高壓旋噴樁復(fù)合地基在軟土地基處理中的應(yīng)用

劉海源，李致立，李成芳

（重慶市建筑科學(xué)研究院有限公司，重慶 400042）

0 引言

高壓旋噴樁是以高壓水泥漿噴射流水平噴出切割土體，并與土拌和形成水泥土豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基[1]。重慶地區(qū)廣泛存在素填土、黏性土、砂卵石等地基，高壓旋噴樁對(duì)其均具有良好適應(yīng)性[2]。本文基于高壓旋噴樁復(fù)合地基在重慶地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例，針對(duì)土層較厚（平均深度大于25m）及“上硬下軟”的次生紅黏土場(chǎng)地，采用長(zhǎng)樁和短樁交錯(cuò)設(shè)置的高壓旋噴樁復(fù)合地基處理后修建多層建筑。通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的分析，驗(yàn)證了該方法的可行性，可為類(lèi)似工程的地基處理提供參考。

1 工程概況

某工程房屋為8 層花園洋房，框架結(jié)構(gòu)，高度為23.2m，基礎(chǔ)形式為片筏基礎(chǔ)。地質(zhì)情況描述如下：

（1）第四系次生紅黏土層廣泛分布于整個(gè)建筑場(chǎng)地，厚度在12.00～47.70m之間，殘坡積成因，土層總體呈可塑狀，具“上硬下軟”的特性；總體評(píng)價(jià)為中壓縮性土，且下部土體壓縮性大于表層土；另外，紅黏土內(nèi)夾較多砂巖、頁(yè)巖、泥灰?guī)r碎塊，不同部位土體壓縮性存在一定的差異，綜合評(píng)價(jià)為不均勻土質(zhì)地基；

（2）紅黏土下伏基巖為灰?guī)r及泥灰?guī)r，場(chǎng)地內(nèi)巖溶以溶蝕裂隙及小溶孔等淺表小型巖溶形態(tài)為主，無(wú)大的巖溶形態(tài)發(fā)育，根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)隱伏溶洞；

（3）該場(chǎng)地?zé)o滑坡、崩塌、泥石流、巖溶塌陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象，所經(jīng)過(guò)的逆沖斷層屬非活動(dòng)斷裂，穩(wěn)定性較好，場(chǎng)地地下水埋深較大，適宜擬建建筑物的修建。場(chǎng)地周邊無(wú)相鄰建筑及市政設(shè)施，開(kāi)展建筑施工不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成不利影響。

2 高壓旋噴樁復(fù)合地基技術(shù)特點(diǎn)

該工程采用“長(zhǎng)短高壓旋噴樁復(fù)合地基”對(duì)殘坡積次生紅黏土進(jìn)行了地基處理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果，這種地基處理方法在重慶市內(nèi)的房屋建筑工程中并不多見(jiàn)。項(xiàng)目地基處理的主要技術(shù)特點(diǎn)如下所述。

2.1 基礎(chǔ)選型

該場(chǎng)地次生紅黏土地基的基本特點(diǎn)是：紅黏土的狀態(tài)呈上硬下軟狀，且內(nèi)夾塊石，均勻性差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)及觸探試驗(yàn)檢測(cè)表明，表層～5.5m 深可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為160kPa、變形模量為12MPa；5.5m 以下可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為140kPa、變形模量為9.6MPa（地基土的均勻性較差，勘察報(bào)告樣品試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1），不能滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)荷載200kPa 的承載力要求。另外，地基變形計(jì)算結(jié)果也超過(guò)規(guī)范限值，直接采用淺基礎(chǔ)不可行。

表1 深層次生紅黏土旋噴前樣品試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（地勘報(bào)告）

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位最初采用的基礎(chǔ)形式為嵌巖樁[3]基礎(chǔ)。但是，若采用嵌巖樁基礎(chǔ)，由于紅黏土土層厚度較大，且下伏基巖面起伏較大，則采用嵌巖樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá)50m 左右，經(jīng)濟(jì)性差。若采用摩擦樁，受土層上硬下軟的影響，樁周摩阻力也表現(xiàn)為靠近地表摩阻力大、深部小的特點(diǎn)，將摩擦樁樁端置于軟土上，建筑變形控制難度大，可能出現(xiàn)不均勻沉降。

經(jīng)方案多方比選，決定采用“長(zhǎng)短旋噴樁復(fù)合地基”，該旋噴地基處理方案與原設(shè)計(jì)單位提出的旋挖樁（嵌巖樁）基礎(chǔ)相比較，工期可縮短50%以上，基礎(chǔ)投資費(fèi)用可節(jié)約30%以上，整個(gè)基礎(chǔ)投資費(fèi)用大約節(jié)省1200 萬(wàn)元左右。

2.2 長(zhǎng)短高壓旋噴樁復(fù)合地基的主要特點(diǎn)

（1）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的特點(diǎn)為：淺部（長(zhǎng)樁+短樁）置換率較高，相應(yīng)的承載力及變形模量高；深部（長(zhǎng)樁部分）置換率較低，相應(yīng)的承載力及變形模量低，這與上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，地基土淺部附加應(yīng)力大、深部附加應(yīng)力小的特點(diǎn)相匹配，充分發(fā)揮了旋噴樁的承載力，實(shí)現(xiàn)了建筑材料的充分利用。

（2）受次生紅黏土“上硬下軟”的影響，上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，下臥層土體的變形量較大。該項(xiàng)目中，長(zhǎng)樁在提高承載力的同時(shí)，更重要的是起到了“減沉樁”的作用。計(jì)算表明，下臥層紅黏土的承載力基本能抵抗上覆土層和建筑附加應(yīng)力的作用，主要是針對(duì)變形量大，若沒(méi)有長(zhǎng)樁的“減沉”貢獻(xiàn)，筏板基礎(chǔ)的整體變形量在230mm 左右，短樁間隔加長(zhǎng)為長(zhǎng)樁后變形量可控制在170mm左右，能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（3）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)寬度為20.9m，長(zhǎng)度為43.4m，紅黏土層厚23m，容重18kN/m3，基底壓力為200kPa。高壓旋噴樁樁徑0.8m，正方形布樁間距2.0m，表層紅黏土地基承載力特征值160kPa＜200kPa，壓縮模量12MPa＜15MPa。首先擬采用旋噴樁復(fù)合地基處理，旋噴樁長(zhǎng)5m，在短樁作用下沉降計(jì)算如圖1 所示，沉降量[4]計(jì)算值如下：

圖1 沉降計(jì)算示意圖

由結(jié)果可知，不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

高壓旋噴樁樁徑0.8m，短樁處理深度為5m，長(zhǎng)樁處理深度10m，正方形布樁間距2.0m，長(zhǎng)短樁交錯(cuò)布置，詳見(jiàn)圖2。

圖2 高壓旋噴長(zhǎng)短樁布置示意圖

長(zhǎng)短樁共同作用下沉降量[3]計(jì)算值如下。

由結(jié)果可知，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）根據(jù)該項(xiàng)目地勘報(bào)告，次生紅黏土廣泛分布于整個(gè)建筑場(chǎng)地，為殘坡積成因，土層呈可塑狀，紅黏土內(nèi)夾較多砂巖、泥灰?guī)r碎塊，不同部位土體的壓縮性存在一定的差異，土體均勻性較差。地基土經(jīng)旋噴處理后，使得水泥與土、土夾石充分?jǐn)嚢杌旌希岣吡说鼗恋木鶆蛐?，可有效控制建筑的不均勻沉降，這是一般淺基礎(chǔ)較難實(shí)現(xiàn)的。

（5）充分利用墊層的樁土應(yīng)力調(diào)節(jié)作用，使樁間土強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。

2.3 技術(shù)成果指標(biāo)

地基處理完成后開(kāi)展的復(fù)合地基承載力平板試驗(yàn)（表2）表明，地基承載力特征值≥200kPa，壓縮模量≥15MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，較處理前地基平板試驗(yàn)檢測(cè)值有明顯提高（處理前表層～5.5m 深可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為160kPa，變形模量為12MPa，5.5m 以下可塑狀次生紅黏土的地基承載力特征值為140kPa，變形模量為9.6MPa）。

表2 某建筑物旋噴后平板載荷試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（檢測(cè)結(jié)果）

3 項(xiàng)目解決的主要技術(shù)難題

（1）提高了地基的承載力。采用復(fù)合地基處理方法，有效解決了采用淺基礎(chǔ)承載力不足，而采用樁基礎(chǔ)又存在工期長(zhǎng)且工程造價(jià)高的問(wèn)題，提供了一種可供今后設(shè)計(jì)選擇的新基礎(chǔ)形式，即基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可在復(fù)合地基+淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)兩者中進(jìn)行技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性比較后綜合確定最合理的基礎(chǔ)形式。不過(guò)，復(fù)合地基，尤其是旋噴樁復(fù)合地基在重慶市以往的房屋工程中并不多見(jiàn)，該技術(shù)也并沒(méi)有引起廣大工程技術(shù)人員的普遍關(guān)注。

（2）降低了地基的變形。通過(guò)設(shè)置長(zhǎng)短樁，充分利用材料的強(qiáng)度，確保了復(fù)合地基的承載力能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。另外，長(zhǎng)樁的主要作用除提高紅黏土上部硬層的強(qiáng)度，同時(shí)也提高了下部土性較軟層的剛度，有效解決了工后沉降過(guò)大、超過(guò)規(guī)范限值的問(wèn)題，起到了“減沉樁”的作用。

（3）改良了土性，提高了地基土均勻性。旋噴樁在形成復(fù)合地基的同時(shí)，對(duì)土性實(shí)際上起到了改良作用。通過(guò)高壓旋噴對(duì)土性進(jìn)行改良，提高了地基土土性的均勻性，有效避免了建筑基礎(chǔ)出現(xiàn)傾斜及局部沉降過(guò)大的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的“長(zhǎng)短高壓旋噴樁復(fù)合地基”處理技術(shù)，既解決了多層建筑地基承載力、變形及穩(wěn)定性問(wèn)題，又節(jié)約了成本和工期。長(zhǎng)期以來(lái)，重慶市的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)多采用樁基礎(chǔ)，部分項(xiàng)目也采用淺基礎(chǔ)，而復(fù)合地基處理方式則應(yīng)用較少。而類(lèi)似該項(xiàng)目中的土質(zhì)地基，采用淺基礎(chǔ)不滿(mǎn)足要求，采用樁基礎(chǔ)則投入成本太高，此時(shí)采用復(fù)合地基不失為一種較好的手段。紅黏土乃至粘性土地基，在重慶市區(qū)周邊南川、武隆、萬(wàn)盛、黔江、墊江、梁平、永川等地均有不同程度的分布，該項(xiàng)目對(duì)這一方法的成功應(yīng)用，無(wú)疑為類(lèi)似地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)選型提供了一種有益參考。該地基處理方法經(jīng)濟(jì)性好、工期短、無(wú)污染，屬于綠色環(huán)保設(shè)計(jì)施工技術(shù)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。