高压旋喷桩复合地基在软土地基处理中的应用

刘海源，李致立，李成芳

（重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆 400042）

0 引言

高压旋喷桩是以高压水泥浆喷射流水平喷出切割土体，并与土拌和形成水泥土竖向增强体的复合地基[1]。重庆地区广泛存在素填土、黏性土、砂卵石等地基，高压旋喷桩对其均具有良好适应性[2]。本文基于高压旋喷桩复合地基在重庆地区的应用实例，针对土层较厚（平均深度大于25m）及“上硬下软”的次生红黏土场地，采用长桩和短桩交错设置的高压旋喷桩复合地基处理后修建多层建筑。通过对工程实例的分析，验证了该方法的可行性，可为类似工程的地基处理提供参考。

1 工程概况

某工程房屋为8 层花园洋房，框架结构，高度为23.2m，基础形式为片筏基础。地质情况描述如下：

（1）第四系次生红黏土层广泛分布于整个建筑场地，厚度在12.00～47.70m之间，残坡积成因，土层总体呈可塑状，具“上硬下软”的特性；总体评价为中压缩性土，且下部土体压缩性大于表层土；另外，红黏土内夹较多砂岩、页岩、泥灰岩碎块，不同部位土体压缩性存在一定的差异，综合评价为不均匀土质地基；

（2）红黏土下伏基岩为灰岩及泥灰岩，场地内岩溶以溶蚀裂隙及小溶孔等浅表小型岩溶形态为主，无大的岩溶形态发育，根据钻探揭露，场地内未发现隐伏溶洞；

（3）该场地无滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷等不良地质现象，所经过的逆冲断层属非活动断裂，稳定性较好，场地地下水埋深较大，适宜拟建建筑物的修建。场地周边无相邻建筑及市政设施，开展建筑施工不会对周边环境造成不利影响。

2 高压旋喷桩复合地基技术特点

该工程采用“长短高压旋喷桩复合地基”对残坡积次生红黏土进行了地基处理，取得了良好的经济效果，这种地基处理方法在重庆市内的房屋建筑工程中并不多见。项目地基处理的主要技术特点如下所述。

2.1 基础选型

该场地次生红黏土地基的基本特点是：红黏土的状态呈上硬下软状，且内夹块石，均匀性差。经现场静载试验及触探试验检测表明，表层～5.5m 深可塑状次生红黏土的地基承载力特征值为160kPa、变形模量为12MPa；5.5m 以下可塑状次生红黏土的地基承载力特征值为140kPa、变形模量为9.6MPa（地基土的均匀性较差，勘察报告样品试验结果详见表1），不能满足上部结构荷载200kPa 的承载力要求。另外，地基变形计算结果也超过规范限值，直接采用浅基础不可行。

表1 深层次生红黏土旋喷前样品试验统计结果（地勘报告）

上部结构设计单位最初采用的基础形式为嵌岩桩[3]基础。但是，若采用嵌岩桩基础，由于红黏土土层厚度较大，且下伏基岩面起伏较大，则采用嵌岩桩桩长较长，最长达50m 左右，经济性差。若采用摩擦桩，受土层上硬下软的影响，桩周摩阻力也表现为靠近地表摩阻力大、深部小的特点，将摩擦桩桩端置于软土上，建筑变形控制难度大，可能出现不均匀沉降。

经方案多方比选，决定采用“长短旋喷桩复合地基”，该旋喷地基处理方案与原设计单位提出的旋挖桩（嵌岩桩）基础相比较，工期可缩短50%以上，基础投资费用可节约30%以上，整个基础投资费用大约节省1200 万元左右。

2.2 长短高压旋喷桩复合地基的主要特点

（1）长短桩复合地基的特点为：浅部（长桩+短桩）置换率较高，相应的承载力及变形模量高；深部（长桩部分）置换率较低，相应的承载力及变形模量低，这与上部结构荷载作用下，地基土浅部附加应力大、深部附加应力小的特点相匹配，充分发挥了旋喷桩的承载力，实现了建筑材料的充分利用。

（2）受次生红黏土“上硬下软”的影响，上部结构荷载作用下，下卧层土体的变形量较大。该项目中，长桩在提高承载力的同时，更重要的是起到了“减沉桩”的作用。计算表明，下卧层红黏土的承载力基本能抵抗上覆土层和建筑附加应力的作用，主要是针对变形量大，若没有长桩的“减沉”贡献，筏板基础的整体变形量在230mm 左右，短桩间隔加长为长桩后变形量可控制在170mm左右，能满足规范要求。

（3）结构基础宽度为20.9m，长度为43.4m，红黏土层厚23m，容重18kN/m3，基底压力为200kPa。高压旋喷桩桩径0.8m，正方形布桩间距2.0m，表层红黏土地基承载力特征值160kPa＜200kPa，压缩模量12MPa＜15MPa。首先拟采用旋喷桩复合地基处理，旋喷桩长5m，在短桩作用下沉降计算如图1 所示，沉降量[4]计算值如下：

图1 沉降计算示意图

由结果可知，不满足规范要求。

高压旋喷桩桩径0.8m，短桩处理深度为5m，长桩处理深度10m，正方形布桩间距2.0m，长短桩交错布置，详见图2。

图2 高压旋喷长短桩布置示意图

长短桩共同作用下沉降量[3]计算值如下。

由结果可知，满足规范要求。

（4）根据该项目地勘报告，次生红黏土广泛分布于整个建筑场地，为残坡积成因，土层呈可塑状，红黏土内夹较多砂岩、泥灰岩碎块，不同部位土体的压缩性存在一定的差异，土体均匀性较差。地基土经旋喷处理后，使得水泥与土、土夹石充分搅拌混合，提高了地基土的均匀性，可有效控制建筑的不均匀沉降，这是一般浅基础较难实现的。

（5）充分利用垫层的桩土应力调节作用，使桩间土强度得到充分发挥。

2.3 技术成果指标

地基处理完成后开展的复合地基承载力平板试验（表2）表明，地基承载力特征值≥200kPa，压缩模量≥15MPa，各项指标均满足上部结构设计要求，较处理前地基平板试验检测值有明显提高（处理前表层～5.5m 深可塑状次生红黏土的地基承载力特征值为160kPa，变形模量为12MPa，5.5m 以下可塑状次生红黏土的地基承载力特征值为140kPa，变形模量为9.6MPa）。

表2 某建筑物旋喷后平板载荷试验统计结果（检测结果）

3 项目解决的主要技术难题

（1）提高了地基的承载力。采用复合地基处理方法，有效解决了采用浅基础承载力不足，而采用桩基础又存在工期长且工程造价高的问题，提供了一种可供今后设计选择的新基础形式，即基础设计可在复合地基+浅基础、桩基础两者中进行技术性、经济性比较后综合确定最合理的基础形式。不过，复合地基，尤其是旋喷桩复合地基在重庆市以往的房屋工程中并不多见，该技术也并没有引起广大工程技术人员的普遍关注。

（2）降低了地基的变形。通过设置长短桩，充分利用材料的强度，确保了复合地基的承载力能满足设计要求。另外，长桩的主要作用除提高红黏土上部硬层的强度，同时也提高了下部土性较软层的刚度，有效解决了工后沉降过大、超过规范限值的问题，起到了“减沉桩”的作用。

（3）改良了土性，提高了地基土均匀性。旋喷桩在形成复合地基的同时，对土性实际上起到了改良作用。通过高压旋喷对土性进行改良，提高了地基土土性的均匀性，有效避免了建筑基础出现倾斜及局部沉降过大的问题。

4 结语

本文提出的“长短高压旋喷桩复合地基”处理技术，既解决了多层建筑地基承载力、变形及稳定性问题，又节约了成本和工期。长期以来，重庆市的地基基础设计多采用桩基础，部分项目也采用浅基础，而复合地基处理方式则应用较少。而类似该项目中的土质地基，采用浅基础不满足要求，采用桩基础则投入成本太高，此时采用复合地基不失为一种较好的手段。红黏土乃至粘性土地基，在重庆市区周边南川、武隆、万盛、黔江、垫江、梁平、永川等地均有不同程度的分布，该项目对这一方法的成功应用，无疑为类似地质条件下的基础选型提供了一种有益参考。该地基处理方法经济性好、工期短、无污染，属于绿色环保设计施工技术，具有良好的推广应用价值。