高壓旋噴樁在建筑垃圾填埋區(qū)的工程實(shí)例

凌 海

（海南第一建設(shè)工程有限公司，?？?570216）

工程建造于廢棄的采石場(chǎng)，采石場(chǎng)留下較大的采石坑?？又刑畛淞烁鞣N建筑垃圾和生活垃圾。坑的底部存在大量已開采的塊石，塊石中又夾雜著碎磚或混凝土塊，整個(gè)石坑又被泥漿填充，坑頂部覆蓋了大量生活垃圾?？由顝?～10m不等。場(chǎng)地平整過程中對(duì)表層垃圾和部分泥漿進(jìn)行了清理，回填部分素土后整平。

原設(shè)計(jì)考慮到場(chǎng)地的復(fù)雜性采用沖孔灌注樁作基礎(chǔ)，然而勘查反映地層中存在溶洞和土洞的情況給樁基礎(chǔ)施工帶來了更多不確定因素。在開始施工幾根設(shè)備房地下室沖孔灌注樁時(shí)就發(fā)生了嚴(yán)重的塌孔事故，沖孔錘被深埋在地下，該區(qū)域沖孔樁施工受阻，有待各方提出解決方案。經(jīng)參建各方的討論，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，最終設(shè)計(jì)改用高壓旋噴樁地基處理的方案，進(jìn)行施工取得了良好的效果。就此討論了在該區(qū)域進(jìn)行高壓旋噴樁地基處理的整個(gè)流程。對(duì)試樁過程、設(shè)計(jì)參數(shù)取用、施工過程和檢測(cè)過程中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了研究和討論。

1 工程概況

工程位于?？谑袞|線瓊山華僑中學(xué)的南側(cè)，擬建一棟6層教學(xué)樓，教學(xué)樓部分設(shè)置一層地下室作為設(shè)備房和水箱。原設(shè)計(jì)采用沖孔灌注樁作基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)為4～24m，部分為端承樁部分為摩擦樁。上部為框架結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度約4.8m。由于開始沖孔樁施工時(shí)就產(chǎn)生了嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，地下室基礎(chǔ)經(jīng)修改設(shè)計(jì)后采用高壓旋噴樁復(fù)合地基進(jìn)行施工。

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地質(zhì)條件極其復(fù)雜，大面積分布2～10m深采石坑；坑內(nèi)又回填2～10m厚的泥漿、混凝土塊、碎磚石、生活垃圾等雜填土；坑內(nèi)殘留的玄武巖厚度從不足1m到10余m。更為復(fù)雜的是中風(fēng)化玄武巖層厚度不足夠大，又夾強(qiáng)風(fēng)化巖層；巖層以下為土層，土層局部地段還分布土洞，地層極度不均勻。以下為旋噴樁施工區(qū)涉及的土層參數(shù)。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

地下水賦存于①層雜填土、①1層素填土、③層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、④層中風(fēng)化玄武巖、⑥層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、⑦層中等風(fēng)化玄武巖、⑦1層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖中，屬于孔隙潛水，透水性較強(qiáng)，主要接受大氣降水、生活污水及地下水的側(cè)向補(bǔ)給，②層粉質(zhì)粘土夾碎石、⑤層粉質(zhì)粘土夾碎石為相對(duì)隔水層。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.20～5.00m，地下水位年變幅約為1.50m。

1.2 樁基施工中存在的問題

由于地下室場(chǎng)地處為古采石坑，場(chǎng)地上層土體均為松散狀填土和建筑樁基施工排放的泥漿，土體自穩(wěn)性極差，且土石混合體中巖石縫隙分布較廣。采用沖孔灌注樁施工過程中由泥漿護(hù)臂成孔，護(hù)臂泥漿在該地層中極易漏漿，漏漿后原成孔必然產(chǎn)生嚴(yán)重塌陷。在該區(qū)域外側(cè)進(jìn)行沖孔樁施工必須經(jīng)過多次塌孔、回填、復(fù)沖才能成樁，且成樁樁位和樁形較難保證，成樁混凝土超量達(dá)到一倍以上。進(jìn)入該區(qū)域中部施工后雖經(jīng)過多次復(fù)打樁進(jìn)入20m深土層，但是一次劇烈的塌孔導(dǎo)致沖孔錘被埋，施工樁周邊3m范圍產(chǎn)生較深地陷，該區(qū)域沖孔樁施工無法繼續(xù)進(jìn)行。由于沖孔樁塌孔事故各單位開始進(jìn)行基礎(chǔ)選型討論。

2 基礎(chǔ)選型討論

2.1 工程現(xiàn)狀分析

該工程屬于“校安工程”新建校區(qū)，原定該校區(qū)2011年6月開工，2012年7月竣工，9月招生投入使用。沖孔樁施工停滯于2011年8月，導(dǎo)致整個(gè)教學(xué)樓施工無法繼續(xù)，原計(jì)劃工期嚴(yán)重受到影響。由于該工程為校安工程撥款，資金使用審批制度復(fù)雜而嚴(yán)格，因此基礎(chǔ)工程的任何變更應(yīng)保持與原造價(jià)持平?；谝陨显騾⒔ǜ鞣竭M(jìn)入新基礎(chǔ)選型的討論中，新基礎(chǔ)必須同時(shí)滿足質(zhì)量要求、經(jīng)濟(jì)要求、工期要求且必須施工可行。

2.2 基礎(chǔ)方案選型

2.2.1 大開挖換填

該方案分兩種做法：第一，挖除7m厚泥漿類填土，然后回填好土繼續(xù)沖孔樁施工；第二，進(jìn)行大開挖換填至第8層粘土，預(yù)計(jì)開挖深度11m，該層土承載力特征值fak約150kPa，基本滿足上部結(jié)構(gòu)需要。以上兩種方案均施工可行，但該場(chǎng)地鄰近居民樓，大開挖必然進(jìn)行基坑支護(hù)。第一種方案基坑支護(hù)和成樁時(shí)間及費(fèi)用均超過可承受范圍，第二方案基坑支護(hù)費(fèi)用過高開挖風(fēng)險(xiǎn)過大，因此大開挖換填方案被否決。

2.2.2 鋼護(hù)筒灌注樁

該方案基本思路是采用機(jī)器成孔鋼護(hù)筒跟進(jìn)的辦法施工，初步選用旋挖鉆機(jī)成孔。該方案施工技術(shù)復(fù)雜且經(jīng)濟(jì)成本較高，旋挖鉆機(jī)需從廣東調(diào)運(yùn)（2010年僅?？趦S中隧道使用），若旋挖鉆機(jī)試樁失敗，經(jīng)濟(jì)和工期風(fēng)險(xiǎn)較大。

以上兩種思路均難以達(dá)到該工程的要求，方案思路轉(zhuǎn)向地基處理。

2.3 高壓旋噴樁復(fù)合地基適應(yīng)性分析

由于場(chǎng)地地層中含有極硬的大塊巖石和及軟的泥漿，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》12.1.1條的描述，高壓噴射注漿法用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基，其特性與該場(chǎng)地條件完全吻合。旋噴樁按工藝分為單管法、雙重管和三重管，該工程旋噴樁在基坑內(nèi)施工，單管法樁徑較小，三重管機(jī)器較大不適合基坑內(nèi)施工，因此考慮采用雙重管法施工。

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，原地下室共49條樁，平均20m長(zhǎng)，φ800灌注樁每米單價(jià)約800元，總計(jì)78.4萬(wàn)，而經(jīng)過設(shè)計(jì)初步計(jì)算旋噴樁預(yù)計(jì)布置210條，每條有效長(zhǎng)度12.5m，雙重管旋噴樁每米單價(jià)約310元，預(yù)計(jì)總費(fèi)用約81.4萬(wàn)，該方案初步認(rèn)定可行。

從施工風(fēng)險(xiǎn)角度看，若旋噴樁強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期可采用單管法進(jìn)行補(bǔ)樁施工。單管法機(jī)械設(shè)備調(diào)運(yùn)方便造價(jià)相對(duì)較低，每米造價(jià)約190元，且施工速度快。采用旋噴樁作為地基處理方案不僅經(jīng)濟(jì)和工期上可行且施工可補(bǔ)救性好，風(fēng)險(xiǎn)較低，但該地層復(fù)雜需要進(jìn)行試樁才能確定設(shè)計(jì)方案保證工程質(zhì)量。

3 高壓旋噴樁試樁

3.1 設(shè)計(jì)前試樁

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》12.1.1條規(guī)定當(dāng)土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或有較高有機(jī)質(zhì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定其適應(yīng)性。另外高壓旋噴注漿形成的加固體強(qiáng)度和范圍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。最終目的是確定復(fù)合地基承載力特征值，而該值一般按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和設(shè)計(jì)估算綜合確定，其中估算算式為

式中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，m代表面積置換率，Ra為單樁豎向承載力特征值，β為折減系數(shù)，fsk為樁間土承載力特征值。

式（1）中Ra單樁承載力特征值采用估算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)綜合確定，其中估算方法取下列兩式中較小值

式中，fcu為旋噴樁樁身抗壓強(qiáng)度，up為樁周長(zhǎng)，qsi為樁身側(cè)阻力，qp為樁端土承載力特征值。

從以上設(shè)計(jì)過程可以看出，要較為準(zhǔn)確的估計(jì)出復(fù)合地基承載力必須進(jìn)行必要的試驗(yàn)，而試樁就是為設(shè)計(jì)單位提供樁身強(qiáng)度、單樁承載力和旋噴樁直徑三個(gè)主要參數(shù)。設(shè)計(jì)單位參考試樁的成果對(duì)地基處理設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和確定。

通過試樁將進(jìn)一步探明地質(zhì)情況，確定合理的噴漿時(shí)間，確定攪拌下沉、提升速度和重復(fù)攪拌下沉，確定水泥摻量、灰漿稠度（水灰比）、工作壓力，檢驗(yàn)施工設(shè)備及選定的施工工藝。

3.2 試樁施工參數(shù)

由設(shè)計(jì)院在地下室基礎(chǔ)范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)指定3根樁樁位，樁端全斷面進(jìn)入第8層粘土分別為2.5m、3m和3.5m，樁頂標(biāo)高為現(xiàn)場(chǎng)地面以下1m處。試樁長(zhǎng)度的差異主要考慮測(cè)試第8層粘土對(duì)樁承載力的影響為最終設(shè)計(jì)確定樁長(zhǎng)提供依據(jù)。參考《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》相關(guān)規(guī)定和《地基處理手冊(cè)》（第三版龔曉楠編）中有關(guān)規(guī)定選取如下試樁參數(shù)和試樁設(shè)備進(jìn)行施工。

表2 試樁施工參數(shù)表

表3 試樁設(shè)備選用表

3.3 試樁檢測(cè)

3.3.1 試樁結(jié)果

市檢測(cè)站對(duì)三根試樁進(jìn)行了抽芯取樣試壓和單樁承載力試壓，結(jié)果為如下：

試樁單樁極限承載力均為1000kN，總沉降量約41mm，回彈量約0.61mm，樁身取樣強(qiáng)度平均值為5.9MPa。從3根試樁的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，決定單樁承載力的主要因素為樁身強(qiáng)度，進(jìn)入第8層粘土的樁長(zhǎng)對(duì)承載力不起決定性因素。三根試樁直徑均超過設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)的0.8m，分別是0.9m、1.0m和1.1m，試樁形狀為近似圓形的不規(guī)則形狀。

3.3.2 試樁注意事項(xiàng)

旋噴樁在做單樁承載力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)對(duì)其樁頭進(jìn)行保護(hù)處理，具體做法是用混凝土做保護(hù)帽，混凝土內(nèi)配置構(gòu)造鋼筋，保護(hù)帽的高度和長(zhǎng)寬尺寸均應(yīng)大于樁徑。

在這里需要強(qiáng)調(diào)的是旋噴樁的取芯操作。由于常規(guī)取芯均采用XY－100型勘察小鉆機(jī)進(jìn)行，操作人員所接觸的芯樣強(qiáng)度均在C10以上，操作人員采用水鉆法。旋噴樁樁芯強(qiáng)度均低于C10，且旋噴樁狀體的不均勻性導(dǎo)致其芯樣遇水易散開?；谶@些特性就要求鉆機(jī)操作人員采用干鉆的方法取樣，且打磨試樣時(shí)同樣采用干法。由于干法制備的試樣受壓面粗糙，試驗(yàn)時(shí)易造成劈裂而影響結(jié)果，所以試樣受壓面應(yīng)用素土與水泥制備的拌合物抹平。

4 復(fù)合地基設(shè)計(jì)及施工

4.1 復(fù)合地基設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)根據(jù)試樁結(jié)果確定了關(guān)鍵參數(shù)，要求樁身強(qiáng)度大于3MPa，單樁承載力特征值大于470kN，復(fù)合地基承載力大于160kPa，樁徑大于800mm，樁距1.7m矩形布置。設(shè)計(jì)要求樁進(jìn)入第8層粘土深度不小于2.5m，若遇巖石其厚度應(yīng)大于2.3m，基坑底巖石面應(yīng)低于旋噴樁頂1m，復(fù)合地基設(shè)置中砂褥墊層厚300mm。設(shè)計(jì)修改原基礎(chǔ)筏板配筋及厚度，厚度調(diào)整為450mm以增加基礎(chǔ)整體性。

4.2 復(fù)合地基施工注意事項(xiàng)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的參數(shù)結(jié)合試樁施工參數(shù)進(jìn)行旋噴樁基礎(chǔ)施工。施工采用先開挖基坑的方法進(jìn)行，基坑開挖距樁頂1m處開始旋噴樁施工，為穿越強(qiáng)風(fēng)化巖層采用勘察鉆機(jī)引孔。由于旋噴樁施工和鉆機(jī)引孔會(huì)產(chǎn)生大量泥漿，旋噴樁施工過程會(huì)產(chǎn)生大量溢出水泥漿，基坑開挖時(shí)到施工面時(shí)整體形成坡度，將各種漿液排至預(yù)先設(shè)置好的排漿溝和集水坑中。

4.3 試樁樁位處理

由于試樁樁位現(xiàn)場(chǎng)確定，因此可能會(huì)對(duì)未來工程樁施工造成影響。采用咬合施工的方法進(jìn)行工程樁施工，以消除試樁對(duì)樁位的影響。當(dāng)設(shè)計(jì)樁心距試樁樁位距離小于200mm時(shí)采用補(bǔ)雙樁補(bǔ)樁法，其他情況采用三樁補(bǔ)樁法。

4.4 旋噴樁地基工程驗(yàn)收

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力應(yīng)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，檢測(cè)多樁復(fù)合地基承載力。圖5展示了該工程的試驗(yàn)過程，最終地基處理結(jié)果效果良好。

5 結(jié) 語(yǔ)

高壓旋噴樁地基處理施工機(jī)械簡(jiǎn)單，地層適應(yīng)性廣，對(duì)復(fù)雜地基的處理效果顯著。該地基處理形式在設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)過程中需要各方配合才能取得預(yù)期的效果。旋噴樁復(fù)合地基施工前試樁試驗(yàn)是非常重要的環(huán)節(jié)，試樁數(shù)據(jù)越詳細(xì)豐富，后續(xù)設(shè)計(jì)越貼近實(shí)際，施工風(fēng)險(xiǎn)和盲目性越小。

［1］龔曉楠.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］劉永超.地基處理實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］GB 5007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.