高压旋喷桩在加固既有建筑地基中的应用

解 志 浩

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

1 概述

高压旋喷桩是利用钻机通过钻杆的旋转、提升，高压水泥浆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌合形成水泥土的竖向增强体。它适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。

高压旋喷桩可作为基础防渗措施，也可作为新建建筑和既有建筑的地基加固措施，其施工应根据工程需要和土质条件选用单管法、双管法和三管法，其加固体形状可分为柱状、壁状、条状和块状。它具有施工机具设备简单、成桩截面大、便于施工、经济实用等特点，对于在施工场地狭窄、净空低或者是施工时不能停止生产、地基变形要求等条件的限制，随着科技发展和机械设备的改进，使高压旋喷桩有着越来越广泛的应用。

高压旋喷桩加固既有建筑地基属于地基托换加固的一种方法。当既有建筑地基承载力不足，或建筑沉降、倾斜、变形、开裂等超过国家有关标准规定的控制指标时，可将高压旋喷桩布置在基础下或基础边缘，使基础部分搁置在旋喷桩上，达到地基加固的目的。

2 工程实例

2.1 工程概况

太原市某学校学生公寓楼建于2006年，地上6层，地下1层，地下室层高2.40 m，筏板基础，基底标高-2.95 m，室内外高差0.70 m，采用3.0 m厚灰土垫层进行处理。建筑南侧约8 m处为高约6.0 m边坡。在使用过程中发现该建筑出现不均匀沉降现象，局部墙体出现裂缝，室外地面也出现了不同程度的沉降。经65 d沉降观测其最大沉降速率达到1.25 mm/d，最大沉降量34.5 mm，平均沉降量29.2 mm，建筑明显向南侧倾斜，且沉降速率不收敛。

2.2 工程地质条件

为了查明该建筑地基土现状，为下一步进行处理提供依据，对该建筑地基进行了补充勘察，根据其勘察结果，场地地基土岩性构成及分布自上而下分述如下：

实测地下水位位于自然地面下9.10 m～10.80 m。

2.3 沉降原因分析

经调查原勘察报告，场地地基土12 m以上原为湿陷性黄土，且20 m范围内未见地下水，由于南侧边坡下长期积水，使该建筑地基浸水，是产生不均匀沉降的主要原因。

2.4 加固方案设计

经多方研究论证，拟采用高压旋喷桩进行加固，由于现地面6 m以下地基土浸水，使第③层、④层、⑤层土扰动，建议桩端持力层为第⑥层密实装粉细砂层。根据地质条件，采用双管旋喷法，施工顺序采用跳打法。桩径600 mm，有效桩长18.0 m，桩端进入第⑥层粉细砂层，共布桩182根，桩位布置见图1。

采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级42.5，注浆压力20 MPa～25 MPa，流量80 L/min～120 L/min；空压机压力0.7 MPa～0.8 MPa，风量1.0 m3/min～2.0 m3/min；注浆管提升速度10 cm/min～20 cm/min，旋转速度10 r/min～20 r/min。浆液水灰比1.0,水泥用量300 kg/m，在桩顶标高2 m范围复喷一次，旋喷注浆完成后24 h内采取水灰比0.5的水泥浆回灌。要求单桩承载力特征值不小于550 kN，桩身强度不小于8 MPa。

2.5 试桩检测

施工前先在场地外侧布置3根试桩，试桩施工完成后28 d进行试桩，根据设计要求共完成3根单桩竖向抗压静载荷试验；并对桩身进行钻芯法检测。

1)根据3根试桩单桩竖向抗压静载荷试验结果，最大加载量均为1 200 kN,沉降达到相对稳定标准，3根试桩的最大沉降量分别为12.31 mm,13.25 mm,16.32 mm，其荷载—沉降曲线呈缓变型，取最大加载量1 200 kN为该3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力，相应的单桩竖向抗压承载力特征值600 kN。

2)对3根试桩进行钻芯法检测，3根试桩芯样连续、完整，呈柱状，搅拌均匀，芯样坚硬，现龄期水泥土芯样代表值均大于8 MPa。

2.6 高压旋喷桩施工

本工程的高压旋喷桩施工主要包括：地表(室外和室内)至既有建筑基础地面成孔、基础底面至灰土垫层底面成孔、旋喷钻机就位、在土层中钻孔、喷射提升、冲洗、清理废浆、回灌等。

本工程施工的难点在于：

1)筏板基础+混凝土垫层厚600 mm；

2)筏板基础下有3.0 m厚灰土垫层，强度较高；

3)地下室净空2.2 m，地下室门宽900 mm，这些都限制了施工机具的条件。

针对上述条件，采取了以下施工措施：

1)室内施工时先采用大行程金刚石套孔机在混凝土筏板上取芯成孔，成孔直径75 mm；室外先采用矿用75钻机钻孔至基础筏板顶面，再用大行程金刚石套孔机在混凝土筏板上取芯成孔。

2)室内采用75钻机改装潜孔锤钻机，轮距小于900 mm，每根钻杆长度不大于1.0 m；室外直接采用带浅孔锤旋喷钻机在灰土中成孔。

本工程施工质量控制重点是：

1)室内注浆由于施工净空的原因需要拆卸钻杆，继续喷浆时应保持不小于0.1 m的搭接长度。

2)高压旋喷桩加固工程的成败关键主要是要控制好桩顶凝固收缩，本工程采用在桩顶2.0 m范围复喷和施工完后进行回灌的方法进行处理，抽取3根桩在施工完7 d后开挖检查，其桩头与灰土垫层底面充分接触，未发现桩顶面中心下陷的现象。

2.7 加固效果

通过对该工程施工前、施工中及施工完成后的沉降观测，施工前最大沉降速率1.25 mm/d，施工过程中沉降速率未出现明显减小，在施工完成15 d后最大沉降速率明显减小至0.25 mm/d，施工完成40 d后最大沉降速率降至0.09 mm/d，后又对该工程进行了长达180 d的沉降观测，最大沉降速率降至0.04 mm/d，平均0.03 mm/d，未发现新的墙体裂缝生成，已有墙体裂缝不再开展，达到了规范规定的稳定状态。由此可见，地基加固效果明显，达到了设计要求。

3 结语

根据本工程的处理结果，采用高压旋喷桩加固既有建筑地基取得了良好的效果。高压旋喷桩以其施工机具设备简单、成桩截面大、成桩质量可控、便于施工、经济实用等特点，尤其是在既有建筑施工场地条件限制的条件下，其加固效果明显、可靠，是一种行之有效的地基处理方法。