高壓旋噴樁加固巖溶空洞軟弱地基施工技術(shù)

　　摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化水平的不斷提高，在巖溶空洞軟弱地基上修筑的高層建筑越來越多。如何采取合理的措施來加固巖溶空洞軟弱地基具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。本文在已有的高壓旋噴樁加固技術(shù)相關(guān)理論基礎(chǔ)上，以一典型巖溶地基場地高層建筑項(xiàng)目為依托工程，結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果、現(xiàn)場檢測以及高壓旋噴樁加固技術(shù)資料的收集與分析，并引入土工試驗(yàn)、室內(nèi)配合比試驗(yàn)、微觀結(jié)構(gòu)分析等手段，確定了包括施工工藝、總體布置以及高壓旋噴固結(jié)體的配合比等設(shè)計(jì)參數(shù)在內(nèi)的巖溶空洞軟弱地基高壓旋噴樁加固方案，采用鉆孔取芯、物探等方法對地基加固處理效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，塔樓范圍內(nèi)土洞和溶洞經(jīng)高壓旋噴樁處理后均得以填充，土洞和溶洞填充物的密實(shí)度較高，無鉆孔泥漿漏失問題的存在，經(jīng)過高壓旋噴樁加固處理后，地基的完整性、穩(wěn)定性以及連續(xù)性均得以顯著提高。本文研究內(nèi)容可為今后類似水文地質(zhì)條件下巖溶空洞軟弱地基的加固處理提供技術(shù)資料，供行業(yè)參考使用。

　　關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁;巖溶空洞軟弱地基;地基處理;施工工藝;效果檢測

　　引言巖溶地貌是一種地質(zhì)現(xiàn)象，危害性、處理難度較大，具有基巖不平整、土洞和溶洞分布復(fù)雜、地下水滲透、地基穩(wěn)定性較差和承載力不足等問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國巖溶區(qū)面積約3.44×106m2[1]。巖溶發(fā)育地區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響各類土建工程的安全。如福建龍巖石粉廠地基塌陷[2]，廣西吉利村房屋地基塌陷[3]及浙江黃衢高速路面塌陷[4]等。

　　地基工程論文范例： 組合樁復(fù)合地基方向論文發(fā)表渠道

　　高壓旋噴樁地基處理技術(shù)可改善土體應(yīng)力狀態(tài)，在高壓噴射過程中，場地土體被高壓噴射流切削破壞，土體和水泥漿液在噴射壓力作用下攪拌混合，形成一種特殊的水泥-土骨架結(jié)構(gòu)，以提高地基承載力。隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高壓旋噴樁加固技術(shù)在軟弱地基處理、截水防滲、抗液化及基坑(邊坡)防護(hù)等方面被廣泛應(yīng)用[5-7]，并形成系統(tǒng)的施工工法[8,9]。

　　劉澄赤等[10]采用MJS工法超長高壓旋噴樁加固上海瑞虹新城10號地塊超深土層，用以提高地基強(qiáng)度、剛度及滲透性能。安鵬等[11]采用有限元研究高壓旋噴樁對耳墻式橋臺的加固效果。朱德良等[12]采用高壓旋噴樁處理建筑垃圾雜填土地基，結(jié)果表明，高壓旋噴樁可顯著提高深厚建筑垃圾雜填土地基的地基承載力。國內(nèi)學(xué)者針對高壓旋噴樁加固技術(shù)開展了大量研究工作，但關(guān)于高壓旋噴樁加固處理巖溶空洞軟弱地基，仍未形成較完整的施工理論指導(dǎo)[11-13]。

　　本文在已有理論基礎(chǔ)上，以廣州某典型巖溶地基場地高層建筑項(xiàng)目為依托工程，結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果、現(xiàn)場檢測及高壓旋噴樁加固技術(shù)資料，進(jìn)行土工試驗(yàn)、室內(nèi)配合比試驗(yàn)和微觀結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)并采用依托工程39號地塊高壓旋噴樁加固方案，通過實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證地基處理方案的合理性，為高層建筑巖溶空洞軟弱地基處理提供借鑒。

　　1典型巖溶發(fā)育場地的地質(zhì)環(huán)境條件

　　1.1工程概況

　　依托工程項(xiàng)目擬建于廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn)，場地位于廣花公路西側(cè)，江府路以北約400m，主要由37，38，39，40號4個地塊組成。39號地塊位于項(xiàng)目東北部，紅線用地面積18901.4m2，計(jì)劃建4棟高層住宅(高17，31層各2棟)、4棟1層商業(yè)樓，并配備1棟1層配電房。高層住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)，估算荷載為300kN/m2和500N/m2。設(shè)計(jì)室外地坪標(biāo)高為12.900m，工程對差異沉降敏感，工程重要性等級為二級。

　　根據(jù)鉆探及現(xiàn)場巖性鑒定，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)及現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果，鉆探深度內(nèi)場地地層可劃分為人工填土層(Qml)、第四系沖洪積層(Qal+pl)及石炭系大理巖(C)。場地所分布的沖洪積中砂②2、粗砂②4、礫砂②6、礫砂②8為強(qiáng)透水層，水力性質(zhì)為孔隙潛水，含水層分布穩(wěn)定，總厚度較大，水量豐富，其補(bǔ)給來源為大氣降水及鄰區(qū)地下水的側(cè)向滲流;深部基巖為大理巖，巖溶極其發(fā)育，孔隙潛水與巖溶水聯(lián)系密切，水量豐富，其補(bǔ)給來源為上層地下水的越流補(bǔ)給。

　　1.2巖土工程分析評價(jià)

　　1)場地適宜性根據(jù)廣州市區(qū)域地質(zhì)資料及區(qū)域穩(wěn)定性相關(guān)資料，場地位于廣花盆地江村復(fù)向斜軸部，場地深部基巖為石炭系大理巖，場地及附近無全新活動性斷裂構(gòu)造。詳細(xì)勘探結(jié)果顯示，土洞和溶洞見孔率為80.6%，遠(yuǎn)高于評估報(bào)告反映的數(shù)值，部分地段洞體大，連通性好，不良地質(zhì)作用強(qiáng)烈發(fā)育，存在巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害隱患，場地穩(wěn)定性和場地適宜性均較差。

　　2)地下水影響場地淺層地下水主要分布于第四系沖洪積中砂②2、粗砂②4、礫砂②6等土層中，水力性質(zhì)為孔隙潛水~孔隙微承壓水，水量豐富，勘察期間水位標(biāo)高約6.000m，年變化幅度1.00m。深層地下水主要分布于石炭系大理巖土洞、溶洞及溶蝕裂隙中，水力性質(zhì)為巖溶承壓水，水量豐富，水位標(biāo)高約5.000m，年變化幅度0.50m。

　　3)地震效應(yīng)

　　根據(jù)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]，該項(xiàng)目場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。使用單孔井地波速法(檢層法)對選定的3個鉆孔進(jìn)行波速測試，得到場地20m深度范圍內(nèi)的等效剪切波速分別為178，186，177m/s。據(jù)此可判斷場地土為中軟土，建筑場地類別為Ⅱ～Ⅲ類。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]和GB18306—2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[17]，場地地震動峰值加速度為0.10～0.125g，場地基本地震動加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35～0.45s，場地不良地質(zhì)作用(巖溶)強(qiáng)烈發(fā)育，地震或地質(zhì)環(huán)境改變時(shí)可能發(fā)生地陷等地質(zhì)災(zāi)害，屬建筑抗震危險(xiǎn)地段。

　　4)地基場地大部地段分布雜填土，主要成分為黏土，含碎磚、碎石、混凝土塊等硬雜質(zhì)，土質(zhì)均勻性、工程性質(zhì)較差，欠團(tuán)結(jié)，具有高壓縮性。其下為沖洪積粗砂、礫砂與粉質(zhì)黏土互層，粗砂、礫砂層厚度較大，多為中密密實(shí)狀。粉質(zhì)黏土厚度相對較小，多為可塑狀，淺部為可硬塑狀，工程性質(zhì)一般，深部近基巖部分地段分布含礫粉質(zhì)黏土，硬塑狀，工程性質(zhì)較好。第四系沖洪積粉質(zhì)黏土及砂層工程性質(zhì)一般較好，地基均勻性一般，能夠滿足多層建筑物對地基強(qiáng)度及變形指標(biāo)的要求。

　　場地深部巖層為石炭系大理巖，系可溶性巖石，土洞、溶洞發(fā)育較普遍，洞內(nèi)多為浮泥充填，洞內(nèi)巖溶地下水具微承壓性，土洞和溶洞規(guī)模、埋深變化大，連通性好，穩(wěn)定基巖巖面起伏較大，綜上所述，場地深部的基巖地基屬不均勻地基，存在巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害隱患，擬建高層住宅及重要建筑物分布地段須對土洞、溶洞進(jìn)行特殊處理(深層地基處理)。

　　2高壓旋噴固結(jié)體配合比設(shè)計(jì)及室內(nèi)試驗(yàn)

　　2.1場地原狀土室內(nèi)試驗(yàn)

　　1)室內(nèi)土工試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

　　高倍數(shù)下土顆粒表面非常粗糙，呈層狀分布，整體性較差，受力后存在進(jìn)一步分解的可能，低倍數(shù)下的宏觀表現(xiàn)為顆粒松散不密實(shí)。

　　2.2高壓旋噴固結(jié)體配合比

　　本工程高壓旋噴樁的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)為：水泥漿液采用P.O.42.5R級水泥;水灰比為1∶1;原狀土密度為1.865g/cm3;樁徑為800mm;不同養(yǎng)護(hù)條件下，高壓旋噴固結(jié)體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥2.5MPa。為保證高壓旋噴樁復(fù)合地基施工質(zhì)量，按照J(rèn)GJ/T233—2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[18]，制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的高壓旋噴固結(jié)體試塊，其配合比設(shè)計(jì)步驟為：①確定水泥摻入比基準(zhǔn)值;②選取水泥漿水灰比;③計(jì)算各材料用量比例;④進(jìn)行水泥土試配;⑤調(diào)整并確定水泥土配合比。

　　2.3高壓旋噴固結(jié)體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

　　高壓旋噴固結(jié)體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，在同一養(yǎng)護(hù)條件，同一水灰比條件下，高壓旋噴固結(jié)體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值隨著每延米膠凝材料用量的增加而增大。在同一水灰比，同一每延米膠凝材料用量條件下，水中養(yǎng)護(hù)的高壓旋噴固結(jié)體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度偏低。由此可知，在高壓旋噴樁復(fù)合地基的加固設(shè)計(jì)與施工均需考慮地下水的影響。對依托工程項(xiàng)目39號地塊塔樓范圍土洞和溶洞進(jìn)行處理時(shí)，選用每延米35%膠凝材料用量配比設(shè)計(jì)。

　　3高壓旋噴樁加固處理巖溶空洞軟弱地基施工技術(shù)

　　3.1高壓旋噴樁加固處理巖溶空洞軟弱地基的方案設(shè)計(jì)

　　本次軟弱地基僅處理塔樓底板區(qū)域及附近溶洞和土洞聯(lián)通區(qū)域。運(yùn)用高壓旋噴技術(shù)處理巖溶空洞軟弱地基時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①施工前需結(jié)合詳勘報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙，詳細(xì)查明并確定場地溶洞和土洞的分布情況;②施工高壓旋噴樁前應(yīng)先用地質(zhì)鉆機(jī)引孔并復(fù)核地層情況;③旋噴樁樁頂超過土洞或溶洞的洞頂厚度不得小于1.0m，旋噴樁樁底進(jìn)入巖層深度不得小于1.0m，旋噴樁樁底進(jìn)入溶洞底不得小于1.0m;④旋噴樁應(yīng)結(jié)合引孔反饋的地層情況確定，施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整樁深。

　�、菔┕ろ樞�?yàn)橄仁┕し忾]圈，再施工封閉圈內(nèi)，最后施工封閉圈外;⑥當(dāng)引孔未發(fā)現(xiàn)土洞和溶洞時(shí)，該孔位無需旋噴加固處理;⑦若土洞和溶洞內(nèi)有浮泥充填，旋噴加固處理時(shí)，應(yīng)定噴直至洞內(nèi)全部被水泥漿填滿，旋噴提升速度不得大于10cm/min。根據(jù)設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制的要求，先進(jìn)行塔樓周圈止水帷幕的引孔，再進(jìn)行塔樓區(qū)內(nèi)的引孔。

　　因?yàn)橹顾�帷幕引孔間距為0.6m，場地內(nèi)砂層較厚。所以，施工過程中可能出現(xiàn)穿孔或塌孔的情況，止水帷幕引孔應(yīng)間隔兩個孔進(jìn)行一序列引孔施工。止水帷幕第一序列引孔順序如下：Y1-Y4-Y7-Y10-Y13-……以此類推，再進(jìn)行第二序列引孔，引孔順序如下：Y2-Y5-Y8-Y11-Y14-……以此類推。最后進(jìn)行第三序列引孔，引孔順序如下：Y3-Y6-Y9-Y12-Y15……以此類推。止水帷幕引孔完成后，即可安排高壓旋噴樁施工，待止水帷幕封閉圈注漿處理完成后，可進(jìn)行塔樓區(qū)域的注漿處理。

　　在止水帷幕引孔和注漿施工的同時(shí)，可進(jìn)行塔樓區(qū)域的引孔。塔樓區(qū)域孔位按1.6m×1.6m布置，先用地質(zhì)鉆機(jī)引孔陰影部分的孔位，按1、3、5……這樣的順序，間隔一個孔位進(jìn)行引孔施工，再用多功能鉆機(jī)進(jìn)行其它孔位的引孔施工。這樣地質(zhì)鉆機(jī)能更清楚的判斷場地內(nèi)土洞和溶洞的發(fā)育情況。引孔完成后，可進(jìn)行高壓旋噴注漿。應(yīng)根據(jù)引孔揭露的土洞和溶洞發(fā)育情況進(jìn)行注漿施工，先處理土洞和溶洞埋深較深的孔，再處理淺孔，先處理土洞和溶洞發(fā)育空間較大的孔，再處理發(fā)育較小的孔，注漿也應(yīng)隔孔跳注。

　　3.2高壓旋噴樁施工

　　本工程采用二重管法(簡稱雙管)進(jìn)行高壓旋噴樁施工，注漿管同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)噴射流橫向噴射出，沖擊破壞待加固土體，在高壓水泥漿液和外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結(jié)體。運(yùn)用高壓旋噴樁加固方法處理39號地塊軟弱地基的具體施工步驟為：①做好設(shè)備檢查維修并調(diào)試好設(shè)備;②鉆機(jī)就位鉆孔;③插管和試噴;④高壓旋噴注漿;⑤廢棄漿液處理;⑥沖洗機(jī)具;⑦移動旋噴機(jī)具至下一孔位。

　　3.3加固處理效果檢驗(yàn)

　　1)水泥漿液固結(jié)體檢驗(yàn)在高壓旋噴樁施工過程中，使用水泥漿液澆筑2組共30個(每組15個試塊)尺寸規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm的水泥漿液固結(jié)體試塊。分別檢驗(yàn)養(yǎng)護(hù)3，28d水泥漿液固結(jié)體試塊的抗壓強(qiáng)度。15個養(yǎng)護(hù)3d水泥漿液固結(jié)體試塊的抗壓強(qiáng)度值為：17.09，17.56，18.25，14.78，16.54，17.89，19.23，19.71，16.83，13.97，19.04，14.80，18.88，16.77，18.69MPa。

　　15個養(yǎng)護(hù)3d水泥漿液固結(jié)體試塊的抗壓強(qiáng)度平均值為17.34MPa，變異系數(shù)為0.10。15個養(yǎng)護(hù)28d水泥漿液固結(jié)體試塊的抗壓強(qiáng)度值為：40.60，47.18，38.89，41.90，39.06，39.69，48.62，47.04，42.40，50.18，38.92，43.89，43.19，47.91，48.28MPa。15個養(yǎng)護(hù)28d水泥漿液固結(jié)體試塊的抗壓強(qiáng)度平均值為43.85MPa，變異系數(shù)為0.092。通過上述水泥漿液固結(jié)體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，水泥漿液質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

　　4結(jié)語

　　巖溶空洞軟弱地基存在溶洞土洞多，分布復(fù)雜、巖面起伏大、地下水多等特點(diǎn)，在巖溶場地的建設(shè)工程，若不經(jīng)處理直接施工，容易造成地面塌陷等問題，對工程建設(shè)安全具有不利影響。如何采取合理的措施來加固巖溶空洞軟弱地基具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。高壓旋噴樁是巖溶地基處理的方法之一，特別是考慮到在遵循施工方便、安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的原則下采用高壓旋噴工藝加固地基優(yōu)勢更明顯，不僅該工藝所需設(shè)備簡單，拆遷方便，旋噴固結(jié)體強(qiáng)度高，而且無論是工期、質(zhì)量還是投資控制綜合均為最優(yōu)方案之一。

　　本次對選用高壓旋噴樁對依托工程項(xiàng)目39#地塊塔樓范圍土洞和溶洞進(jìn)行處理，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)、高壓旋噴樁固結(jié)體配合比試驗(yàn)以及掃描電鏡分析的微觀試驗(yàn)，獲得了可靠的高壓旋噴樁設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，進(jìn)一步解釋了高壓旋噴樁加固機(jī)理以及宏觀物理力學(xué)現(xiàn)象對應(yīng)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化過程。根據(jù)工程實(shí)際情況和場地巖溶發(fā)育情況設(shè)計(jì)了高壓旋噴樁加固處理方案并進(jìn)行施工，采用鉆芯檢驗(yàn)、土常規(guī)試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)加固效果，相關(guān)檢驗(yàn)結(jié)果均證明高壓旋噴樁對巖溶空洞軟弱地基的加固效果良好，地基的完整性、穩(wěn)定性以及連續(xù)性均得以顯著提高，說明地基處理方案的合理性，為高層建筑復(fù)雜巖溶地基處理提供了較好的借鑒。

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　　作者：楊燕中1，商治1，宗雷1，楊濤2

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