高壓旋噴注漿法在地基加固中的應(yīng)用

劉 研

（中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100000）

0 引言

地基不均勻沉降導(dǎo)致地基下陷或者地基裂縫病害現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)地基進(jìn)行加固是建筑工程質(zhì)量的保證。常用的地基加固工藝包括注漿加固、CFG 樁加固及高壓旋噴注漿加固。具體選擇何種加固施工方案，需分析地基病害成因，對(duì)比不同加固工藝的優(yōu)劣勢(shì)，從而選擇合理的加固方案。本文結(jié)合建筑工程實(shí)例，詳細(xì)分析高壓旋噴注漿法在建筑地基加固中的運(yùn)用。

1 高壓旋噴注漿法工藝原理

所謂高壓旋噴注漿法，是指充分利用高壓高速水泥漿旋噴噴射流，切割地基土體，在高壓作用下使水泥砂漿能夠與地基土混合在一起，當(dāng)水泥砂漿凝結(jié)后，會(huì)形成圓柱狀固結(jié)體，牢固附著在地基土上，進(jìn)而使地基結(jié)構(gòu)更具強(qiáng)度，從而發(fā)揮加固作用。采用高壓旋噴注漿法不僅能夠?qū)Φ鼗車(chē)馏w進(jìn)行加固，同時(shí)也會(huì)增加該部分土體的承載力，最大程度避免其變形而發(fā)生地基不均勻沉降[1]。在實(shí)際施工過(guò)程中，確定地基土層預(yù)定深度，充分利用鉆機(jī)，把注漿管埋置到預(yù)定深度的土層上，注意注漿管要裝配噴嘴裝置，這是因?yàn)樗嗌皾{需要通過(guò)噴嘴噴射到土層內(nèi)。作業(yè)時(shí)，合理控制噴射流速度，一般設(shè)定在20～22MPa為宜[2]。噴射過(guò)程中，在高壓作用下，高速?lài)娚淞鳟a(chǎn)生較大的離心力，從而保證水泥砂漿能夠與地基土層的土顆粒充分混合。根據(jù)作業(yè)程序一直噴射，直到形成圓柱形樁體結(jié)構(gòu)，當(dāng)直徑達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及要求后，即可停止噴射。結(jié)合地基實(shí)際情況，可選用3 種形式的高壓旋噴注漿法，分別為單管法、二重管法、三重管法。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概述

某辦公樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，建筑面積為18526m2，包括地下1層和地上19層。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)2 級(jí)，抗震設(shè)防烈度7 度。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所在區(qū)域持續(xù)降雨時(shí)間集中在7～8 月份，降水量比較大，導(dǎo)致地基土受到雨水侵蝕，地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，出現(xiàn)較嚴(yán)重變形，并有濕陷情況，此狀況造成建筑物墻體開(kāi)裂，控制室地面下陷，最大下陷距離達(dá)到150mm。

2.2 地基病害成因分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查確定地基狀況，通過(guò)所得數(shù)據(jù)對(duì)地基病害成因進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

（1）地基基礎(chǔ)比較薄弱的主要原因是地基地層主要由粉土和雜填土構(gòu)成。粉土分布在雜填土下方，分布狀態(tài)多為蟲(chóng)孔，軟塑性比較強(qiáng)，層厚0.5～3.4m，對(duì)其含水量進(jìn)行測(cè)定，證實(shí)其平均含水量為28%。而雜填土分布在表層，土層厚度0.9～4.3m，主要為黏性土，含水量比較大，在地基沉降的過(guò)程中，雜填土主要呈軟塑狀態(tài)。這兩種巖土的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

（2）地基病害的主要成因是最初施工時(shí)未針對(duì)土質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)改良，雜填土主要為素填土、黃土，且建筑所處位置屬填方地段，導(dǎo)致建筑地基施工不滿足設(shè)計(jì)要求，加之項(xiàng)目所處區(qū)域年降水量大，降水集中，長(zhǎng)期積水，而排水設(shè)施功能相對(duì)較差，無(wú)法及時(shí)排水，導(dǎo)致大量雨水滲入到地基內(nèi)部，使土體的含水量明顯升高，長(zhǎng)期受此影響，導(dǎo)致地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降，從而滋生多種地基病害。

3 加固方案的確定

地基加固工藝主要包括注漿加固、CFG 樁加固及高壓旋噴注漿加固工藝，各加固工藝的優(yōu)勢(shì)分析見(jiàn)表2所示。在具體選擇何種施工方案時(shí)，需對(duì)地基病害成因及加固工藝的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行綜合分析后選擇合理的加固方案。

表2 不同加固技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

因本工程對(duì)地基加固要求比較高，對(duì)于注漿加固法而言，其灌漿質(zhì)量稍差，因此不予選用。CFG 樁工藝不適宜用在要求較高的地基加固中，因此將此法排除。高壓旋噴注漿法雖然土體固結(jié)表現(xiàn)良好，往往應(yīng)用在要求較高的地基加固工程中，但應(yīng)用此法時(shí)需做好施工管理和監(jiān)督，確保施工質(zhì)量，因而可能會(huì)增加額外支出[3]。通過(guò)對(duì)上述方法的綜合比較，最終確定采用高壓旋噴注漿法進(jìn)行地基加固。選用高壓旋噴注漿技術(shù)的前提是有軟弱地基需要處理，經(jīng)過(guò)高壓旋噴注漿施工，促使軟弱地基變成復(fù)合地基，增強(qiáng)地基結(jié)構(gòu)土體的穩(wěn)定性，并及時(shí)封堵墻體裂縫，至少要達(dá)到墻體裂縫長(zhǎng)度不再增加且深度不再加深的目的，并且有效控制不均勻沉降持續(xù)發(fā)展。

4 高壓旋噴注漿法施工要點(diǎn)

4.1 確定工藝參數(shù)

根據(jù)施工規(guī)范，地基加固后旋噴樁復(fù)合地基土承載力應(yīng)符合≥300kPa 的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求值。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，確定高壓旋噴注漿工藝參數(shù)。首先，明確旋噴樁的數(shù)量。地基加固選用95 根旋噴樁，其承載力達(dá)到180kN，樁長(zhǎng)為6m，且樁徑≥500mm，每根旋噴樁的距離控制在1.8m，樁端設(shè)置在粉土持力層，該層呈硬塑狀態(tài)。在施工過(guò)程中，每隔2 個(gè)樁放置1 根旋噴樁，也就是常說(shuō)的“噴1 跳2”，2 樁之間需要有一定的施工間隔期，一般為1 周。旋噴樁數(shù)量及施工方法確定后，需要配置水泥砂漿，選擇硅酸鹽水泥材料至少保證強(qiáng)度在42.5 級(jí)，水灰比1∶1.2。為保證水泥砂漿強(qiáng)度，配制水泥砂漿時(shí)加入適量水玻璃速凝劑，濃度控制在2.0%[4]。隨后緊貼建筑墻面鉆孔，為嚴(yán)格控制鉆孔質(zhì)量，確定好鉆孔位置，偏差范圍必須控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，一般與設(shè)計(jì)值之間維持在±50mm，如果超過(guò)這個(gè)范圍，需要及時(shí)進(jìn)行糾正。

4.2 注漿、成樁

旋噴注漿作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格控制壓力和旋轉(zhuǎn)速度，施工設(shè)定在22MPa 和18r/min，具體注漿操作時(shí)順序?yàn)橛上轮辽?。噴嘴需要提升時(shí)，將速度和流量分別設(shè)定為25cm/min、80L/min。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行注漿作業(yè)，噴射完畢后，結(jié)合實(shí)際噴射質(zhì)量，必要時(shí)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴時(shí)可適當(dāng)提高速度。為防止最后的固結(jié)體出現(xiàn)不連續(xù)斷裂，需要多次卸管，并且保證搭接長(zhǎng)度＞10cm[5]。此外，為提升地基結(jié)構(gòu)的承載能力，注漿到最后1m 時(shí)，應(yīng)保證上端樁徑≥50cm，而下端樁徑則≥60cm[6]。也就是說(shuō)，注漿施工到最后時(shí)，需要在復(fù)噴時(shí)適當(dāng)擴(kuò)大上下端樁徑。為保證成樁施工質(zhì)量，地基施工時(shí)需要停機(jī)后再供漿。為減少質(zhì)量問(wèn)題，停機(jī)時(shí)在斷漿面上端及下端位置進(jìn)行重復(fù)搭接，并且合理確定搭接長(zhǎng)度。由于地基土質(zhì)主要為粉土，容易出現(xiàn)濕陷，為避免噴嘴受堵，及時(shí)更換壓縮空氣旋噴管插管，更換后的插管壓力達(dá)到1.0MPa[7]。這樣一來(lái)，不僅能夠降低堵管風(fēng)險(xiǎn)，還能顯著提升噴射作業(yè)效率，可謂一舉兩得。

5 施工效益分析

對(duì)復(fù)合地基開(kāi)展靜載試驗(yàn)，采用方形、圓形承壓板，由千斤頂進(jìn)行反力加載，沉降測(cè)量采用精密百分表，選取10 組復(fù)合地基測(cè)量其承載力，經(jīng)過(guò)旋噴樁處理的復(fù)合地基承載力均高于300kPa 的設(shè)計(jì)值，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 10組復(fù)合地基承載力實(shí)際測(cè)量值

6 結(jié)束語(yǔ)

高壓旋噴注漿法被廣泛運(yùn)用到建筑地基沉降問(wèn)題處理中，對(duì)于地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的軟弱地基，或者持力層埋深大、地基承載力要求高的建筑，高壓旋噴注漿法均能發(fā)揮良好的加固作用。本文結(jié)合建筑工程實(shí)例，對(duì)高壓旋噴注漿法的具體應(yīng)用進(jìn)行探討和總結(jié)，結(jié)果證實(shí)，高壓旋噴注漿法是一種高效、可行的地基加固技術(shù)，可在類(lèi)似建筑工程中加以推廣。