高压旋喷桩在建筑垃圾填埋区的工程实例

凌 海

（海南第一建设工程有限公司，海口 570216）

工程建造于废弃的采石场，采石场留下较大的采石坑。坑中填充了各种建筑垃圾和生活垃圾。坑的底部存在大量已开采的块石，块石中又夹杂着碎砖或混凝土块，整个石坑又被泥浆填充，坑顶部覆盖了大量生活垃圾。坑深从2～10m不等。场地平整过程中对表层垃圾和部分泥浆进行了清理，回填部分素土后整平。

原设计考虑到场地的复杂性采用冲孔灌注桩作基础，然而勘查反映地层中存在溶洞和土洞的情况给桩基础施工带来了更多不确定因素。在开始施工几根设备房地下室冲孔灌注桩时就发生了严重的塌孔事故，冲孔锤被深埋在地下，该区域冲孔桩施工受阻，有待各方提出解决方案。经参建各方的讨论，进行现场试验分析，最终设计改用高压旋喷桩地基处理的方案，进行施工取得了良好的效果。就此讨论了在该区域进行高压旋喷桩地基处理的整个流程。对试桩过程、设计参数取用、施工过程和检测过程中应注意的问题进行了研究和讨论。

1 工程概况

工程位于海口市东线琼山华侨中学的南侧，拟建一栋6层教学楼，教学楼部分设置一层地下室作为设备房和水箱。原设计采用冲孔灌注桩作基础，桩长为4～24m，部分为端承桩部分为摩擦桩。上部为框架结构，基坑开挖深度约4.8m。由于开始冲孔桩施工时就产生了严重的塌孔现象，地下室基础经修改设计后采用高压旋喷桩复合地基进行施工。

1.1 工程地质及水文地质条件

场地地质条件极其复杂，大面积分布2～10m深采石坑；坑内又回填2～10m厚的泥浆、混凝土块、碎砖石、生活垃圾等杂填土；坑内残留的玄武岩厚度从不足1m到10余m。更为复杂的是中风化玄武岩层厚度不足够大，又夹强风化岩层；岩层以下为土层，土层局部地段还分布土洞，地层极度不均匀。以下为旋喷桩施工区涉及的土层参数。

表1 岩土物理力学参数

地下水赋存于①层杂填土、①1层素填土、③层强风化玄武岩、④层中风化玄武岩、⑥层强风化玄武岩、⑦层中等风化玄武岩、⑦1层强风化玄武岩中，属于孔隙潜水，透水性较强，主要接受大气降水、生活污水及地下水的侧向补给，②层粉质粘土夹碎石、⑤层粉质粘土夹碎石为相对隔水层。地下水稳定水位埋深为0.20～5.00m，地下水位年变幅约为1.50m。

1.2 桩基施工中存在的问题

由于地下室场地处为古采石坑，场地上层土体均为松散状填土和建筑桩基施工排放的泥浆，土体自稳性极差，且土石混合体中岩石缝隙分布较广。采用冲孔灌注桩施工过程中由泥浆护臂成孔，护臂泥浆在该地层中极易漏浆，漏浆后原成孔必然产生严重塌陷。在该区域外侧进行冲孔桩施工必须经过多次塌孔、回填、复冲才能成桩，且成桩桩位和桩形较难保证，成桩混凝土超量达到一倍以上。进入该区域中部施工后虽经过多次复打桩进入20m深土层，但是一次剧烈的塌孔导致冲孔锤被埋，施工桩周边3m范围产生较深地陷，该区域冲孔桩施工无法继续进行。由于冲孔桩塌孔事故各单位开始进行基础选型讨论。

2 基础选型讨论

2.1 工程现状分析

该工程属于“校安工程”新建校区，原定该校区2011年6月开工，2012年7月竣工，9月招生投入使用。冲孔桩施工停滞于2011年8月，导致整个教学楼施工无法继续，原计划工期严重受到影响。由于该工程为校安工程拨款，资金使用审批制度复杂而严格，因此基础工程的任何变更应保持与原造价持平。基于以上原因参建各方进入新基础选型的讨论中，新基础必须同时满足质量要求、经济要求、工期要求且必须施工可行。

2.2 基础方案选型

2.2.1 大开挖换填

该方案分两种做法：第一，挖除7m厚泥浆类填土，然后回填好土继续冲孔桩施工；第二，进行大开挖换填至第8层粘土，预计开挖深度11m，该层土承载力特征值fak约150kPa，基本满足上部结构需要。以上两种方案均施工可行，但该场地邻近居民楼，大开挖必然进行基坑支护。第一种方案基坑支护和成桩时间及费用均超过可承受范围，第二方案基坑支护费用过高开挖风险过大，因此大开挖换填方案被否决。

2.2.2 钢护筒灌注桩

该方案基本思路是采用机器成孔钢护筒跟进的办法施工，初步选用旋挖钻机成孔。该方案施工技术复杂且经济成本较高，旋挖钻机需从广东调运（2010年仅海口侨中隧道使用），若旋挖钻机试桩失败，经济和工期风险较大。

以上两种思路均难以达到该工程的要求，方案思路转向地基处理。

2.3 高压旋喷桩复合地基适应性分析

由于场地地层中含有极硬的大块岩石和及软的泥浆，根据《建筑地基处理技术规范》12.1.1条的描述，高压喷射注浆法用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基，其特性与该场地条件完全吻合。旋喷桩按工艺分为单管法、双重管和三重管，该工程旋喷桩在基坑内施工，单管法桩径较小，三重管机器较大不适合基坑内施工，因此考虑采用双重管法施工。

从经济角度考虑，原地下室共49条桩，平均20m长，φ800灌注桩每米单价约800元，总计78.4万，而经过设计初步计算旋喷桩预计布置210条，每条有效长度12.5m，双重管旋喷桩每米单价约310元，预计总费用约81.4万，该方案初步认定可行。

从施工风险角度看，若旋喷桩强度达不到设计预期可采用单管法进行补桩施工。单管法机械设备调运方便造价相对较低，每米造价约190元，且施工速度快。采用旋喷桩作为地基处理方案不仅经济和工期上可行且施工可补救性好，风险较低，但该地层复杂需要进行试桩才能确定设计方案保证工程质量。

3 高压旋喷桩试桩

3.1 设计前试桩

根据《建筑地基处理技术规范》12.1.1条规定当土中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高有机质时，应根据现场试验结果确定其适应性。另外高压旋喷注浆形成的加固体强度和范围应根据现场试验确定。最终目的是确定复合地基承载力特征值，而该值一般按照现场试验和设计估算综合确定，其中估算算式为

式中，fspk为复合地基承载力特征值，m代表面积置换率，Ra为单桩竖向承载力特征值，β为折减系数，fsk为桩间土承载力特征值。

式（1）中Ra单桩承载力特征值采用估算和现场试验综合确定，其中估算方法取下列两式中较小值

式中，fcu为旋喷桩桩身抗压强度，up为桩周长，qsi为桩身侧阻力，qp为桩端土承载力特征值。

从以上设计过程可以看出，要较为准确的估计出复合地基承载力必须进行必要的试验，而试桩就是为设计单位提供桩身强度、单桩承载力和旋喷桩直径三个主要参数。设计单位参考试桩的成果对地基处理设计进行调整和确定。

通过试桩将进一步探明地质情况，确定合理的喷浆时间，确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉，确定水泥掺量、灰浆稠度（水灰比）、工作压力，检验施工设备及选定的施工工艺。

3.2 试桩施工参数

由设计院在地下室基础范围内现场指定3根桩桩位，桩端全断面进入第8层粘土分别为2.5m、3m和3.5m，桩顶标高为现场地面以下1m处。试桩长度的差异主要考虑测试第8层粘土对桩承载力的影响为最终设计确定桩长提供依据。参考《建筑地基基础施工质量验收规范》相关规定和《地基处理手册》（第三版龚晓楠编）中有关规定选取如下试桩参数和试桩设备进行施工。

表2 试桩施工参数表

表3 试桩设备选用表

3.3 试桩检测

3.3.1 试桩结果

市检测站对三根试桩进行了抽芯取样试压和单桩承载力试压，结果为如下：

试桩单桩极限承载力均为1000kN，总沉降量约41mm，回弹量约0.61mm，桩身取样强度平均值为5.9MPa。从3根试桩的检测结果发现，决定单桩承载力的主要因素为桩身强度，进入第8层粘土的桩长对承载力不起决定性因素。三根试桩直径均超过设计预计的0.8m，分别是0.9m、1.0m和1.1m，试桩形状为近似圆形的不规则形状。

3.3.2 试桩注意事项

旋喷桩在做单桩承载力试验时应对其桩头进行保护处理，具体做法是用混凝土做保护帽，混凝土内配置构造钢筋，保护帽的高度和长宽尺寸均应大于桩径。

在这里需要强调的是旋喷桩的取芯操作。由于常规取芯均采用XY－100型勘察小钻机进行，操作人员所接触的芯样强度均在C10以上，操作人员采用水钻法。旋喷桩桩芯强度均低于C10，且旋喷桩状体的不均匀性导致其芯样遇水易散开。基于这些特性就要求钻机操作人员采用干钻的方法取样，且打磨试样时同样采用干法。由于干法制备的试样受压面粗糙，试验时易造成劈裂而影响结果，所以试样受压面应用素土与水泥制备的拌合物抹平。

4 复合地基设计及施工

4.1 复合地基设计

设计根据试桩结果确定了关键参数，要求桩身强度大于3MPa，单桩承载力特征值大于470kN，复合地基承载力大于160kPa，桩径大于800mm，桩距1.7m矩形布置。设计要求桩进入第8层粘土深度不小于2.5m，若遇岩石其厚度应大于2.3m，基坑底岩石面应低于旋喷桩顶1m，复合地基设置中砂褥垫层厚300mm。设计修改原基础筏板配筋及厚度，厚度调整为450mm以增加基础整体性。

4.2 复合地基施工注意事项

根据设计要求的参数结合试桩施工参数进行旋喷桩基础施工。施工采用先开挖基坑的方法进行，基坑开挖距桩顶1m处开始旋喷桩施工，为穿越强风化岩层采用勘察钻机引孔。由于旋喷桩施工和钻机引孔会产生大量泥浆，旋喷桩施工过程会产生大量溢出水泥浆，基坑开挖时到施工面时整体形成坡度，将各种浆液排至预先设置好的排浆沟和集水坑中。

4.3 试桩桩位处理

由于试桩桩位现场确定，因此可能会对未来工程桩施工造成影响。采用咬合施工的方法进行工程桩施工，以消除试桩对桩位的影响。当设计桩心距试桩桩位距离小于200mm时采用补双桩补桩法，其他情况采用三桩补桩法。

4.4 旋喷桩地基工程验收

根据《建筑地基基础施工质量验收规范》的要求，高压旋喷桩复合地基承载力应进行平板载荷试验，检测多桩复合地基承载力。图5展示了该工程的试验过程，最终地基处理结果效果良好。

5 结 语

高压旋喷桩地基处理施工机械简单，地层适应性广，对复杂地基的处理效果显著。该地基处理形式在设计、施工和检测过程中需要各方配合才能取得预期的效果。旋喷桩复合地基施工前试桩试验是非常重要的环节，试桩数据越详细丰富，后续设计越贴近实际，施工风险和盲目性越小。

［1］龚晓楠.复合地基设计和施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］刘永超.地基处理实用技术［M］.北京：中国铁道出版社，2005.

［3］GB 5007—2002，建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［4］GB 50202—2002，建筑地基基础施工质量验收规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［5］JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.