高压旋喷桩在高层建筑地基处理中的应用

郑创新，龙素群

(1．四川准达岩土工程有限责任公司，四川成都610072;2．中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900)

高压旋喷桩是近十年发展起来的一项土体加固新技术，它是利用工程钻机，将喷射注浆管置于预计的地基加固处理深度，在钻杆旋转徐徐上升时，将预先配置好水泥、水玻璃等材料作为主固化剂浆液，用一定压力从喷嘴中喷射液流，冲击土体，把土和浆液强制拌和，随后凝聚固结，形成具有一定强度混合桩体。并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力，共同作用形成具有一定强度的人工复合地基，从而提高整体地基承载力和抗变形能力。

1 工程概况

1.1 建筑概况

已建“汇融·国际”工程项目，位于成都市锦江区琉璃立交西南，紧临南三环路三段，整个地块呈不规则平行四边形。拟建场地主要建筑物由3幢29～32层工业科研楼及若干附属建筑、地下一层车库等组成。总建设净用地面积为21 379.18 m2，规划总建筑面积139 705.7 m2。

1.2 工程地质条件

本工程场地处于四川盆地中部地带，从区域地质资料看，场区位于扬子准台地的二级大地构造单元——四川台拗成都凹陷盆地内。拟建建筑物微地貌位于成都平原地区东南侧，相当于岷江水系Ⅱ级阶地，地下水位埋深2.90～4.30 m，基坑施工已进行降水设计。场地表层为新近堆积土，由杂填土与素填土层组成;中部为第四系上更新统冲、洪积层，由粉质粘土、粉土、粉细砂层及下伏卵石层组成;下部为白垩系灌口组棕红色泥岩。基坑开挖后，基底主要地层就由粉土、粉细砂层、卵石层及泥岩组成。其基坑基底地层从上到下依次物理力学条件如表1所示。

?

2 高压旋喷桩地基设计

2.1 总体设计

建筑设计对高层建筑主楼采用筏板基础，附属建筑及地下室均采用独立柱加抗浮板基础形式。因设计基础下的粉土、粉细砂层及松散卵石土天然承载力不能满足高层建筑设计地基承载力要求。设计要求将基础下土层采用人工地基处理方法，并要求处理后的复合地基承载力特征值fspk≥500 kPa，压缩模量ES≥30 MPa。根据设计地基要求，针对基底地基土为粉土、粉细砂、松散卵石及稍密～密实卵石土等特点，决定采用用高压旋喷桩复合地基加固处理。处理后桩顶与基础之间铺设300 mm厚碎石褥垫层，碎石最大粒径不宜大于30 mm，夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值不大于0.9。施工完成后按规范要求进行复合地基检测。

2.2 高压旋喷桩设计

2.2.1确定桩长

根据建筑物岩土工程勘察资料可以得知，地下室筏板基础底板范围内分布有粉土、砂及松散卵石夹层需要处理，旋喷桩桩长应自基础底面起算至持力层(稍密～密实卵石)来确定最小桩长，且设计桩长应包括0.3 m的保护桩长以及0.5 m的嵌入深度。

2.2.2确定桩径

根据所采用的XL－50型履带式旋喷钻机等主要设备的施工经验，本次旋喷桩桩径(d)确定为600 mm。

2.2.3确定桩间距、面积置换率

(1)依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)第9.2.5条与第12.2.3公式，即

式中:fspk为复合地基承载力特征值;fsk为处理后桩间土承载力特征值(本方案设计取140 kPa);fcu为与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7 mm)在标准养护条件下28 d龄期的立方体抗压强度平均值，取15 000 kPa;m为面积置换率;Ra为单桩承载力标准值(kN);Ap为桩的平均截面积(m2)，取0.283 m2(桩体直径为600 mm);β为桩间土承载力折减系数，取0.40;up为桩的周长(m);n为桩长范围内所划分的土层数;qp为桩端地基土未经修正的桩端天然地基承载力特征值(kPa)，稍密卵石取极限端承力的一半，即取1 250 kPa;qsi为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，粉土取25 kPa、粉细砂取30 kPa、松散卵石取35 kPa、稍密卵石取50 kPa;li为第i层土的厚度;η为桩身强度折减系数，取0.33;d为桩身平均直径，取0.60 m;de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

(2)理论计算

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钻探孔所代表的区域考虑计算)

综合考虑: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

桩位布置:按正三角形布桩，de=1.05 s，由de=1.26 m，则施工桩间距取s=1.20 m控制较为合适。

根据上述计算成果，在高层建筑处理地基范围内共布置了高压旋喷桩4 200余根，总桩长工程量约为21 000 m。

地基处理后的变形计算应按现行的国家标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)的有关规定执行，复合地基的压缩模量等于该地基压缩模量ξ倍，根据成都地区施工经验，处理后的桩间土Es可取10.0 MPa。按下式计算:

ξ1=fspk/fak=500/140=3.57

则复合地基的压缩模量Es2=3.57×10.0=35.7 MPa＞30 MPa，满足设计要求。

3 施工及质量检测

3.1 高压旋喷桩施工

3.1.1 工艺参数

高压喷射注浆属于隐蔽性工程施工，需根据工程的实际地质情况，要选择合适的工艺参数，才能保证施工质量，本项目采用如下工艺参数进行施工:

(1)高压水泥浆:压力35～38 MPa，流量Q=70－80 L/min;

(2)水灰比:浆液采用P．O 42.5级普通硅酸盐水泥搅制，水灰比为0.5～1.0;

(3)提升速度:旋喷提升速度为15～18 cm/min;摆喷提升速度9～12 cm/min;

(4)旋、摆速度:旋转速度为18～22r/min;摆动速度为9～12r/min。

3.1.2 施工工艺流程

测量放孔——造孔——贯入喷射管——自孔底高压旋喷——孔口补浆——浆体养护——加固效果检测——褥垫层施工及复合地基载荷试验

3.2 复合地基检测

目前对于复合地基承载力检测最可靠的方法仍是现场载荷试验。根据《建筑地基处理技术规范》要求，检验高压旋喷桩复合地基处理效果，应在成桩28 d后选择桩总数的0.5%～1%取试验点试验，且每项单体工程不应少于3点分别进行复合地基载荷试验和单桩载荷试验。

通过对现场静载荷试验数值分析可知，高压旋喷碎石桩复合地基及单桩载荷试验承载力分别不小于500 kPa和570 kN，其复合地基压缩模量亦大于30 MPa。满足设计地基承载力及变形要求。

4 结论及建议

4.1 结论

(1)从施工及复合地基检测结果看，本工程所采用的高压旋喷桩复合地基处理粉土、砂土及松散砂卵石等土层，在高压旋喷注浆下，可明显形成强度较高的混合桩体，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。从而满足高层建筑地基承载要求。

(2)高压旋喷桩复合地基适合处理粘性土、粉土、砂土及砂卵石等地层。土层的渗透系数越高，高压旋喷注浆影响范围就越大，其处理效果就越显著。反之，对处理渗透系数较低的粘性土等地层时尤要控制好注浆量、注浆压力及旋喷钻头提升速度，保证其土层混合桩体固结效果。

4.2 建议

(1)在成都平原地层中，部分多层地下室建筑需要直接处理强风化泥岩等软弱岩层地基，在类似强风化岩层地基中如何采用高压旋喷桩处理，且保证造孔、注浆质量、桩体成形效果及复合地基检验等也是当前工程实践方向，值得今后逐步规范和推广。

(2)当前高压旋喷桩施工大都采用不同钻机将造孔和注浆分开进行，如何将其设备合二为一，提高其自动化程度还有进一步改进和发展的潜力，值得今后多加研究和开发。

［1］李洪厂，张淑娟，朱效品．高压旋喷桩在北京深基坑止水帷幕中的应用［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2008(11)

［2］高兴元，渠红梅．采用高压旋喷喷桩技术加固煤矿采动区铁路路基实践［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2010(3)

［3］JGJ79－2002建筑地基处理技术规范［S］

［4］GB 50007－2002建筑地基基础设计规范［S］

［5］DB 51/5026－2001成都地区建筑地基基础设计规范［S］

［6］GB 50202－2002建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］