旋噴樁法在某火電廠改建基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用

廖彥波 李緒華

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100053)

旋噴法通過(guò)在土中噴射高壓漿液切削土體，切削過(guò)程中，漿液中的水泥漿同時(shí)與土體攪合，形成高強(qiáng)度的水泥土混合物，從而達(dá)到有效加固土體或隔水的目的。該法由于能將周圍土體切割與注入的水泥漿進(jìn)行攪拌混合，故其受土層性質(zhì)影響較小，各種土體與水泥漿拌合形成加固體后，其強(qiáng)度均能大幅提高。

旋噴法的使用非常靈活，用于隔水時(shí)，可以采用定噴或擺噴形成隔水帷幕;用于提高地基承載力時(shí)，既可以單根或整體加固作為獨(dú)立承重的樁，也可作為樁群加固土體。由于具有上述特點(diǎn)，旋噴法自20世紀(jì)70年代日本開發(fā)以來(lái)，在世界各地的諸多工程范圍中得到廣泛應(yīng)用，如建筑物地基加固，基礎(chǔ)托換，深基坑開挖工程中的支擋、防滲、護(hù)底，堤壩防滲，隧道、涵洞護(hù)拱等［1，2］。

1 工程概況

深圳某火力發(fā)電廠于1993年11月開始建成投產(chǎn)，電廠為鋼框架結(jié)構(gòu)，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。根據(jù)環(huán)保廳的要求，電廠需于2012年12月底之前對(duì)機(jī)組進(jìn)行脫硝改造。脫硝工程上部結(jié)構(gòu)采用鋼框架，穿插布置在原結(jié)構(gòu)間隙，承擔(dān)脫硝設(shè)備及工作荷載，與原結(jié)構(gòu)分開受力。部分平面圖如圖1所示。

圖1 工程部分平面圖

該電廠毗鄰海港，場(chǎng)地總面積的70%是采用定向爆破劈山填海而成。根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地土層從上至下分述如下:①1層為回填碎石土，以棱角形碎石為主，粒徑2 cm～9 cm，部分可達(dá)20 cm以上，含少量粘性土和中粗砂，層厚3.00 m～21.70 m;①2層為級(jí)配稍好的回填中粗砂，成分為石英、長(zhǎng)石，顆粒均勻，層厚9.20 m～16.2 m;②1層為可塑性粘土，干強(qiáng)度高，韌性高，局部含砂，厚度0.90 m～7.10 m;②2層為軟塑～可塑性粘土，主要由粘粒組成，含有機(jī)質(zhì)，屬中～高壓縮性土，局部分淤泥質(zhì)土，層厚1.70 m～11.80 m;③層為砂質(zhì)粘性土，由混合花崗巖風(fēng)化殘積而成，除石英顆粒外，其他礦物已風(fēng)化成土，土質(zhì)較均勻，粘性差，厚度2.00 m～13.50 m;④1層為全風(fēng)化混合花崗巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，浸水易軟化，巖體極破碎，為極軟巖，厚度2.40 m～10.50 m;④2層為強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，浸水易軟化，巖體破碎，為軟巖，厚度3.20 m～22.60 m;④3層為中風(fēng)化混合花崗巖，構(gòu)造不均勻，結(jié)構(gòu)部分破壞，巖質(zhì)較硬，不易擊碎，勘察未揭穿該層。根據(jù)地勘報(bào)告，①1層～④1層均不宜作擬建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)持力層，④2層～④3層適宜作為持力層。

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，最大的柱底反力標(biāo)準(zhǔn)值為6 769 kN，部分鋼柱在考慮風(fēng)荷載的工況下出現(xiàn)上拔力，最大標(biāo)準(zhǔn)值為2 044 kN。新加鋼柱位于電廠廠房?jī)?nèi)，施工期間電廠要求不停產(chǎn)，基礎(chǔ)施工時(shí)，高度受限，如在右側(cè)管廊處可使用的凈高僅為5.0 m;新柱分布于既有基礎(chǔ)之間，從平面上看，布置新基礎(chǔ)平面受限制較大。

綜合而言，本工程有如下特點(diǎn):土質(zhì)不均勻，地基持力層較深;柱底反力較大;基礎(chǔ)需考慮抗拔;基礎(chǔ)施工空間(高度、水平)有限;新基礎(chǔ)平面尺寸受既有基礎(chǔ)位置限制較大。

基礎(chǔ)方案:本工程最初考慮采用φ800的鉆孔灌注樁，但是因?yàn)橐韵略螂y以實(shí)施:1)場(chǎng)地土層上部15 m～17 m為回填碎石或中粗砂，若采用鉆孔灌注樁，鉆孔易塌陷，且大部分樁位距既有基礎(chǔ)很近，塌孔后易引起基礎(chǔ)傾斜，產(chǎn)生較大不均勻沉降，影響上部結(jié)構(gòu)使用和安全;2)③軸～④軸既有基礎(chǔ)之間的間隙面積太小，無(wú)法按要求布樁;3)⑥軸右側(cè)有一道管廊，位于新基礎(chǔ)正上方，凈空僅5 m左右，樁基無(wú)法施工。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，決定采用旋噴樁方案:利用新加鋼柱下方既有基礎(chǔ)或新建筏板作為剛性樁基承臺(tái);在承臺(tái)底剛性角范圍內(nèi)布置旋噴樁承擔(dān)柱反力，旋噴樁直徑1 000 mm，加固土標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度f(wàn)cu≥5 MPa;將靠近的承臺(tái)連接成整板，依靠板與其上覆土的自重抵抗上拔力。

2 旋噴樁布置、設(shè)計(jì)及筏板設(shè)計(jì)

2.1 旋噴樁布置與設(shè)計(jì)

根據(jù)荷載的大小，旋噴樁采用兩樁聯(lián)合、三樁聯(lián)合、四樁聯(lián)合和六樁聯(lián)合等多種布設(shè)形式，如圖2所示。單根旋噴樁樁徑1 000 mm，相鄰樁搭接長(zhǎng)度為300 mm。

根據(jù)以下公式計(jì)算旋噴樁的承載力特征值［3］，結(jié)果如表1所示。

其中，fcu為與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊(邊長(zhǎng)為70.7 mm的立方體)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值;樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.33;n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);li為樁周第i層土的厚度;qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa;qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa。

圖2 多樁搭接聯(lián)合布設(shè)形式

表1 旋噴樁承載力驗(yàn)算結(jié)果一覽表

2.2 筏板設(shè)計(jì)

本工程上部結(jié)構(gòu)的荷載由旋噴樁承擔(dān)，筏板通過(guò)將相鄰柱下的承臺(tái)連成整體，主要起到以下作用:筏板與其上覆土的自重提供風(fēng)荷載工況下的抗拔力;筏板與地基的摩擦力抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的水平力。筏板按由柱支撐的無(wú)梁樓蓋進(jìn)行計(jì)算，荷載為筏板與覆土的自重。經(jīng)計(jì)算，筏板厚為800，雙層雙向配筋18@150。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程具有地基持力層較深、柱底反力較大、基礎(chǔ)需考慮抗拔、基礎(chǔ)施工水平及豎向空間受限較大等特點(diǎn)，采用常規(guī)方法在設(shè)計(jì)或施工上不具有可行性，本文采用高壓旋噴樁加上底板連成整體方案有效解決了設(shè)計(jì)和施工中的困難，對(duì)相關(guān)工程具有參考價(jià)值。

［1］龔曉南.地基處理手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］張永鈞，葉書麟.既有建筑地基基礎(chǔ)加固工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.