中建三局基础设施有限公司 湖北武汉 430064
摘要：为了有效避免岩溶洞地区桩基施工时因为岩溶层反复漏浆发生上部淤泥层、杂填土和素填土挤破泥浆护壁导致塌孔、地面塌陷等情况，对含淤泥层的桩基在施工前采用高压旋喷桩环形加固桩基周边软弱土层的方式进行处理，处理结果显示处理后的桩基施工情况良好，未发生塌孔、地面塌陷等不利情况，表明高压旋喷桩环形加固技术能够有效提高桩基桩位软弱地基层的承载力，为类似工程提供了技术借鉴。
关键词：高压旋喷桩；软弱土层；塌孔；环形加固
0 前言
本文以珞狮南路改造及配套工程为例分析高压旋喷桩环形加固技术在处理岩溶洞地区桩基桩位软弱土层的可行性，工程位于岩溶洞高度发育的武汉地区，局部地段为池塘、湖泊回填区域，土质情况较差，地表多为杂填土，杂填土层下部为淤泥层。淤泥层较厚，约0.3~7.4m，流塑性强（塑性指数33.9，液性指数0.97）、压缩性高（压缩模量1.7MPa）、粘结力小（粘聚力8kPa）。桩基钻进施工时遇到溶洞漏浆，桩孔内水头迅速下降，造成内外压强差，使淤泥层挤破泥浆护壁，从而导致孔壁严重坍塌的现象，这种突发状况对机械和施工人员有极大隐患，为保证工程质量和人员设备安全，需要对含溶洞及破碎灰岩带的桩基桩位处软弱土层进行加固处理。
高压旋喷桩作为地基加固处理的方式，在工程实际中应用较为广泛，但在工程桩基施工中加固桩位处软弱土层的应用较为罕见。与传统的钢护筒跟进处理方式相比，高压旋喷桩具有施工灵活性强、安全性高、施工工艺成熟、工期短、工程成本低等优势。本文结合珞狮南路改造工程项目中提出的一种新型高压旋喷桩环形加固桩基周边软弱土层的处理技术，对高压旋喷桩环形加固岩溶洞地区桩基桩位软弱土层在工程实例中应用的可行性进行分析。
1 方案优选与旋喷桩加固机理
1.1 加固方案优选
珞狮南路改造及配套工程高架桥下部结构桩基可分为桩径1.6m、1.5m、1.3m与1.2m四种类型的桩基。
由于珞狮南路改造及配套工程所处区域岩溶洞高度发育，且土层地质条件较差，淤泥层的分布较广、分布深度较深，约4.1~19.2m、淤泥层厚度较厚，约0.8~9.9m。
采用传统的钢护筒跟进方式进行处理时，受地质条件影响，钢护筒打设难度大、钢护筒垂直度控制要求严格、工程造价高。
综合考虑采用高压旋喷桩加固的形式对桩基桩位处的软弱土层进行处理以保证桩基桩位处土层侧向抗压强度满足要求，具体的两种溶洞地区软弱土层处理方式经济技术指标对比见表1。
表1 经济技术指标对比表
1.2旋喷桩加固机理
珞狮南路及改造工程项目高压旋喷桩采用MGJ-50型钻机，并配置水泥浆搅拌输送装置，单管喷射注浆，高压旋喷桩的各相关参数见表2，具体的旋喷桩构造图如图1所示。
表2 高压旋喷桩参数表
a.MGJ-50型钻机
b.水泥浆搅拌池
图1 高压旋喷桩构造图
高压旋喷桩的加固机理包括两个方面，一方面喷射浆体对地基土加固硬化，另一方面水泥浆与地基土体形成复合地基，提高了地基土的强度，对土体竖向和侧向均形成限制作用，这两个机理可分别称为微观机理和
宏观机理。水泥浆与处理土层混合，可以得到混凝土性状的加固体，主要具有以下两种作用：
（1）水泥的凝结作用
从化学角度来讲，成品水泥所含的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙以及铁相固溶体的水化作用，产生大部分是结晶物，在旋喷水泥土中这种反应同样发生，这是水泥固化后强度大幅提高的原因所在，高压旋喷桩强度主要基于这一点。
（2）水泥与土的作用
高压旋喷中水泥与土的拌合程度比搅拌桩完全，水泥与土完全结合后水化反应生的晶体均质地分布在土体中，水泥颗粒与土体颗粒粘结成整体，随着后期的反应，这种粘结程度更加牢固，旋喷桩的形成过程与混凝土构件的形成过程是类似的，不同点在于高压旋喷桩水泥浆的配料拌合和养护都是在旋喷桩的加固位置完成。
高压旋喷桩地基处理方法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备将水泥浆变成高压喷射流横向喷出，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体，以达到加固地基的目的，其具体的施工工艺流程如图2所示。
图2 旋喷桩施工流程图
2 旋喷桩环形加固布置
2.1旋喷桩平面布置
高压旋喷桩加固桩基桩位处的软弱土层沿桩周打设两圈，内层旋喷桩边距桩基桩边20cm，旋喷桩相接或相交。
桩径1.6m与1.5m的灌注桩沿桩周内圈打设16根，沿桩周外圈打设20根，共计36根旋喷桩。
桩径1.3m与1.2m的灌注桩沿桩周内圈打设15根，沿桩周外圈打设19根，共计34根旋喷桩。旋喷桩的平面布置形式如图3所示。
a．四桩工字型承台
b.四桩矩形承台1
c.四桩矩形承台2
d.两桩矩形承台
图3 旋喷桩平面布置形式图
2.2旋喷桩纵断面处理范围
1.旋喷桩喷浆加固处理桩位处淤泥层和上下相接范围的土层，从淤泥层下方土层1.5m处开始上提并喷浆，缓缓提升插管并均匀喷射水泥浆液，提升至地面层时可停止喷浆，若淤泥上方为杂填土或素填土，一并进行喷浆加固处理。
2.对于桩基施工过程中出现塌孔现象进行了全回填处理的桩位或存在较大溶洞的桩位，需对全部土层进行旋喷桩加固处理，处理范围如图4所示
a.存在淤泥
b.土层全处理
图4 旋喷桩加固竖向示意图
3 旋喷桩环形加固效果评价
3.1桩基成孔情况分析
选取珞狮南路改造及配套工程中桩基桩位处含淤泥与溶•桩环形加固处理，另外32根桩在工程前期未经高压旋喷桩加固处理，统计结果见图5。
图5 桩基成孔情况统计图
由统计结果可知，未经高压旋喷桩加固处理的桩基在成孔过程中，有约40%的桩基出现了塌孔或地面塌陷等不利情况，而经过过高压旋喷桩环形加固处理后的桩基在成孔过程中均未出现塌孔或地面塌陷等不利情况，表明此种高压旋喷桩环形加固技术能够有效地处理岩溶洞地区的软弱土层。
3.2 旋喷桩取芯试验结果分析
高压旋喷桩成桩28天后，在旋喷桩中心位置10-15cm处上、中、下3处分别通过钻芯法取芯检测，测得旋喷桩3个不同深度位置芯样试件抗压强度值中的最小值为高压旋喷桩取芯试验无侧限抗压强度代表值。
随机选取10根高压旋喷桩进行取芯试验测得10组高压旋喷桩的无侧限抗压强度代表值均大于2.0MPa，满足规范强度要求，表明高压旋喷桩
环形加固桩基桩位软弱土层的技术安全可靠，具体的试验结果见表3。
表3 高压旋喷桩芯样试件抗压强度表
3.3 桩基检测结果分析
对经过高压旋喷桩环形加固后的74根桩基进行成桩后的桩基检测，检测结果均为Ⅰ类桩，表明经此种环形加固技术处理的桩基成桩质量良好，具有较大的工程推广意义。
4 结论
a．经高压旋喷桩环形加固后的桩基施工情况良好，未出现塌孔地面塌陷等不利情况，表明此种加固技术能够有效处理岩溶洞地区的软弱土层。
b．依据取芯单轴抗压试验结果，旋喷桩强度满足规范要求，表明高压旋喷桩环形加固桩基桩位软弱土层的技术安全可靠。
c．依据桩基检测结果，经旋喷桩环形加固后的桩基桩位成桩质量良好，均为Ⅰ类桩，且相较于传统的钢护筒跟进处理方式，采用高压旋喷桩加固软弱土层减短了工期，节约了工程成本，具有较强的工程推广意义。
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论文作者:张剑波,赵军杰,聂平芳,谢快
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：桩基论文; 土层论文; 高压论文; 环形论文; 软弱论文; 淤泥论文; 岩溶论文; 《基层建设》2018年第1期论文;