高壓噴射注漿技術在軟弱下臥層地基處理中的應用

陳  靈

(四川家益石油房地產開發有限責任公司，四川成都610017)

1.工程概況

    該建筑工程位于成都市區，建筑面積50276ITl2。地上26層，高度99.90m，地下室2層。現澆鋼筋混泥土框架一剪力墻結構。無上部結構的地下室基礎采用獨立基礎(有個別連同主樓采用筏板)，部分地下室設抗水底板。該工程重要性、場地、地基等級均為二級。基礎埋深一11.35m(局部電梯井部分為一l4.05m)，±0.00對應的絕對標高502.50m，基礎持力層為稍密卵石層。地基承載力特征值為350kPa。在基礎開挖中發現基底出現砂層，需進行地基處理。

2.工程地質條件

    場地地層為第四系人工填土層、第四系上更新統沖積層。地層由上而下為：

    (1)雜填土：雜色，稍濕，松散。由混泥土、碎磚等建筑垃圾及黏性土組成。該層局部分布，層厚0．40～1.70m。

    (2)素填土：褐色，稍濕，可塑，以黏性土和粉土為主，上部見少量植物根莖。該層場地內廣泛分布，層厚0.30—2.00m。

    (3)粉質黏土：褐為主色，局部青灰色,以堅硬為主，局部硬塑，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。含少量鈣質結核。該層場地內均有分布，層厚l.00-40m。

    (4)粉土：褐黃、褐灰色，濕為主，中密。較弱的光澤反應，搖振反應中等，韌性低，干強度低。該層分布廣泛，層厚1.10～3.20m。

    (5)粉砂：褐黃、褐灰色，濕為主，松散，成份以長石、石英為主畬少許云母片，局部漸變為細砂。該層呈透鏡體，不規則分布于卵石層之上，層厚0.60。1.00m。

    (6)細砂：褐黃、褐灰色，濕，松散，以長石、石英為主，含少許白云母碎片，其中混有少量的卵石及圓礫，該層僅在場地北側的個別鉆孔揭露，層厚0.4m。

    (7)中砂：褐黃、褐灰色，很濕，以長石、石英為主，含少許白云母碎片，其中混有少量的卵石及圓礫。該層呈透鏡體，不規則分布于卵石層中，層厚0.5m。

    (8)圓礫：褐黃、褐灰色，含20mm以上的顆粒，隙間充有砂及黏性土。該層呈透鏡體不規則分布于卵石層之上或中間，最大厚度達2.4m。

    (9)卵石：褐黃、黃灰青灰色，稍密～中密，成份以花崗巖為主，次為石英巖。粒徑最大7×10cm，最小1×1cm，一般3—6cm，呈亞圓形，中等風化。分選較好，磨圓中等～高，骨架顆粒含量大于55％，細、中砂充填，頂部泥質充填。據120k9動力觸探試驗成果，結合回旋全取芯取樣成果，將其劃分為：稍密、中密、密實卵石層。卵石層局部夾細砂和松散軟弱層。卵石層頂面埋深4.30—8.60m，頂面相對高程493.83～498.04m。高差達4.21m，局部起伏較大。

    施工勘察報告顯示，場地西側主樓部分在基底標高附近沿A軸線部分砂層較少，其余地段砂層分布較廣。基底0.01—0.5m深度下的中砂透鏡體，分布最廣，主要延伸方向為南北向，厚度0.4—3.5m不等。另外在B軸線和C軸線范圍部分基底4.3～4.9m深度下，有一層厚度0.5-1.1 m砂層分布，同時發現局部地段在基底下10m深度范圍內的卵石層中有多層砂層分布，說明該區域砂層分布的規律性較差。場地地下水經井管降水后，地下水埋深在現基坑下面3.2—4.70m內，標高486.52—488.00m。

    根據場地巖土工程勘察報告和施工勘察報告，該工程無上部結構的地下室基礎持力層力學性能不能滿足設計要求。經強度和變形驗算，必須進行地基處理。

3.設計要求及加固方案設計

    設計要求對基底下4m內的砂層進行高壓旋噴注漿法(旋噴樁)對其進行處理，形成復合地基，處理后形成的復合地基承載力特征值達到：

    (1)外墻條形基礎、獨立柱基及基礎以外1.0m范圍內，設計承承載力>400kPa，變形模量>25MPa；

    (2)其余500 mm厚防水板部分設計承載力≥200kPa；變形模量≥l5MPa；

    (3)處理深度：對基底以下4m范圍內的砂層進行處理。由于旋噴樁是土和水泥的混合固結體，其抗壓強度約為抗剪強度的5一l0倍。因此，設計時，應揚長避短，使旋噴樁承受壓應力而盡量避免承受拉應力。根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79—2002，J220—2002)，巖土工程勘察報告和施工勘察報告，擬采用XPZ一50型旋噴鉆機施工，以稍密卵石為樁端持力層(q=1500kPa)。其樁周土摩阻力：中砂取 q。=20kPa，松散卵石取q。=25kPa，經計算R。=435.68kN，取R。=400kN，樁間土取^=150kPa，樁間土承載力發揮系數盧=0.5。計算結果：當工酞=400kPa時，m=0.165，取m=0.17；當工止=200kPa時，m=0.0636，取m=0.07。采用正方形和矩形布樁，樁間距S=1.05～1.65m。褥墊層厚300mm，夯填度大于或等于0.9。

    處理范圍內，共計布樁395根，其中，地下室外墻向內的1m范圍內，設計樁間距為l.05m，平均樁徑d=500mm，布樁形式為正方形，面積置換率m=0.178，平均樁長約4.5m，主要處理層為砂層、松散卵石層等；獨立基礎向外擴1m范圍內，設計l8根旋噴樁，平均樁徑d=500mm，布樁形式為三角形，面積置換率m=0:178，平均樁長約4.5m，主要處理層為砂層、松散卵石層等；其余部分設計樁間距為l.65m，平均樁徑d=500mm，布樁形式為正方形，面積置換率m=0.072，平均樁長約4.5m，主要處理層為砂層、松散卵石層等。

    根據設計基底標高及現場實際情況確定，旋噴樁以穿過砂層進入卵石層0.5m為樁端持力層，樁頂應預留0.30m，預計樁長為4.5m，褥墊層采用級配砂石，最大粒徑控制在3cm，用靜力進行壓實，壓實厚度為300mm，且壓實后的厚度與虛鋪厚度之比不小于0.9。

4.施工質量控制

    高壓旋噴注漿加固地基是隱蔽工程，在施工時不能直接觀察它的質量，施工質量主要通過施工時的各工序操作、工藝參數和漿液濃度等因素的實際情況，土層的各種反應如冒漿量的大小、冒漿濃度、冒漿的通道位置、土開裂狀態等，來控制高壓噴射注漿質量。

    4.1主要施工工藝流程

    測量放孔一動力觸探引孔一下旋噴管一自孔底至基底高壓旋噴一孔口補漿一漿體養護一加固效果檢測一褥墊層施工。

    4.2施工機具

    高壓旋噴注漿施工設備由造孔系統、供水系統、供氣系統、供漿系統、噴灌系統、提升系統等組成，主要機具選擇：ZJB(BP)一30變頻高壓注漿泵2臺，JN一1200泥漿攪拌機2臺，XPZ一50旋噴鉆機2臺，SH一30鉆機4臺。注漿材料采用42．5級普通硅酸鹽水泥的純水泥漿，水灰比為l：1。

    4.3施工工藝參數(表1)

    3.4施工要點

    (1)噴射注漿前檢查高壓泵和管路系統。設備的壓力和排送量必須滿足設計要求，管路密封良好，通道及噴嘴不得有雜物；同時復核孔位，誤差≯10cm。同時檢查鉆機定位的準確性、垂直度以及下鉆深度。

    (2)下旋噴管時，防止氣嘴、水嘴被泥砂堵塞，可在插管前用一層薄塑料膜包扎好。噴射注漿時，先向孔內送清水，待泵壓正常后，再將注漿泵的吸水管移至儲漿桶內，估計水泥漿的前鋒已流出噴頭并注噴1—2rain后，才開始提升注漿管，自下而上噴射注漿。提升速度應勻速緩慢上提，同時專人抽查施工工藝參數。中途如需拆卸注管，應先停止提升和回轉，同時停止送漿，然后慢慢減少壓縮空氣量和水量，最后停機。卸管后噴射的搭接長度不得小于100mm，以保證固結體的整體性。

    (3)冒漿情況處理。一方面要及時排運出冒漿，保持現場干凈或回收后再灌人，另一方面可透過冒漿出現的時間、冒漿中含土的種類、數量，水泥的含量和冒出的漿液的多少等現象，間接了解高壓噴射注漿質量，它們是調整注漿參數的重要依據之一。當冒漿量小于注漿量的20％為正常現象；超過20％或完全不冒漿時，應查明原因并采取措施。若由于有較大空隙而引起不冒漿，可摻適量速凝劑和加大注漿量；若冒漿量過大，可減少注漿量，加快提升速度和回轉速度，也可縮小噴嘴直徑，提高噴射壓力。

    (4)噴射注漿異常情況處理。當出現壓力下降且低于控制值，則表明注漿管的狀態出現了異常。可能有漏漿、接頭松動、堵管堵孔，必須立即停機檢查。當流量不變而壓力突然下降時，應檢查設備的密封情況，必要時拔出注漿管，檢查密封性能；當壓力稍有下降時，可能是注漿管被擊穿，或有孔洞，使噴射力降低，此時應拔出噴管檢查；當壓力陡增，且流量很少，甚至停機壓力都不變，則可能是噴嘴封堵了，應疏通噴嘴。

    (5)在漿液還沒硬化前，注意防止有效噴射范圍內的地基因受擾動而強度降低從而產生變形，應嚴格按預先設定的施工順序施工，控制施工速度，確保相鄰兩樁的施工時間間隔大于48h。

    (6)為確保樁身強度，孔口2.0m深度范圍內進行復噴1—2次，并降低水灰比，增加水泥用量。由于水泥的的收縮離析作用，旋噴作業完成后的2h以內，要將不斷冒出地面的漿液回灌到樁孔內；冒漿少時有必要進行補漿，甚至補入干水泥，直到樁孔內的漿液不再下沉為止，才能保證樁長及不斷樁。

    (7)加強重點孔位的觀察：重點孔位指分布在建筑物荷載大的部位和地質情況復雜的部位的注漿孔，它們對噴射注漿質量產生重要影響，在施工中應加強觀察。

    如實記錄施工的各種參數，并詳細描述噴射注漿時出現的各種現象，以便判斷加固效果，并為質量檢驗提供資料，也為今后施工參數的確定提供依據：

5.試驗結果與分析

    5.1單樁復合地基載荷試驗檢測結果

    對本工程邊墻和獨立柱基部位共抽檢3個點，試驗最大加載量均為820.0kPa，各試驗點所得的P—s曲線均為緩變形，沉降隨荷載的遞增而緩慢增長，3個點的總沉降量分別為：l3.83mm、8.60mm、12.40mm，屬相對變形量。根據《建筑地基處理技術規范》，本工程無上部結構的地下室邊墻的獨立柱基部位的高壓旋噴注漿(旋噴樁)復合地基承載力實測值均為410kPa，平均值為410kPa，則特征值為410kPa大于設計要求400kPa；經試驗測得的3個點的變形模量分別是30．5 MPa、43．9 MPa、31.5MPa，均值為35.3MPa，最大級差為13.4MPa，極差與均值之比在于38.0％，復合地基變形模量為30.5MPa，滿足設計要求。本工程無上部結構的地下室其余部位(除邊墻和獨立柱基部位)，共抽檢3個點，試驗最大加載量均為420.0kPa，各試驗點所得的P一5曲線均為緩變形，沉降隨荷載的遞增而緩慢增長，3個點的總沉降量分別為：ll.553mm、13.368mm、11.440mm。屬相對變形量。根據《建筑地基處理技術規范》，本工程無上部結構的地下室邊墻的獨立柱基部位的高壓旋噴注漿(旋噴樁)復合地基承載力實測值均為210kPa，平均值為210kPa，則特征值為210kPa大于設計要求200kPa；經試驗測得的3個點的變形模量分別是21.8MPa、24.0 MPa、27.2 MPa，均值為24.3 MPa，最大級差為5.4Mpa，極差與均值之比為22.2％，小于30％，故該部位復合地基變形模量為24.3MPa，滿足設計要求的高壓噴射注漿(旋噴樁)復合地基承載力特征值為210kPa，地基變形模量為24MPa，滿足設計要求。

    5.2單樁豎向高壓靜載試驗

    本工程無上部結構的地下室的高壓噴射注漿(旋噴樁)復合地基共抽檢了3個樁作試驗，試驗最大加載量均為820.0 kN，各試驗點的所得的Q—s曲線均為緩變形，沉降隨荷載的遞增而緩慢增長，3個試驗樁的總沉降量分別為：38.514mm、23.476mm、20.858mm。屬相對變形量。根據《建筑基樁檢測技術規范》JGJl06—2003，單樁豎向抗壓極限承載力取與S=40 mm對應的荷載值，3個試驗樁的總沉降量均小于s=40 mm，試驗樁最大加載量均為820.0 kN未達到極限，無上部結構的地下室的高壓旋噴注漿(旋噴樁)復合地基的旋噴樁樁體單樁豎向抗壓力特征值為410kN，滿足設計要求。

6.結束語

    高壓旋噴技術是通過射流作用強制破壞原地層結構，只要能破壞的細砂層、極細砂層等均可處理，對于較大的塊、卵石層通過調整壓力也可處理；經處理后的地基，能夠提高地基承載力，對軟弱下臥層地基處理效果明顯，并得到了穩定的加固效果。通過該地基加固處理，得出以下優缺點：

    (1)注漿材料主要以水泥為主，不存在污染水域問題，滿足國家環保要求，特別適用于現代城市建設。

    (2)可通過旋轉速度、提升速度和壓力得到所要的固結體的形狀，樁身強度較易控制，所成的樁強度較高。

    (3)施工場地要求不高，施工簡便，現場振動小，噪音低的優點。

    (4)在漿液還沒硬化前，要防止有效噴射范圍內的地基因受擾動而強度降低從而產生變形，要控制施工速度，并且相鄰兩樁的施工時間間隔要大于48 h。由于檢測時間要待施工完成后的28 d后才能進行，加長了施工周期，不適用于工期要求較緊的工程。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)