高压旋喷桩在长山河海宁片区水系综合整治项目地基加固中的应用

李小冲，刘露庭

（浙江水专工程建设监理有限公司，浙江 杭州 310051）

1 引言

城镇水系整治工程逐渐受到重视，全国各地区正在抓紧时间整治城市水系，改善当地水生态环境[1～2]。在水系整治过程中，往往需要修建大量的水工建筑物，如水闸、大坝、堤岸等。河床沉积物颗粒较细，强度较低，天天地基承载力往往难以满足要求。针对这种现象，就需要采取相关的地基处理措施，提高地基承载力，满足建筑物变形要求。在工程建设过程中，常用的地基加固方法包括：真空预压法[3～4]、换填法[5～6]、强夯法[7～8]、桩基础加固[9～10]等。不同的方法其加固原理也不尽相同，真空预压法、强夯法等是采用相应的方法对原地基土进行压实，排出土体中的水、空气等，从而提高地基承载力。换填法是采用高强度的材料替换原有强度较低的土体，从而改善地基的承载力条件。桩基础加固是采用混凝土等材料，换填部分土体，依靠桩侧摩擦力或者桩端端承力保证上部建筑物的稳定性。

2 工程概况

长山河属于太湖流域，是杭嘉湖南排工程的重要组成部分，自1978 年建成以来，发挥了巨大的经济和社会效益，保护了流域范围内无数群众的安全，带动了当地经济的发展。由于建成时期较早，长山河整治工程势在必行。此次治理段为海宁片区，拟建水闸一座。

水闸建基面坐落在III 淤泥质粉质黏土，且该土层含水量较高，压缩变形大，地基承载力较低，土的重度为18 kN/m3。

3 施工参数确定

长山河海宁片区水系综合整治工程高压旋喷桩施工工程量较大，施工参数选取不合理会造成严重的经济损失，同时也会对工程进度造成不利的影响。因此，在大规模施工前通过试桩的方式确定高压旋喷桩的施工参数尤为重要，是保证工程建设进度和质量不可缺少的内容。高压旋喷桩的主要施工流程见图1。

图1 高压旋喷桩施工流程

试桩采用单管旋喷注浆法进行施工，为确定施工参数选取3 根旋喷桩进行试桩施工，旋喷桩直径为0.6 m，长为8.0 m，采用梅花型布置，当水泥掺量为25%，则加固每立方米土体需要水泥量为450 kg。旋喷桩（含桩头）总长为8.5 m，因此，旋喷桩每米的水泥用量为π×0.322×1×450=127.17 kg，单桩水泥用量为1.08 t。试桩参数见表1。

表1 试桩参数

采用表1 参数，各桩施工效果如下：

1# 桩成孔时间约10 min，喷射时间约57 min，其中桩机操作时间约9 min。施工时灌浆压力为25 MPa。浆液流速为30 L/min。单根桩施工时间：1430/30=48 min。桩长8.5 m，提升速度：850/48=17.7 cm/min。

2# 桩成孔时间约10 min，喷射时间约51 min，其中桩机操作时间约6 min。施工时灌浆压力为27 MPa。浆液流速为32 L/min。单根桩施工时间：1430/28=44.7 min。桩长8.5 m，提升速度：850/44.7=19.02 cm/min。

3#桩成孔时间约10 min，喷射时间约46 min，其中桩机操作时间约6 min。施工时灌浆压力为30 MPa。浆液流速为36 L/min。单根桩施工时间：1430/35=39.7 min。桩长8.5 m，提升速度：850/39.7=21.4 cm/min。

4 施工效果分析

完成试桩试验后，通过现场检验的方法对旋喷桩加固效果进行分析。旋喷桩施工质量检测内容主要包括：桩身完整程度、承载力、喷射距离、无侧限抗压强度以及渗透系数等。检测犯法包括：开挖检测、静载试验、钻探取芯和动力触探等。

4.1 开挖检测

在试桩施工完成后1 个月后，开挖一定深度检验旋喷桩的成桩效果，经检查，3 根试验桩成桩效果较好，桩身垂直，同时，水泥浆液在地面以下均匀分布。有效桩径在61.6 cm～71.4 cm之间，满足设计要求的60 cm。

4.2 单桩载荷试验结果分析

采用静载试验获取单桩承载力情况。荷载板采用圆形，直径为60.0 cm，与旋喷桩设计直径一致。采用分级加载，在沉降变化稳定后再进行下级荷载的施加。本次旋喷桩静载沉降标准为沉降速率不大于0.1 mm/h。3 根试桩的静载试验曲线见图2。

图2 静载试验曲线

从图2 中可知，3 根试桩的静载试验曲线未出现突变点，这表明静载试验完成后均未破坏。根据静载试验结果有两种方法可以获取承载力特征值。

其中，采用沉降量法确定旋喷桩的单桩承载力特征值计算公式如下：

式中：s 为沉降量；b 为荷载板直径。s 对应的荷载值为承载力特征值。

同时，还有一些学者建议采用下式计算单桩承载力特征值：

式中：a、b 为拟合参数；f 为承载力。

由式（2）可知，单桩承载力特征值为时间t→∞时的承载力。

两种方法承载力特征值计算结果见表2。

表2 承载力特征值 单位：kN

从表2 可知两种方法计算结果，3 根试桩的承载力特征值均大于450 kN，满足设计要求。

4.3 取芯检验结果分析

在试桩施工完成一个月后，使用钻机在灌注桩中心取芯，通过岩心完整程度以及岩心力学试验分析试桩的施工效果。3根试桩的岩心均为长柱状，RQD 值为80%～90%，仅局部岩心呈短柱状，旋喷桩的外观完整程度较高，连续性较好，通过取芯，未发现明显的断桩现象。桩心样品室内力学试验结果见表3。

表3 力学实验结果

表3 中，抗压强度值（无侧限）大于设计要求的1.5 MPa，渗透系数也小于1×10-7cm/s。室内力学实验结果表明，适用旋喷桩加固后，地基承载力可以满足设计要求，施工质量为优良。

5 结论

（1）根据试桩结果，旋喷桩施工参数如下：采用灌浆压力为25 MPa～30 MPa，灌注材料水灰比为1.0，旋喷提升速率在15.0 cm/min～20.0 cm/min 之间，每米旋喷桩水泥用量为127.17 kg。

（2）试桩施工完成后，采用开挖、静载和取芯方法对施工质量进行检测，旋喷桩外观完整，连续性好，桩体有效直径在61.6 cm～71.4 cm 之间，大于设计直径60.0 cm。单桩承载力和桩心力学试验结果均可满足要求，试桩施工质量较高。