高压旋喷桩处理软弱地基的研究

孙旺

【摘 要】高压旋喷桩处理软弱地基包括复合地基承载力设计和高压旋喷桩施工方法.从高压旋喷桩的加固机理和计算参数的设计以及高压旋喷桩的施工工艺等方面,论述了高压旋喷桩处理软弱地基的技术可行性和适用性. 【期刊名称】《建材技术与应用》 【年(卷),期】2008(000)003 【总页数】3页(P10-12)

【关键词】高压旋喷桩;复合地基;地基加固 【作 者】孙旺

【作者单位】中铁十七局集团有限公司,山西,太原,030006 【正文语种】中 文 【中图分类】TU472.3 引言

高压旋喷注浆是利用钻机将安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后，用高压浆泵等装置以20 MPa以上的压力将浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使水泥浆液与土体搅拌混合成一定形状的水泥土(即旋喷桩)，从而达到提高地基承载力、减小地基沉降的目的。 1 高压旋喷桩技术参数的设定

1.1 桩长的确定

旋喷桩按其受力状态主要分为两种情况：一是将旋喷桩加固到坚硬的中(微)风化岩层上，按端承桩进行设计与计算；二是旋喷桩只加固到一定深度的土层，旋喷桩承载力主要由桩侧摩阻力承担，同时考虑桩底承载力的作用。在后一种情况的加固中，旋喷桩的加固深度是有限的，当其达到某一值时，旋喷桩既能满足承载力要求，又不会造成浪费，该值称为旋喷桩的有效加固深度(即有效桩长)。旋喷桩的有效桩长可按JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》中的公式计算： (1)

式中：有效桩长；

Ra——桩体与土之间的摩擦系数； up——桩的半径；

qsi——桩周第i土层的侧摩阻力。 1.2 桩径的确定

旋喷桩固结体的尺寸主要取决于下列因素：土的类别及其密实程度；高压喷射注浆的方法(注浆管的类别)；喷射技术因素(包括喷射压力与流量、喷嘴直径与个数、压缩空气的压力、流量与喷嘴间隙、浆管的提升速度与旋转速度)等。

在实际设计中，如果使用水泥浆液，选择压力为20 MPa左右，所用喷嘴直径在2.0 mm砂性土(适用于5(3)

式中：D——旋喷固结体的直径；N——标准贯入度。 1.3 桩距与布桩形式的确定

将旋喷桩用作竖向荷载的复合地基时，桩间距可取桩身直径的2～3倍，同时也需要考虑工程的规范要求来确定最后的取值。布桩形式应依据基础的形式来确定，对于大面积的满堂处理，桩位宜采用等边三角形布置；对于独立或条形基础，宜采用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于环形宜采用放射形布置；对于管基等，宜根据管径大小采用单排或双排的梅花形布置。 1.4 旋喷桩复合地基承载力的验算

旋喷桩单桩承载力特征值取(4)式和(5)式二者中的最小值： (4) (5)

式中：Rdk——单桩承载力，kPa；fcu,k——桩身试块(边长为70.7 mm的立方体)的无侧限抗压强度平均值，kPa；η——强度折减系数，可取0.35～0.5；D——桩的平均直径，mm；hi——桩间第i层的厚度，m；qsi——桩间第i层土的摩擦力标准值，可采用钻孔灌注桩侧壁摩擦力标准值，kPa；qp——桩端天然地基土的承载力标准值，kPa。 旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计时可按(6)式计算或结合土质情况以及工程经验等确定： fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fsk (6)

式中：fsp,k——复合地基的承载力特征值，kPa；m——面积置换率，%；Ap——桩的平均截面积，m2；β——桩间天然地基土承载力折减系数；Ra——单桩竖

向承载力特征值，kPa。 1.5 复合地基变形计算经验公式

当前，复合地基变形计算的理论正处于不断发展和完善过程中，还无法更精确地计算其应力场而为沉降计算提供合理的模式，因而复合地基的变形计算多采用经验公式。

在各类比较实用的计算方法中，往往将复合地基变形分为两部分：加固区的变形量s1和下卧层的变形量s2，地基应力场近似地按天然地基进行计算。 (1)加固区变形量的计算：

按复合模量计算变形，将复合地基加固区中增强体和土体视为一个统一的整体，采用复合压缩模量来评价其压缩性。复合土层的压缩模量可按(7)式确定： Eps=[Es(Ae-Ap)+EpAp]/Ae (7)

Es=∑Ai/∑(Ai/Esi) (8)

式中：Eps——旋喷桩复合土层压缩模量；Es——桩间土的压缩模量，可用天然地基土的压缩模量代替；Ep——桩体的压缩模量，用测定混凝土割线弹性模量的方法确定；Ap——桩的截面积；Ai——第i层土附加应力沿土层厚度的积分值。 (2)复合地基总沉降变形的计算：

S=ψΣn1i=1[p0(zii-zi-1i-1)/ζEsi]+ Σn2i=n1+1[p0(zii-zi-1i-1)/Esi]

(9)式中：n1——加固区范围土层分层数；n2——沉降计算深度范围内土层总的分层数；p0——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力；Esi——基础底面下第i层土的压缩模量，在此取其每层土复合压缩模量；zi，zi-1——基础底面至第i层、第(i-1)层到土底面的距离；i，i-1——基础底面计算点至第i层土、第(i-1)层土底面范围内平均附加应力系数；ζ——加固区土的模量提高系数，

ζ=fsp，k/fk；ψ——沉降计算修正系数。 (3)复合地基变形计算深度必须大于复合土层的厚度，并应满足(10)式的要求： (10)

式中：ΔSi——在计算深度范围内，第i层土的计算变形值；ΔSn——由计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值。 若确定的计算深度下部仍有较软弱的土层时，应继续计算。

2 高压旋喷桩施工顺序与质量检测

(1)钻机就位：将钻机安置在设计的孔位上，钻杆头对准孔位中心，校正钻机的水平，以保证钻孔的垂直度。

(2)钻孔、插管：为了将旋喷浆插入预定的土层中，钻孔方法应视地质情况、加固深度、机具设备等条件决定。采用76型旋转振动钻机时，钻孔和插管两道工序合二为一。

(3)喷射注浆：当注浆管插入预定的深度后，即可自下而上进行高压注浆。当注浆管不能一次提升完成需分数次卸管时，卸管后喷射的搭接长度须≮100 mm，以保证固结体的整体性。对同一土层进行喷射可增大加固范围和提高固结体强度，所以，在底部和顶部进行复喷可以增大承载力。

(4)拔出注浆管：当高压喷射注浆完毕或因故中断、短时间内不能继续喷射时，均应立即拔出注浆管，清洗后备用。

(5)高压喷射注浆的施工监测：为了使高压注浆的质量达到设计要求，必须对各种喷射介质的压力、流量、喷头旋转速度和提升速度等参数用仪器记录下来，一则可以当某项参数超过或低于设计值时及时报警，便于施工人员检查排除故障，二是可作为原始记录存档。

(6)高压旋喷桩的质量检测：旋喷桩施工完毕，随机抽取总数的2 %～5 %的桩进

行检验，主要内容包括固结体的整体性、均匀性、有效直径、垂直度、强度特性等。检验方法可采用开挖检验、钻孔取芯、标准贯入试验、载荷试验等，检验点应布置在建筑荷载较大的部位、施工中出现异常情况的部位以及因地质情况复杂对质量产生影响的部位。 3 结语

实践证明，采用高压旋喷桩技术进行地基加固的效果是显著的，它不仅适用于场地狭窄、不宜进驻大型机具设备或地处陡坎坡地不宜强夯处理等场合，而且对于中、小型结构地基和既有建筑物地基的加固，也不失为一种安全可靠、切实可行的方法。 参考文献：

[1] JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范[S].

[2] 顾伯禄.旋喷桩和搅拌桩复合地基设计探讨[J].东南大学学报(自然科学版)，1999，(S1)：114-120.

[3] 曾国熙.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.