高压旋喷加筋水泥土锚桩在基坑工程中的应用

陈忠磊 戚旭东

随着我国经济的快速发展，城市化建设速度也在不断加快，人们对城市基础设施以及交通等需求日益增加。然而由于地质条件限制等因素导致许多基坑工程事故频发，造成严重的人员伤亡与经济损失。近年来，国内外针对锚桩施工的研究越来越多，但是高压旋喷加筋水泥土锚固技术在我国还处于起步阶段。

1.高压旋喷加筋水泥土锚桩工程地质

1.1 高压旋喷加筋水泥土锚桩沉降情况

在基坑工程施工过程中，高压旋喷加筋水泥土锚桩施工是一种特殊的技术。它可以对地基土进行加固。当旋挖钻孔位置出现一些变化或者不均匀的地质状况；在开挖深度较深、地层比较复杂或地下水位高等条件下产生了一定程度的地表隆起和地面沉陷现象，导致基坑工程无法顺利开展，最终造成施工失败并影响整个城市的建设质量。水文特性是指钻孔的深度以及旋喷射参数，包括岩石性质、地基土层类型和地层结构等。基坑开挖采用钻井液注入法时，在实际工程施工中会出现很多影响因素。例如，地质条件与环境情况，基坑内周围存在的地下水位变化等问题都会造成水文特性发生改变，导致桩身变形以及塌陷。在基坑工程中，地下水位高，土层厚度大。因此需要将其作为一种特殊的地质条件[1]。当遇到地下水时就会出现地面塌陷情况、地表裂缝等问题；同时由于水具有流动性和不可逆性而不能进行正常施工工作等一系列因素都可能造成高压旋喷加筋桩发生改变，影响到整个支护结构的安全。

1.2 深基坑开挖受力状况

在现场进行深挖作业时，需要对地基基础以及上部结构面实施必要的加固；同时要注意防止出现沉降、下沉或坍塌现象。如果基坑底板有裂缝或者倾斜位移过大时，就会影响整个工程的安全，因此必须做好相应的预防工作，并及时处理问题，以保证质量。在基坑开挖过程中，由于土体的压力较大，当坡面没有发生位移或沉降时，就会出现不均匀状况，这也是在施工期间产生支护桩变形的原因。当支护结构刚度不足或者是锚杆与围岩之间存在一定距离时，可能造成应力集中现象。地下水位高而引起基坑开挖过程中的土体压力较大，从而使其发生位移或沉降现象，甚至出现坍塌事故。

1.3 高压旋喷加筋水泥土锚桩的稳定性

在基坑工程施工过程中，为了保证地基的稳定性，需要对锚桩进行有效控制，确保其具有安全稳定性。

（1）旋喷加筋水泥土锚固区的沉降、下沉及变形等参数均应符合规范要求。

（2）当土层厚度大于30m 时可以采用预应力技术提高抗渗能力；而在基坑工程施工过程中如果遇到地质条件不允许的情况，要注意对钻孔深度进行控制，避免发生塌方事故。

（3）水泥土搅拌过程。当土层处于松散状态时，如果出现了含水量高、沉降不均匀等情况，就会导致桩身与地面产生较大摩擦力，而使其不能有效发挥作用。为了保证在基坑开挖期间施工安全和工程质量要求，必须严格把控好加筋材料的选择以及用量问题，从而确保锚固效果能够达到设计标准。

2.高压旋喷加筋水泥土锚桩在基坑工程中出现的问题

高压旋喷桩在基坑工程中的应用是利用钻机将泥浆注入到土层中，使土壤结构得以改变。遇到一些软土地基的情况，就会出现塌陷或挤压变形等问题，所以，需要采取一定措施进行处理和加固变位，以便应对可能发生的沉降、开裂或者渗漏现象。因此有必要对高压旋喷桩施工过程中所需的各种设备材料选择具有相应参数值的锚具。在基坑工程施工过程中，由于土体的承载能力、变形特点等会导致支护结构出现不同程度的问题。其中地基是影响桩基的主要原因之一[2]。地基稳定性较差或不均匀沉降有可能发生塌方事故。也有一部分是因为荷载过大引起地下水位过高或者地质条件不好。此外，基坑开挖深度较深就容易产生坍塌现象，从而对工程施工安全和质量带来不利影响。钻孔间距过大，施工工艺不完善，导致桩底沉渣难以处理，影响锚固效果。在开挖过程中，发现泥浆池不够多而没有进行及时清理。为防止基坑塌方和降水对工程的不利影响及工期延误等问题，出现了临时工措施与土体位移监测报警系统设计，实时监控施工进度与现场实际情况相符合，否则将不能准确掌握桩位沉渣深度，使锚固效果变差、不稳定，基坑围护结构设计不合理。在施工过程中，由于施工人员没有根据土层的承载力进行锚桩支护，使锚杆与墙体发生碰撞。在开挖深度超过规定范围后出现了沉降量超限值现象；因为地下水位较高、挖方距离较长等原因导致地基不均匀下沉和基坑周边建筑物产生倾斜等情况，都会影响施工安全。

3.高压旋喷加筋水泥土锚桩现场试验

3.1 高压旋喷加筋水泥土锚桩监测

高压旋喷加筋水泥土锚桩基坑监测的目的在于通过对其进行实时观测，将数据记录下来，为后期施工提供依据。在沉降、稳定的地基上设置监测点主要是为了防止出现沉降及位移较大情况下的工程质量问题。同时，也可以根据现场实际环境和土层特点采取相应技术手段保证桩基稳固性与安全性。对现场进行观测时，必须注意观察地下结构，及时发现并处理安全隐患。在基坑工程施工过程中，要对可能出现的突发情况进行及时处理，防止发生事故。高压旋喷加筋水泥土锚桩技术是一种新型的深挖挡墙工艺。它采用预压力喷射法实现开挖深度不大于500mm、支护结构刚度超过5Mpa。传统使用单侧注浆加固方法时，需要将基坑工程设计成一定长度和间距进行施工，在实际应用过程中往往会出现超长或过短现象。

3.2 高压旋喷加筋水泥土锚桩加固效果

现场观测的目的是通过对施工场地内土体、周围环境和地下构筑物进行全面准确测量，确定各种工程量，以便为后续工作提供可靠依据。在基坑开挖时，应及时向设计单位及监理工程师汇报。同时还应该注意的是：当施工过程中发现地质条件变化或有异常情况发生时要立即停止现场作业。如遇以上问题要立即报告建设方、勘察部门和业主代表进行处理[3]。

桩基的承载力和地基土的强度是评价其质量好坏的主要指标，也就是影响钻孔施工安全与否，因此，在基坑工程中使用旋喷加筋水泥土锚固技术进行加固支护十分重要。旋挖沉陷法具有处理简单、成本低等特点，但是它对周边环境要求较高，容易造成周围土层出现不均匀下沉现象和变形问题的地方不太适用，其施工工期较长且造价昂贵。高压旋喷加筋水泥土锚桩施工的过程中，需要对基坑土质进行处理，才可保证地基稳定性。在实际工程应用中，通常采用喷射预压力，通过使用钻孔机、泥浆泵等设备将水泥砂浆液注入地下封闭空间内的喷嘴中，同时利用泥灰比较大、具有较高强度和较强抗冲击能力的水对基坑土层进行深层处理。

4.高压旋喷加筋水泥土锚桩的数值模拟与方案

在工程施工过程中，需要对实际情况进行分析，而这些数据是通过数值模型实现的。因此建立一个合理、科学的参数设置显得尤为重要[4]。根据相关文献和理论公式可以得到以下几个因素：

（1）基坑围护结构面大小与地基土压力。

（2）基坑开挖深度及宽度以及地下水位。

（3）桩间距、长度等条件。

其中，最主要的是桩长比和设计值对实际工程的影响。根据相关规范以及经验等资料计算出相应数量下各桩位、底板、垫层及土方开挖后土体应力大小和塑性区范围，然后再将这些数据导入公式中分析其可能出现的问题并加以解决，最后把所有数值带入模型中。

锚桩施工过程中，首先在基坑开挖深度内，根据现场实际情况，通过运用数值模拟软件计算出相应数据，锚固土层力学性能分析，利用三维有限元计算平台建立该材料应力应变模型；采用网格划分方式将整个区域划分为若干个单元体结构。其中，每个单元体内都存在不同的受力状态和应力场等各种参数值点。旋喷加筋水泥土锚桩施工过程中，需要对基坑周边的环境进行勘察。了解其周围地层土质分布情况、地下水文条件以及地下水位变化规律等。在实际工程开挖时需注意以下几点：

（1）应尽量减少挖方高度，避免出现沉降或位移。

（2）应尽可能降低泥浆护壁作用和灌注要求。

（3）施工前做好准备工作，为钻孔提供一定的支撑力及稳定地基，防止土体发生变形而影响地基稳定性。

5.总结

本文通过对某锚井基坑工程进行分析，发现其出现的问题并总结出以下几个原因：

（1）在施工过程中没有严格按照设计图纸及规范要求执行，导致现场施工存在一定安全隐患，为防止发生事故，需加强管理。

（2）由于该桩型较深且地基承载力较大、开挖深度比较广等因素导致锚固加筋管失效，所以要采取相应措施来降低其失稳程度，在基坑工程开挖前，需做好排水工作，根据实际情况选择合理方法确定排沟宽度和深度。同时，注意挖土高度以及降水井与场地标高之间的有效结合关系。最后，通过现场实地勘察并结合相关规范要求制定出切实可行的施工方案，以保证工期、质量及成本控制。