璃立交西南，緊臨南三環(huán)路三段，整個地塊呈不規(guī)則平行四邊形。擬建場地主要建筑物由3幢29～32層工業(yè)科研樓及若干附屬建筑、地下一層車庫等組成?？偨ㄔO凈用地面積為21 379.18 m2，規(guī)劃總建筑面積139 705.7 m2。

1.2 工程地質條件

本工程場地處于四川盆地中部地帶，從區(qū)域地質資料看，場區(qū)位于揚子準臺地的二級大地構造單元——四川臺拗成都凹陷盆地內。擬建建筑物微地貌位于成都平原地區(qū)東南側，相當于岷江水系Ⅱ級階地，地下水位埋深2.90～4.30 m，基坑施工已進行降水設計。場地表層為新近堆積土，由雜填土與素填土層組成;中部為第四系上更新統(tǒng)沖、洪積層，由粉質粘土、粉土、粉細砂層及下伏卵石層組成;下部為白堊系灌口組棕紅色泥巖?；娱_挖后，基底主要地層就由粉土、粉細砂層、卵石層及泥巖組成。其基坑基底地層從上到下依次物理力學條件如表1所示。

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2 高壓旋噴樁地基設計

2.1 總體設計

建筑設計對高層建筑主樓采用筏板基礎，附屬建筑及地下室均采用獨立柱加抗浮板基礎形式。因設計基礎下的粉土、粉細砂層及松散卵石土天然承載力不能滿足高層建筑設計地基承載力要求。設計要求將基礎下土層采用人工地基處理方法，并要求處理后的復合地基承載力特征值fspk≥500 kPa，壓縮模量ES≥30 MPa。根據設計地基要求，針對基底地基土為粉土、粉細砂、松散卵石及稍密～密實卵石土等特點，決定采用用高壓旋噴樁復合地基加固處理。處理后樁頂與基礎之間鋪設300 mm厚碎石褥墊層，碎石最大粒徑不宜大于30 mm，夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值不大于0.9。施工完成后按規(guī)范要求進行復合地基檢測。

2.2 高壓旋噴樁設計

2.2.1確定樁長

根據建筑物巖土工程勘察資料可以得知，地下室筏板基礎底板范圍內分布有粉土、砂及松散卵石夾層需要處理，旋噴樁樁長應自基礎底面起算至持力層(稍密～密實卵石)來確定最小樁長，且設計樁長應包括0.3 m的保護樁長以及0.5 m的嵌入深度。

2.2.2確定樁徑

根據所采用的XL－50型履帶式旋噴鉆機等主要設備的施工經驗，本次旋噴樁樁徑(d)確定為600 mm。

2.2.3確定樁間距、面積置換率

(1)依據《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79－2002)第9.2.5條與第12.2.3公式，即

式中:fspk為復合地基承載力特征值;fsk為處理后樁間土承載力特征值(本方案設計取140 kPa);fcu為與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊(邊長為70.7 mm)在標準養(yǎng)護條件下28 d齡期的立方體抗壓強度平均值，取15 000 kPa;m為面積置換率;Ra為單樁承載力標準值(kN);Ap為樁的平均截面積(m2)，取0.283 m2(樁體直徑為600 mm);β為樁間土承載力折減系數，取0.40;up為樁的周長(m);n為樁長范圍內所劃分的土層數;qp為樁端地基土未經修正的樁端天然地基承載力特征值(kPa)，稍密卵石取極限端承力的一半，即取1 250 kPa;qsi為樁側第i層土的極限側阻力標準值，粉土取25 kPa、粉細砂取30 kPa、松散卵石取35 kPa、稍密卵石取50 kPa;li為第i層土的厚度;η為樁身強度折減系數，取0.33;d為樁身平均直徑，取0.60 m;de為一根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑。

(2)理論計算

由式(2)得:Ra=0.33×15000×0.283=1400.85 kN

由式(3)得:

Ra=3.14×0.6×(0.2×25+1.5×30+1.2×35+0.5×50)+0.283×1300=574 kN(按最不利地段即ZK43鉆探孔所代表的區(qū)域考慮計算)

綜合考慮:Ra取570 kN

由式(1)fspk=m+β(1－m)fsk，代入fspk=500 kPa，得m=0.2267

由式(4)得:0.2267=0.602/de2，de=1.26 m

樁位布置:按正三角形布樁，de=1.05 s，由de=1.26 m，則施工樁間距取s=1.20 m控制較為合適。

根據上述計算成果，在高層建筑處理地基范圍內共布置了高壓旋噴樁4 200余根，總樁長工程量約為21 000 m。

地基處理后的變形計算應按現行的國家標準《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79－2002)的有關規(guī)定執(zhí)行，復合地基的壓縮模量等于該地基壓縮模量ξ倍，根據成都地區(qū)施工經驗，處理后的樁間土Es可取10.0 MPa。按下式計算:

ξ1=fspk/fak=500/140=3.57

則復合地基的壓縮模量Es2=3.57×10.0=35.7 MPa＞30 MPa，滿足設計要求。

3 施工及質量檢測

3.1 高壓旋噴樁施工

3.1.1 工藝參數

高壓噴射注漿屬于隱蔽性工程施工，需根據工程的實際地質情況，要選擇合適的工藝參數，才能保證施工質量，本項目采用如下工藝參數進行施工:

(1)高壓水泥漿:壓力35～38 MPa，流量Q=70－80 L/min;

(2)水灰比:漿液采用P．O 42.5級普通硅酸鹽水泥攪制，水灰比為0.5～1.0;

(3)提升速度:旋噴提升速度為15～18 cm/min;擺噴提升速度9～12 cm/min;

(4)旋、擺速度:旋轉速度為18～22r/min;擺動速度為9～12r/min。

3.1.2 施工工藝流程

測量放孔——造孔——貫入噴射管——自孔底高壓旋噴——孔口補漿——漿體養(yǎng)護——加固效果檢測——褥墊層施工及復合地基載荷試驗

3.2 復合地基檢測

目前對于復合地基承載力檢測最可靠的方法仍是現場載荷試驗。根據《建筑地基處理技術規(guī)范》要求，檢驗高壓旋噴樁復合地基處理效果，應在成樁28 d后選擇樁總數的0.5%～1%取試驗點試驗，且每項單體工程不應少于3點分別進行復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗。

通過對現場靜載荷試驗數值分析可知，高壓旋噴碎石樁復合地基及單樁載荷試驗承載力分別不小于500 kPa和570 kN，其復合地基壓縮模量亦大于30 MPa。滿足設計地基承載力及變形要求。

4 結論及建議

4.1 結論

(1)從施工及復合地基檢測結果看，本工程所采用的高壓旋噴樁復合地基處理粉土、砂土及松散砂卵石等土層，在高壓旋噴注漿下，可明顯形成強度較高的混合樁體，使復合地基的承載力得到大幅度的提高，地基變形得以降低和控制。從而滿足高層建筑地基承載要求。

(2)高壓旋噴樁復合地基適合處理粘性土、粉土、砂土及砂卵石等地層。土層的滲透系數越高，高壓旋噴注漿影響范圍就越大，其處理效果就越顯著。反之，對處理滲透系數較低的粘性土等地層時尤要控制好注漿量、注漿壓力及旋噴鉆頭提升速度，保證其土層混合樁體固結效果。

4.2 建議

(1)在成都平原地層中，部分多層地下室建筑需要直接處理強風化泥巖等軟弱巖層地基，在類似強風化巖層地基中如何采用高壓旋噴樁處理，且保證造孔、注漿質量、樁體成形效果及復合地基檢驗等也是當前工程實踐方向，值得今后逐步規(guī)范和推廣。

(2)當前高壓旋噴樁施工大都采用不同鉆機將造孔和注漿分開進行，如何將其設備合二為一，提高其自動化程度還有進一步改進和發(fā)展的潛力，值得今后多加研究和開發(fā)。

［1］李洪廠，張淑娟，朱效品．高壓旋噴樁在北京深基坑止水帷幕中的應用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008(11)

［2］高興元，渠紅梅．采用高壓旋噴噴樁技術加固煤礦采動區(qū)鐵路路基實踐［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010(3)

［3］JGJ79－2002建筑地基處理技術規(guī)范［S］

［4］GB 50007－2002建筑地基基礎設計規(guī)范［S］

［5］DB 51/5026－2001成都地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范［S］

［6］GB 50202－2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范［S］