旋喷桩法在某火电厂改建基础工程中的应用

廖彦波 李绪华

(中冶京诚工程技术有限公司，北京 100053)

旋喷法通过在土中喷射高压浆液切削土体，切削过程中，浆液中的水泥浆同时与土体搅合，形成高强度的水泥土混合物，从而达到有效加固土体或隔水的目的。该法由于能将周围土体切割与注入的水泥浆进行搅拌混合，故其受土层性质影响较小，各种土体与水泥浆拌合形成加固体后，其强度均能大幅提高。

旋喷法的使用非常灵活，用于隔水时，可以采用定喷或摆喷形成隔水帷幕;用于提高地基承载力时，既可以单根或整体加固作为独立承重的桩，也可作为桩群加固土体。由于具有上述特点，旋喷法自20世纪70年代日本开发以来，在世界各地的诸多工程范围中得到广泛应用，如建筑物地基加固，基础托换，深基坑开挖工程中的支挡、防渗、护底，堤坝防渗，隧道、涵洞护拱等［1，2］。

1 工程概况

深圳某火力发电厂于1993年11月开始建成投产，电厂为钢框架结构，采用柱下独立基础。根据环保厅的要求，电厂需于2012年12月底之前对机组进行脱硝改造。脱硝工程上部结构采用钢框架，穿插布置在原结构间隙，承担脱硝设备及工作荷载，与原结构分开受力。部分平面图如图1所示。

图1 工程部分平面图

该电厂毗邻海港，场地总面积的70%是采用定向爆破劈山填海而成。根据地勘报告，场地土层从上至下分述如下:①1层为回填碎石土，以棱角形碎石为主，粒径2 cm～9 cm，部分可达20 cm以上，含少量粘性土和中粗砂，层厚3.00 m～21.70 m;①2层为级配稍好的回填中粗砂，成分为石英、长石，颗粒均匀，层厚9.20 m～16.2 m;②1层为可塑性粘土，干强度高，韧性高，局部含砂，厚度0.90 m～7.10 m;②2层为软塑～可塑性粘土，主要由粘粒组成，含有机质，属中～高压缩性土，局部分淤泥质土，层厚1.70 m～11.80 m;③层为砂质粘性土，由混合花岗岩风化残积而成，除石英颗粒外，其他矿物已风化成土，土质较均匀，粘性差，厚度2.00 m～13.50 m;④1层为全风化混合花岗岩，风化强烈，浸水易软化，岩体极破碎，为极软岩，厚度2.40 m～10.50 m;④2层为强风化混合花岗岩，浸水易软化，岩体破碎，为软岩，厚度3.20 m～22.60 m;④3层为中风化混合花岗岩，构造不均匀，结构部分破坏，岩质较硬，不易击碎，勘察未揭穿该层。根据地勘报告，①1层～④1层均不宜作拟建构筑物的基础持力层，④2层～④3层适宜作为持力层。

根据上部结构计算结果，最大的柱底反力标准值为6 769 kN，部分钢柱在考虑风荷载的工况下出现上拔力，最大标准值为2 044 kN。新加钢柱位于电厂厂房内，施工期间电厂要求不停产，基础施工时，高度受限，如在右侧管廊处可使用的净高仅为5.0 m;新柱分布于既有基础之间，从平面上看，布置新基础平面受限制较大。

综合而言，本工程有如下特点:土质不均匀，地基持力层较深;柱底反力较大;基础需考虑抗拔;基础施工空间(高度、水平)有限;新基础平面尺寸受既有基础位置限制较大。

基础方案:本工程最初考虑采用φ800的钻孔灌注桩，但是因为以下原因难以实施:1)场地土层上部15 m～17 m为回填碎石或中粗砂，若采用钻孔灌注桩，钻孔易塌陷，且大部分桩位距既有基础很近，塌孔后易引起基础倾斜，产生较大不均匀沉降，影响上部结构使用和安全;2)③轴～④轴既有基础之间的间隙面积太小，无法按要求布桩;3)⑥轴右侧有一道管廊，位于新基础正上方，净空仅5 m左右，桩基无法施工。根据本工程的特点，决定采用旋喷桩方案:利用新加钢柱下方既有基础或新建筏板作为刚性桩基承台;在承台底刚性角范围内布置旋喷桩承担柱反力，旋喷桩直径1 000 mm，加固土标准试块强度fcu≥5 MPa;将靠近的承台连接成整板，依靠板与其上覆土的自重抵抗上拔力。

2 旋喷桩布置、设计及筏板设计

2.1 旋喷桩布置与设计

根据荷载的大小，旋喷桩采用两桩联合、三桩联合、四桩联合和六桩联合等多种布设形式，如图2所示。单根旋喷桩桩径1 000 mm，相邻桩搭接长度为300 mm。

根据以下公式计算旋喷桩的承载力特征值［3］，结果如表1所示。

其中，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的立方体)在标准养护条件下28 d龄期的立方体抗压强度平均值;桩身强度折减系数，取0.33;n为桩长范围内所划分的土层数;li为桩周第i层土的厚度;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa;qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa。

图2 多桩搭接联合布设形式

表1 旋喷桩承载力验算结果一览表

2.2 筏板设计

本工程上部结构的荷载由旋喷桩承担，筏板通过将相邻柱下的承台连成整体，主要起到以下作用:筏板与其上覆土的自重提供风荷载工况下的抗拔力;筏板与地基的摩擦力抵抗上部结构传来的水平力。筏板按由柱支撑的无梁楼盖进行计算，荷载为筏板与覆土的自重。经计算，筏板厚为800，双层双向配筋18@150。

3 结语

本工程具有地基持力层较深、柱底反力较大、基础需考虑抗拔、基础施工水平及竖向空间受限较大等特点，采用常规方法在设计或施工上不具有可行性，本文采用高压旋喷桩加上底板连成整体方案有效解决了设计和施工中的困难，对相关工程具有参考价值。

［1］龚晓南.地基处理手册［M］.第3版.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］张永钧，叶书麟.既有建筑地基基础加固工程实例应用手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［3］JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.