高压旋喷桩复合地基的分析及应用

童振湄

贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳 550081

软土地基质量对于工程的总体质量有着较大影响，通过对此种稳固性较差地基的处理，可以显著增强地基稳定性，使得地基含水量控制在合理范围内，可以有效承载道路过往车辆的荷载作用力，增强防渗能力。目前有很多工程施工使用的地基力学性能不达标，在具体建设之前需要采取挖掘换填、注浆法等工艺对地基质量进行合理改善，以此加固土层结构。注浆法应用期间使用旋喷桩喷射水泥砂浆较之于常规使用的其它技术具有明显的优势，应用于注浆施工中的成本较少，不会对施工周边环境造成严重的污染，操作简单、噪音较小、施工时间较快，不会发生工期延误等情况，所以基于高压旋喷桩的注浆技术在当前的多类型工程地基施工中有着极高的应用价值。

1 高压旋喷桩分析

该种注浆技术最早出现在日本，由于具有较多的应用优势，被我国引入并大量应用在地基处理施工中。在工程地基实际作业期间，需要作业人员先选择钻井机在相应施工区域进行钻入处理，之后调制注浆使用的水泥砂浆，应用高压泥浆泵将砂浆喷入钻孔内，钻杆机在此期间需要缓慢的移动并提升钻杆，借助于高压作用力将土层结构完全破坏，使得具有加固作用的水泥砂浆可以充分融入到土体中，提供土体的力学性能。应用期间可以根据工程需要，对喷浆压力、钻杆升高速度等参数做出合理调整，从而提高喷浆效果。技术应用时的喷浆管类型较多，主要有单管、二/三/重管、多重管（双高压）[1]。作用原理为：喷浆时注浆管在钻机作用下，其中的喷浆嘴可以被携带到相应位置，之后再借助后高压装置对水泥砂浆进行处理，继而在20MPa的压力下，使得水泥砂浆变为高压流来破坏土层。当土体压力超过可承受的高压时，土体上的土粒会直接剥落下来，在喷射浆料的流动、重力作用下，土粒会充分与之混合并重新排列，最终所有混合料会形成具有较强稳定性的圆柱复合地基，该种地基的整体结构稳定性较好，轻易不会发生变形，在结构内部会形成一个闭合的帷幕，避免在水的作用下出现沙土流失、水下渗等问题，降低地基发生变形、沉降的风险[2]。结合高压旋喷桩的实际应用情况可知，该技术在土层性质为黄土、淤泥、粘性土等道路的地基加固施工和建筑物临时/永久地基处理中应用效果理想。如果土层中含有着较多的植物根系、较大石块、坚硬粘性土等物质时不可使用该技术来加固土层。

2 复合地基中应用高压旋喷桩方案分析

在本文的研究中选取的该处地基为某厂酒库道路其中一段。长约144.2m。路面设计标高为505.700～510.850，原地面标高约为501.82～508.29，需填土高度为2～4m。路面宽度为10m。道路下方存在的软弱土层为：人工填土（杂色，含大量风化残块，厚度在0.0～7.5m之间，主要由附近场平开挖回填形成，厚度变化较大。分布于以下五栋拟建物间的道路：44#、45#、46#、47#、48#酒库）、可塑粘土（黄色为主，含大量风化残块，风化残块含量≥30%，厚度在2.0～8.5m之间，总体上厚度变化较大，且出露高程起伏也较大）。道路东南侧为42#、46#酒库，西北侧为43#、47#酒库。42～48#酒库位于冲沟位置，有5～8m软土层，且地形水丰富，由于施工时对工期要求较紧且软土层较厚不具备换填的施工条件，场地平整后采用高压旋喷桩对酒库之间的道路软基进行加固，防止路面开裂下沉和酒库周围管道基础的沉降。

2.1 地基处理方案

根据对勘察报告的分析和计算。采取部分挖方换填、部分高压旋喷桩复合地基加固的方式处理。其中，高压旋喷桩符合地基加固的处理方案如下：

（1）高压旋喷桩采用双管法喷浆施工工艺。采用外径为42mm的喷射管，钻孔口径大于喷射管外径20～50mm。

（2）旋喷桩有效桩径为0.8m，桩呈等边三角形，加固范围内分Ⅰ、Ⅱ两种加固区域。覆土高度分别按2.5、5.5m进行计算。沉降值以不大于300mm来控制。Ⅰ加固区域桩间距2.2m；Ⅱ加固区域桩间距1.5m。

（3）水泥浆的水灰比为1∶1，注浆压力为28MPa，提升速度为0.2m/min。

（4）高压旋喷桩桩端需到达强风化铁质粉砂岩层，高压旋喷桩平均桩长约9m，共约2575根。

2.2 承载力验算及沉降计算

2.2.1 计算参数

填土重度r=20kN/m3；

软土地基重度r=14.7kN/m3，压缩模量Es=1.6MPa，fak=70kPa；

下卧强风化铁质粉砂岩fak=400kPa；

旋喷桩单桩承载力Ra=300kN，压缩模量Ep=50MPa；

Ⅰ加固区域桩间距=2.2m；Ⅱ加固区域桩间距=1.5m。

Ⅰ加固区域面积置换率m=0.120；Ⅱ加固区域面积置换率m=0.258；

单桩承载力发挥系数λ=0.7；

桩间土承载力发挥系数β=0.9。

2.2.2 承载力验算

Ⅰ加固区域：

复合地基承载力：

上覆填土自重应力及附加荷载：

Ⅱ加固区域：

复合地基承载力：

上覆填土自重应力及附加荷载：

2.2.3 沉降计算

Ⅰ加固区域：

复合模量：

采用分层总和法计算主固结沉降Sc=249.0mm；

沉降系数ms=1.0；

总沉降S=msSc=249.0mm＜300mm。

Ⅱ加固区域：

复合模量：

采用分层总和法计算主固结沉降Sc=282.5mm；

沉降系数ms=1.0；

总沉降S=msSc=282.5mm＜300mm。

2.3 施工及质量检验

施工人员应在作业之前深入到施工现场，结合设计数据明确水泥灰拌和比以及桩长；在喷浆期间，确保桩体截面积符合设计要求，该数据受以下因素影响：首先，高压旋喷桩喷出砂浆时的压力越大，砂浆对于土体造成的破坏作用越大，桩体直径也随之会增长。其次，压缩脉动气体因素，在该因素喷射方式影响下气体质量会增加，尤其是在三喷、二喷管下的高压旋喷桩作业中，压缩脉动气体量较多，土体在该因素作用下破坏严重，进而导致桩体截面积会相应出现增加情况[3]。再次，土体粘聚力因素，如果土体的密实度较低，且粘聚效果一般时，土体可以轻而易举的被高压旋喷桩的喷浆所破坏，导致桩径增加。最后，旋喷能量因素，作业人员对于单位土体作用的旋喷能量越高，会对截面积有着正相关的影响[4]。所以为了提高施工作业效率以及质量，缩短在居民区周边建筑改造的工期，可以从上述4个因素控制桩体作业截面积，保证工程可以在既定的时间内保质保量的完工。

高压旋喷桩设计完毕后，需要作业人员按照各个作业环节计算出的数据进行地基注浆加固作业，并在施工结束后作业人员需要检验加固质量，检验方法包括：开挖检查、取芯（常规取芯或软取芯）、标准灌入试验、载荷试验或围井注水等[5]。其中，以对桩体强度、完整性和地基承载力的检验作为主控项目，必须满足设计要求。此外，还需要检测桩径值，工程质量检测人员可以对施工区域内的桩身进行质量的抽样检查，选取其中的几处桩身测量最小直径，如果测得数据与设计数据相一致，说明桩身设计与施工质量均良好[6]。

3 结语

高压旋喷桩在工程地基加固施工中发挥着非常重要作用，经过系统处理的地基承载力以及稳定性获得极大提升，并且施工单位支出的施工成本较低，属于性价比较高的一种桩基作业方案，所以要求设计单位在对软土地基进行处理时，对高压旋喷桩的设计方法、施工要点及检测要求进行有效的学习与掌握，之后结合工程的具体情况，制定符合工程需要的高压旋喷桩处理方案，提高相应工程地基的质量和应用有效性。