岩溶地区高压旋喷桩处理地基技术工程实例

2019-02-27陈晓阳

广东土木与建筑 2019年2期

陈晓阳

（中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063）

0 引言

近年来，城市用地日趋紧张，很多工程不得不在不良地基上进行修建，当地基承载力及变形不能满足相应要求时，通常需要对地基进行加固处理[1,2]。高压旋喷桩适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，具有施工占地少、振动小、噪音较低等优点[3,4]，本文结合杭州某岩溶地质条件下的工程实例，分析高压旋喷桩处理地基的适用性和经济性。

1 工程概况

1.1 项目概况

浙江省杭州市临安区某建筑，位于临安上泉村范围，即杭徽高速公路以南、规划玲珑大道以东、锦溪以西地块，紧靠锦溪，段址现状主要为农田，在段址中部分布有上泉村部分民房和少量厂房。

本工程为库房，1层（局部2层）钢筋混凝土框架结构，1层为主跨，包含大件库区及货架区，局部2层为辅跨，为办公区。总建筑面积约4 169.96 m2，建筑高度14.40 m。抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值0.05 g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。

1.2 工程地质概况

本工程场地属于冲洪积平原地貌单元，经过挖填施工，地形总体较为平坦，现状场地标高为60.01～63.37 m，平均标高为62.64 m。场地不存在软弱土、液化土，不良地质条件为岩溶及构造破碎带，结合场地地质、地形、地貌特征，属建筑抗震一般地段。

场地内土层自上而下分布有：杂填土（厚0.4～3.3m），素填土（厚0.5～2.8 m），耕植土（厚0.3～1.6 m），粉质粘土（厚0.5～3.9 m），圆砾（厚5～13 m），碎石夹粘土（厚2.3～29.5 m），含砾粉质黏土（厚0.70～8.1 m），构造破碎带（厚0.6～50.1 m），构造带（厚0.3～32.4 m），强风化硅质灰岩（厚0.30～11.4 m），中风化硅质灰岩（见图1）。

根椐本场区内已完成的钻孔67个，其中59个钻孔内揭露139个大小不一的溶洞，钻孔遇洞率为88.06%。揭示溶洞主要为全充填、无充填，其中25个溶洞以粉质黏土、含砾粉质黏土充填，111个溶洞以含黏性土碎石、含黏性土砾砂充填，3个溶洞为无充填物空洞，揭露溶洞洞径为0.40～28.30 m，层顶埋深8.00～78.00 m，层顶标高-14.84～55.56 m。

本工程场地岩溶属覆盖型岩溶，岩溶发育程度为强发育，溶洞除少数无充填溶洞外，大部分溶洞多有充填物，全充填溶洞占比97%以上，充填物以流塑～软塑状含砾粉质黏土、黏土或松散～稍密状含黏性土碎石、角砾（砾砂）为主。

图1 典型工程地质剖面图Fig.1 Typical Engineering Geological Profile

各层土的岩性特征及埋藏条件分述如下：〈1〉素填土：稍湿～很湿，松散。场地内该层广泛分布于地表，层厚介于0.50～6.00 m。〈2〉填砂：稍湿～很湿，松散。层厚介于2.70～8.20 m。〈3〉填石：稍湿，松散。场地内局部分布，层厚介于1.00～6.00 m。〈4〉淤泥质粘土：饱和，软～流塑，含有机质、腐殖质以及贝壳残片，压缩性高，并具流变性及触变性，场地内大部分地段分布，层厚介于2.60～8.70 m。〈5〉可塑状粉质粘土：可塑状，粘塑性好，局部含淤泥质，层厚介于1.00～10.00 m。〈6〉硬塑状粉质粘土：硬塑状，层厚介于1.40～11.50 m。〈7〉中砂：饱和，稍密，层厚介于0.50～6.20 m。〈8〉全风化花岗岩：浸水易软化、崩解，层厚介于3.40～29.30 m。〈9〉强风化花岗岩：风化裂隙发育，层厚介于0.20～12.30 m。

2 基础方案比选

经计算，办公区标准组合下柱底力约为1 000 kN，货架区柱底力约为2 000 kN。由于本工程地质的特殊性，共设计三种基础方案进行比选：承台+桩基础、浅基础+注浆处理、浅基础+旋喷桩处理。

2.1 承台+桩基础

岩溶地区的桩基宜采用钻、冲孔桩，当单桩荷载较大，岩层埋深较浅时，宜采用嵌岩桩[5-7]，根据地勘报告，则优先选用㉞d-3中风化硅质灰岩作为本建筑桩基持力层；㉞1构造破碎带、㉞2构造带也可作为桩基持力层。当选用不同地层作为桩基持力层时，需考虑桩基不均匀沉降问题。

根据地质报告建议及规范要求，在施工前必须进行一桩一孔的施工勘察（包括破坏性试桩），需保证桩端以下一定深度内无溶洞发育。在初步布设桩位后进行钻探，结果显示：圆砾层下溶洞成片发育，深度不一，为使桩端进入灰岩层，部分灌注桩桩长较长，部分桩端下未能够见到灰岩层，而以㉞1构造破碎带等作为持力层时，会出现摩擦桩与嵌岩桩交错布置的情况，甚至同一承台下的桩进入不同持力层。

由于溶洞充填物性质差，采用冲击钻施工是经济稳妥的做法，但施工工期较长；采用旋挖钻施工，则需进行溶洞处理后方可保证桩基正常施工，投资较大，且因桩长较长、施工难度大，工期亦难以保证。

故不推荐方案1的钻孔灌注桩+承台方案。

2.2 浅基础+地基处理

从控制不均匀沉降和降低勘察工程量的角度出发，考虑采用浅基础+地基处理的方案[8]，地基处理可考虑注浆处理或高压旋喷桩处理。

经初步计算，若采用筏板基础，标准组合下的基底反力约为120 kPa，圆砾层的承载力特征值为200 kPa，筏板基础具有整体性强，能够调节不均匀性沉降差等优点，且作为浅基础，具有施工简便、造价低等优点，还可充分利用上覆圆砾层的承载力。因此，根据不同区域承载力的要求优化设计后，考虑在主跨货架重载区采用筏板基础，主跨其余柱下采用条形基础，使得保证基底压力近似相等，以控制不均匀沉降。

因注浆处理属于偏概念性设计，注浆效果检测较难判定，不推荐采用注浆处理后的地基作为持力层。另根据旋喷桩试桩，效果较好，能够满足设计承载力的要求，并且对其可以进行有效的检测以保证成桩质量。

综合以上施工难度、造价、控制沉降等方面对比分析，本工程采用筏板（条形）基础+高压旋喷桩地基处理的方案。

3 高压旋喷桩地基处理

本工程主跨及辅跨由于荷载悬殊较大，为节约造价，采用不同直径高压旋喷桩，且根据地勘资料中溶洞埋深及大小，设计采用不同旋喷桩桩顶及桩底标高，如图2所示。

主跨区域，高压旋喷桩直径D=800 mm，桩间距s=1 700 mm，采用等边三角形布置，要求处理后的承载力特征值达到150 kPa，辅跨区域，高压旋喷桩直径D=700 mm，桩间距s=1700 mm，采用等边三角形布置，要求处理后的承载力特征值达到130 kPa。

本工程条形基础及筏板基础下均有约5 m左右圆砾层⑨4或碎石夹黏土⑯1等力学性质较好的覆盖层，确定加固范围为覆盖层下的溶洞及土层，加固具体深度为覆盖层下穿过溶洞进入稳定持力层[9]。旋喷桩桩顶进入覆盖层不应小于0.5 m，桩底进入构造带深度不应小于0.5 m，若钻孔钻到基岩，则应引孔后施工旋喷桩并保证进入基岩不小于0.2 m。施工工艺如下：

图2 典型旋喷桩桩长示意图Fig.2 Schematic Diagram of Pile Length

⑴本工程桩长较长，采用双重管或三重管施工工艺，建议压力应大于20 MPa，流量应大于40 L/min，气流压力大于0.7 MPa，提升速度宜为0.1～0.2 m/min。对于溶洞充填物区域，采用低压复喷方式，用低压水泥浆注浆一次不还浆，停3～4 h再低压复注1～2次浆液，保证桩体质量，直到孔口正常冒浆。对于局部超深溶洞，无法穿透溶洞时，桩底采用复喷以形成扩底，复喷时间建议不小于3 min。

⑵采用42.5级普通硅酸盐水泥，可根据需要加入外加剂和掺和料。外加剂和掺和料由试验确定。水泥浆液水灰比宜为0.8～1.2，对于溶洞充填物区域等易漏浆段，采用（0.75～0.6）∶1水灰比注浆效果较好，具体水灰比应根据现场试验确定。

⑶旋喷桩施工时应跳桩施工，相邻施工间距不宜小于6 m，相邻旋喷浆同时施工时，往往发生串浆现象，发生串浆后应立即停止相邻桩施工，待注入的浆液初凝后，再施工相邻桩。

⑷由于本工程有较厚覆盖层，施工时钻孔对覆盖层引起的扰动应进行处理，建议覆盖层范围进行低压喷浆，以保证覆盖层的强度不小于原状承载力。由于浆液在凝固过程中的析水作用，导致桩顶上部出现凹穴，因此，水泥浆液接近初凝时，应补充水泥浆液填至设计标高，对覆盖层范围进行超灌以及补浆，保证覆盖层强度以及下部的成桩质量，对于覆盖层范围出现的凹穴，后期回填土施工进行填实碾压处理。

加固后各性能指标应满足以下要求：桩身水泥土强度28 d龄期不应小于2.5 MPa。溶洞内充填物经处理后加固深度范围平均压缩模量Es≮10.0 MPa，加固后桩间土承载力特征值原D2充填物区域不应小于50 kPa，原D3充填物区域不应小于90 kPa，复合地基的承载力不应小于设计值。

施工过程应保证旋喷桩桩身的完整性，对于串珠状溶洞，相邻溶洞夹有中风化岩（＜2 m）或强风化等性质较好土层，应引孔后施工旋喷桩，并加大喷浆压力，保证桩身质量（见图3）。

图3 高压旋喷桩施工Fig.3 High-pressure Rotary Jet Grouting Pile Construction

4 地基处理效果及评价

高压旋喷桩施工完成后，由检测机构进行检测。成桩28 d后采用双管单动取样器在桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，采用钻芯法检测桩身质量及桩身完整性[10,11]。

承载力验收检验采用复合地基静载试验法和单桩静载荷试验。复合地基静载试验采用平板载荷试验，各单体试验点数量不小于3处。本工程对于φ700旋喷桩单桩承载力特征值Ra=240 kN，φ800旋喷桩Ra=320 kN。单桩静载荷试验荷载加载量为2Ra。检测后，复合地基承载力特征值均到达要求，变形满足设计要求。