软基加固综合技术的应用

赵羚子

（上海申元岩土工程有限公司，上海）

软土在我国东南沿海地区广泛分布，具有高含水量、高压缩性、欠固结等特点，在软土地基上进行工业、交通、民用建筑建设，将造成荷载增加，引起较大的沉降、变形[1]，采取有效措施加固软土地基具有工程应用价值。

土工格室可以限制地基水平任意方向的侧向位移、增加地基压缩模量，具有低成本、施工方便的特点[2]。张航[3]在某车辆基地工程中采用水泥搅拌桩+土工格室+碎石垫层地基加固方法，发现采用三角形形式布置下的三向土工格室可以有效提高地基承载力。作为较为新型的土工材料，土工格室在公路工程中有更加广泛的应用，需要在其他类型工程中进行更多的技术探索。

高压旋喷桩适用于处理淤泥、淤泥质土、砂黏土、黏性土、填土等地基。史恒飞[4]通过工程实例对比分析不同桩径的高压旋喷桩施工方法，其中单管法适用桩径30～80 cm、双重管法适用桩径60～150 cm，三重管法和RJP超高压法适用桩径80～200 cm。李一鸣[5]在某沿海城市海相淤泥软土加固的工程中采用高压旋喷桩工艺，利用三重管法进行施工并取得了较好的成桩质量与截水效果。刘海源，李致立等[6]采用长短高压旋喷桩复合地基工艺加固残坡积次生红黏土，使5.5 m 深度范围内地基承载力特征值达到160 kPa、变形模量12 MPa，在上部荷载200 kPa 的条件下控制沉降量为173 mm。王灿灿，李广正[7]等以云南某工程作为实例，通过plaxis 有限元模拟分析高压旋喷桩承载力性能，桩间距1.5 m 的复合地基承载力达到155 kPa。刘运兰[8]采用高压旋喷桩加固某城市次干路路基，桩长18 m、1.8 m 间距布桩，得到复合地基承载力特征值大于130 kPa，有效加固厚度10～20 m 的深厚饱和淤泥地基。戴俊平，曾旭涛等[9]采用高压旋喷桩工艺加固深度达70 m 的粉质黏土锚碇项目地基，综合对比SJT 与RJP 两种施工方法，SJT 具有更高的成桩质量与工效。本文通过在案例工程中分别采用土工格室换填垫层工艺及高压旋喷桩工艺两种综合技术完成对软土地基的加固，设计计算理论值与现场实践结果皆表明工艺的适用性及效果，力图为后续的同类工程提供借鉴参考。

1 案例工程概况

案例工程项目位于江苏昆山市经济技术发开区，占地面积共计约7 000 m2，场地拟建两栋车间与两栋仓库，本工程设计对车间地坪软土地基进行加固。场地平面布置见图1。

图1 场地平面布置

1.1 地质情况

根据勘察数据可知场地表层分布为人工填土，填土之下场地为全新统（Q4）一般沉积状态不同的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂夹粉土、粉质粘土夹粉砂及粉砂夹粉质粘土。分述如下：①1 杂填土：杂色，结构较松散，主要由软塑状粉质粘土夹较多碎砖、碎石、砼块等建筑垃圾及生活垃圾组成。②1 粉质粘土：灰黄色、灰褐色，饱和，软塑，局部偏可塑，中偏高压缩性。②2 粉质粘土夹淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，软～流塑，高压缩性。③粉质粘土：黄褐色、灰绿色，饱和，可塑，局部硬塑，中压缩性。④1粉砂夹粉土：灰黄色，灰色，饱和，中密，局部偏稍密，中偏低压缩性。④2 粉质粘土夹淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，局部软塑，高压缩性。④3 粉质粘土夹粉砂：灰褐色，饱和，软塑，中偏高压缩性。

1.2 地基处理要求

（1） 地基承载力特征值：地基加固处理后场地复合地基承载力fak≥100 kPa；（2） 工后沉降：地坪工后沉降值S≤30 mm，不均匀沉降值△S/L≤5 mm/12 m。

2 软基加固方案

针对不同区域的处理条件与处理需求，采用综合技术对软基进行加固，其中采用了土工格室换填垫层工艺与旋喷桩复合工艺两种工艺。

2.1 土工格室换填垫层软基加固工艺方案

部分加固范围内设置的工程桩分布较密集，地坪面积较小，因此采用土工格室换填垫层工艺对浅层软土地基进行加固。土工格室换填垫层处理工艺：承台基础施工完成→坑底土层碾压→铺设第一层格室→填充格室碾压→600 mm 回填碾压→铺设第二层格室→填充格室碾压。

单片土工格室示意见图2。土工格室设计参数：（1） 土工格室型号TGGS-200-400，格室高度150 mm，格室片厚1 mm，抗拉强度≥150 MPa，延伸率≤15%，格室伸长宽度6 300 mm，格室伸长长度4 100 mm，格室焊点数14；（2） 格室四周用φ14 的U 型钢筋连接锚固，间距700 mm，中间用φ8 的F 型钢筋锚固，间距1 000 mm。格室连接钢筋大样见图3。

图2 单片土工格室示意

图3 格室连接钢筋大样

回填土碾压设计参数：（1） 坑底土层整平碾压；（2）填入格室材料选取级配砂石，最大粒径不大于20 mm；（3） 回填土压实系数不小于0.96。

土工格室施工要求：（1） 土工格室进场后检验达到要求方可使用；（2） 开挖基础底面进行整平，碾压。铺设一层土工格室；（3） 土工格室未张拉之前用U 型钉将格室连接，格室与格室之间必须完全连接，以形成一个整体；（4） 格室四周用φ14 的U 型钢筋连接锚固，间距700 mm，中间用φ8 的F 型钢筋锚固，间距1 000 mm；（5） 每600 mm 铺设一层土工格室并回填碾压，每层厚度200 mm，压实系数不小于0.96。

2.2 旋喷桩复合软基加固工艺方案

部分加固范围内有足够施工作业面，因此采用旋喷桩复合工艺对浅层软土地基进行加固，加固深度较土工格室更深。旋喷桩复合地基处理工艺：回填土层整平碾压→旋喷桩→褥垫层→土工格栅→褥垫层。旋喷桩设计参数：（1） 旋喷桩桩径D=800 mm，有效桩长L=6.0 m，正方形布置，间距1.6 m×1.6 m；（2） 旋喷桩采用双重管施工工艺，水泥掺量不小于25%，水泥浆液水灰比为0.9，桩体28 d 无侧限抗压强度不小于2.0 MPa；（3） 单桩承载力特征值不小于250 kN。旋喷桩布置大样见图4。

图4 旋喷桩布置大样

褥垫层设计参数：（1） 褥垫层厚度为300 mm；分两层布设，每层厚度150 mm；（2） 褥垫层材料选用级配砂石，碎石最大粒径不大于20 mm；（3） 褥垫层的夯填度不大于0.88。

土工格栅设计参数：（1） 土工格栅为双向土工格栅；（2） 土工格栅设置在褥垫层的中部；（3） 加筋线密度控制在25%～35%，垫层及土工格栅的边缘超出最外排桩中心线不小于1.1 m 且土工格栅端部须锚固固定。土工格栅搭接示意见图5。

图5 土工格栅搭接示意

旋喷桩施工要求：（1） 双重管旋喷法施工工序为：机具就位→贯入喷射管→试喷浆→旋喷注浆→拔管及冲洗等；（2） 双重管法旋喷桩建议施工工艺如下：压力控制，气压不小于0.7 Mpa，水泥浆液压力宜大于25 MPa；（3） 旋喷桩旋喷提升速度15 cm～20 cm/min，水泥浆液流量大于30 L/min。当喷射管置入钻孔，喷射嘴达到设计标高即可喷射注浆，喷射注浆参数达到规定值后，提升喷射管，由下而上旋转喷射注浆，提升旋转速度10～15 r/min。喷射管分段提升的搭接长度不得小于100 mm；（4） 施工前进行不少于3 根工艺试验桩确定相关施工参数、检验机具性能；（5） 水泥采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，要求新鲜无结块，其性能必须符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的规定。

3 承载力及沉降分析

根据规范，计算地基承载力及工后沉降，验证软基加固工艺控制沉降有效性。计算采用的土层力学参数如表1 所示。

3.1 土工格室换填垫层工艺计算

上部荷载：50 kPa，地坪计算尺寸选取7 m×7 m，垫层厚度为1.7 m。

垫层厚度应符合软弱下卧层的地基承载力如下：

对矩形基础，上式中的pz 值可按下列公式简化计算：

下卧层承载力验算如表2 所示。可知采用土工格室换填垫层下卧层承载力满足要求。垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定进行计算。

表2 下卧层承载力验算

计算压缩模量当量：

沉降计算经验系数为0.7，总沉降量s=29 mm 小于30 mm 的沉降要求。

3.2 旋喷桩复合软基加固工艺计算

上部荷载：50 kPa，地坪计算尺寸选取12 m×12 m，高压旋喷桩桩长6 m。

根据《建筑地基处理技术规范》JGJ-79-2012 式7.1.6-1，根据复合地基增强体桩身抗压强度得到单桩承载力为251 kN。

通过计算可知采用旋喷桩复合工艺地基处理深度范围内土层承载力满足要求，并且下卧层承载力满足要求。

复合桩基沉降计算采用复合压缩模量进行计算。在20 m 的地基范围内，压缩模量当量值为10.5 MPa，沉降计算经验系数0.56，计算得到总沉降量为17 mm，小于30 mm 的沉降要求。

施工后的地基承载力检测及沉降监测验证综合性软基加固工艺的效果满足设计要求。

4 结论

本文基于土工格室换填垫层、旋喷桩复合工艺在软基加固工程中的设计与应用，讨论分析这种综合类工艺的加固效果。通过计算分析得到以下结论：

(1) 采用三层TGGS-200-400 土工格室换填垫层下卧层承载力满足要求，并能控制总沉降量为29 mm。

(2) 采用格栅加筋褥垫层与高压旋喷桩工艺，地基处理深度范围内土层以及下卧层承载力满足要求，并能控制总沉降量为17 mm。

(3) 土工格室换填垫层以及旋喷桩复合工艺适用于软基加固施工面有局限的区域，能够在短期内快速提高浅层地基的承载力，并将沉降控制在正常使用的要求范围，通过本案例为后续同类项目的工艺选择提供更多可行方案。