高壓旋噴樁加固巖溶空洞軟弱地基施工技術

　　摘要：近年來，隨著我國經濟的快速發(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實意義和理論價值。本文在已有的高壓旋噴樁加固技術相關理論基礎上，以一典型巖溶地基場地高層建筑項目為依托工程，結合地質勘查結果、現場檢測以及高壓旋噴樁加固技術資料的收集與分析，并引入土工試驗、室內配合比試驗、微觀結構分析等手段，確定了包括施工工藝、總體布置以及高壓旋噴固結體的配合比等設計參數在內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行檢驗，檢驗結果表明，塔樓范圍內土洞和溶洞經高壓旋噴樁處理后均得以填充，土洞和溶洞填充物的密實度較高，無鉆孔泥漿漏失問題的存在，經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。本文研究內容可為今后類似水文地質條件下巖溶空洞軟弱地基的加固處理提供技術資料，供行業(yè)參考使用。

　　關鍵詞：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現象，危害性、處理難度較大，具有基巖不平整、土洞和溶洞分布復雜、地下水滲透、地基穩(wěn)定性較差和承載力不足等問題。據統(tǒng)計，我國巖溶區(qū)面積約3.44×106m2[1]。巖溶發(fā)育地區(qū)內地質災害頻繁發(fā)生，嚴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： 組合樁復合地基方向論文發(fā)表渠道

　　高壓旋噴樁地基處理技術可改善土體應力狀態(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-土骨架結構，以提高地基承載力。隨著城市建設的快速發(fā)展，高壓旋噴樁加固技術在軟弱地基處理、截水防滲、抗液化及基坑(邊坡)防護等方面被廣泛應用[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。國內學者針對高壓旋噴樁加固技術開展了大量研究工作，但關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[11-13]。

　　本文在已有理論基礎上，以廣州某典型巖溶地基場地高層建筑項目為依托工程，結合地質勘查結果、現場檢測及高壓旋噴樁加固技術資料，進行土工試驗、室內配合比試驗和微觀結構分析，設計并采用依托工程39號地塊高壓旋噴樁加固方案，通過實際檢驗結果驗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)育場地的地質環(huán)境條件

　　1.1工程概況

　　依托工程項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，江府路以北約400m，主要由37，38，39，40號4個地塊組成。39號地塊位于項目東北部，紅線用地面積18901.4m2，計劃建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構，估算荷載為300kN/m2和500N/m2。設計室外地坪標高為12.900m，工程對差異沉降敏感，工程重要性等級為二級。

　　根據鉆探及現場巖性鑒定，結合室內土工試驗及現場標準貫入試驗成果，鉆探深度內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為強透水層，水力性質為孔隙潛水，含水層分布穩(wěn)定，總厚度較大，水量豐富，其補給來源為大氣降水及鄰區(qū)地下水的側向滲流;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，其補給來源為上層地下水的越流補給。

　　1.2巖土工程分析評價

　　1)場地適宜性根據廣州市區(qū)域地質資料及區(qū)域穩(wěn)定性相關資料，場地位于廣花盆地江村復向斜軸部，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造。詳細勘探結果顯示，土洞和溶洞見孔率為80.6%，遠高于評估報告反映的數值，部分地段洞體大，連通性好，不良地質作用強烈發(fā)育，存在巖溶塌陷等地質災害隱患，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，水力性質為孔隙潛水~孔隙微承壓水，水量豐富，勘察期間水位標高約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，水力性質為巖溶承壓水，水量豐富，水位標高約5.000m，年變化幅度0.50m。

　　3)地震效應

　　根據GB50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》[16]，該項目場地抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組。使用單孔井地波速法(檢層法)對選定的3個鉆孔進行波速測試，得到場地20m深度范圍內的等效剪切波速分別為178，186，177m/s。據此可判斷場地土為中軟土，建筑場地類別為Ⅱ～Ⅲ類。依據《建筑抗震設計規(guī)范》[16]和GB18306—2015《中國地震動參數區(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譜特征周期為0.35～0.45s，場地不良地質作用(巖溶)強烈發(fā)育，地震或地質環(huán)境改變時可能發(fā)生地陷等地質災害，屬建筑抗震危險地段。

　　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，土質均勻性、工程性質較差，欠團結，具有高壓縮性。其下為沖洪積粗砂、礫砂與粉質黏土互層，粗砂、礫砂層厚度較大，多為中密密實狀。粉質黏土厚度相對較小，多為可塑狀，淺部為可硬塑狀，工程性質一般，深部近基巖部分地段分布含礫粉質黏土，硬塑狀，工程性質較好。第四系沖洪積粉質黏土及砂層工程性質一般較好，地基均勻性一般，能夠滿足多層建筑物對地基強度及變形指標的要求。

　　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，洞內多為浮泥充填，洞內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災害隱患，擬建高層住宅及重要建筑物分布地段須對土洞、溶洞進行特殊處理(深層地基處理)。

　　2高壓旋噴固結體配合比設計及室內試驗

　　2.1場地原狀土室內試驗

　　1)室內土工試驗參數統(tǒng)計

　　高倍數下土顆粒表面非常粗糙，呈層狀分布，整體性較差，受力后存在進一步分解的可能，低倍數下的宏觀表現為顆粒松散不密實。

　　2.2高壓旋噴固結體配合比

　　本工程高壓旋噴樁的設計技術參數為：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)護條件下，高壓旋噴固結體28d無側限抗壓強度應≥2.5MPa。為保證高壓旋噴樁復合地基施工質量，按照JGJ/T233—2011《水泥土配合比設計規(guī)程》[18]，制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的高壓旋噴固結體試塊，其配合比設計步驟為：①確定水泥摻入比基準值;②選取水泥漿水灰比;③計算各材料用量比例;④進行水泥土試配;⑤調整并確定水泥土配合比。

　　2.3高壓旋噴固結體的無側限抗壓強度試驗

　　高壓旋噴固結體28d無側限抗壓強度，在同一養(yǎng)護條件，同一水灰比條件下，高壓旋噴固結體28d無側限抗壓強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)護的高壓旋噴固結體28d無側限抗壓強度偏低。由此可知，在高壓旋噴樁復合地基的加固設計與施工均需考慮地下水的影響。對依托工程項目39號地塊塔樓范圍土洞和溶洞進行處理時，選用每延米35%膠凝材料用量配比設計。

　　3高壓旋噴樁加固處理巖溶空洞軟弱地基施工技術

　　3.1高壓旋噴樁加固處理巖溶空洞軟弱地基的方案設計

　　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。運用高壓旋噴技術處理巖溶空洞軟弱地基時，需注意以下幾點內容：①施工前需結合詳勘報告和設計圖紙，詳細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先用地質鉆機引孔并復核地層情況;③旋噴樁樁頂超過土洞或溶洞的洞頂厚度不得小于1.0m，旋噴樁樁底進入巖層深度不得小于1.0m，旋噴樁樁底進入溶洞底不得小于1.0m;④旋噴樁應結合引孔反饋的地層情況確定，施工中應根據實際地質情況調整樁深。

　�、菔┕ろ樞驗橄仁┕し忾]圈，再施工封閉圈內，最后施工封閉圈外;⑥當引孔未發(fā)現土洞和溶洞時，該孔位無需旋噴加固處理;⑦若土洞和溶洞內有浮泥充填，旋噴加固處理時，應定噴直至洞內全部被水泥漿填滿，旋噴提升速度不得大于10cm/min。根據設計及質量控制的要求，先進行塔樓周圈止水帷幕的引孔，再進行塔樓區(qū)內的引孔。

　　因為止水帷幕引孔間距為0.6m，場地內砂層較厚。所以，施工過程中可能出現穿孔或塌孔的情況，止水帷幕引孔應間隔兩個孔進行一序列引孔施工。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，可進行塔樓區(qū)域的引孔。塔樓區(qū)域孔位按1.6m×1.6m布置，先用地質鉆機引孔陰影部分的孔位，按1、3、5……這樣的順序，間隔一個孔位進行引孔施工，再用多功能鉆機進行其它孔位的引孔施工。這樣地質鉆機能更清楚的判斷場地內土洞和溶洞的發(fā)育情況。引孔完成后，可進行高壓旋噴注漿。應根據引孔揭露的土洞和溶洞發(fā)育情況進行注漿施工，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)進行高壓旋噴樁施工，注漿管同時將高壓水泥漿和空氣兩種介質噴射流橫向噴射出，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體。運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做好設備檢查維修并調試好設備;②鉆機就位鉆孔;③插管和試噴;④高壓旋噴注漿;⑤廢棄漿液處理;⑥沖洗機具;⑦移動旋噴機具至下一孔位。

　　3.3加固處理效果檢驗

　　1)水泥漿液固結體檢驗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的水泥漿液固結體試塊。分別檢驗養(yǎng)護3，28d水泥漿液固結體試塊的抗壓強度。15個養(yǎng)護3d水泥漿液固結體試塊的抗壓強度值為：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3d水泥漿液固結體試塊的抗壓強度平均值為17.34MPa，變異系數為0.10。15個養(yǎng)護28d水泥漿液固結體試塊的抗壓強度值為：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28d水泥漿液固結體試塊的抗壓強度平均值為43.85MPa，變異系數為0.092。通過上述水泥漿液固結體抗壓強度試驗結果可知，水泥漿液質量滿足設計要求。

　　4結語

　　巖溶空洞軟弱地基存在溶洞土洞多，分布復雜、巖面起伏大、地下水多等特點，在巖溶場地的建設工程，若不經處理直接施工，容易造成地面塌陷等問題，對工程建設安全具有不利影響。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實意義和理論價值。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、安全可靠和經濟合理的原則下采用高壓旋噴工藝加固地基優(yōu)勢更明顯，不僅該工藝所需設備簡單，拆遷方便，旋噴固結體強度高，而且無論是工期、質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目39#地塊塔樓范圍土洞和溶洞進行處理，通過室內土工試驗、高壓旋噴樁固結體配合比試驗以及掃描電鏡分析的微觀試驗，獲得了可靠的高壓旋噴樁設計技術參數，進一步解釋了高壓旋噴樁加固機理以及宏觀物理力學現象對應的細觀結構變化過程。根據工程實際情況和場地巖溶發(fā)育情況設計了高壓旋噴樁加固處理方案并進行施工，采用鉆芯檢驗、土常規(guī)試驗和靜載試驗檢驗加固效果，相關檢驗結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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