高压旋喷水泥桩复合地基在复杂地质中的应用

高压旋喷水泥桩复合地基在复杂地质中的应用

唐建华

唐建华

韶关市建筑设计院乐昌分院广东韶关512000

摘要：近些年来，随着我国社会经济的快速发展，各种工程不断兴起，对地基的处理水平也提出了更高的要求。在实际工程建设当中，不同地区的地质条件有很大差异，经常会遇到复杂地质的情况，选择合适的地基处理技术就十分重要。本文就对高压旋喷水泥桩复合地基在复杂地质中的应用进行探讨，以提升地基的稳固性和承载力，保证工程的安全。

关键词：高压旋喷水泥桩；复合地基；复杂地质；应用

地基是建筑工程的重要组成部分，地基的处理水平决定着建筑结构的安全性，所以，必须加强对地基处理的重视，尽量提高地基的承载力、稳定性。高压旋喷水泥桩复合地基是通过借助高压喷射出水泥浆液，使其与原有的地基结合固化之后，形成新的复合地基，起到提高地基承载力和稳定性的目标，具有施工方便快捷、成本低、处理深度大等优点[1]。

一工程地基处理方案设计

（一）工程概况

美的家园工程拟建场地原为旧房及商铺，原为美的鞋店，场地已整平。工程拟建建筑物属中高层建筑（14F），地下室一层，地下室埋深约为4.50m。

工程施工区域上覆地层为人工填土层及第四系冲洪积层、残积层，其下基岩为泥盆系粉砂岩、炭质灰岩，场地地形地貌条件简单。施工场地地面标高为92.22～93.57m，平均标高92.55m，场地较平整。

（二）工程水文条件概况

通过钻孔做水文观察，14个钻孔地下水位为1.350～1.80m，平均1.49m，标高90.70～91.37ｍ，平均91.03m，地下水主要为上层滞水、裂隙水，其中上层滞水赋存于松散土层孔隙中，裂隙水赋存于泥质粉砂岩、炭质灰岩的裂隙带之中，地下水的补给来源主要为大气降水。水量的大小和迳流条件受地质构造、节理裂隙程度控制。残积粉质黏土为弱含水层或相对隔水层，地下室开挖深度范围内坑壁土层为填土和卵石层，该两层渗透性较大，为相对富水层，地下水对地基基础施工有较大的影响，故水文地质条件复杂程度较复杂。

（三）工程地质构造概况

据地质勘察钻孔揭露，本场地土层自上而下依次为人工填土层（Q4ml）、冲洪积卵石层②1（Qal+pl）、冲洪积粉细砂层②2（Qal+pl）、冲洪积层可塑粉质黏土层②3（Qal+pl）、软塑粉质黏土层②4（Qal+pl）、可塑粉质黏土层③（Qel）、泥盆系强风化层泥质粉砂岩④1（D）、中风化层泥质粉砂岩④2（D）、泥盆系中风化炭质灰岩⑤1（D）、微风化炭质灰岩层⑤2（D）等十层。每层的具体层厚、高程和深度情况如表1所示。

表1本工程地质构造情况表

在岩土工程的地质构造和水文情况勘察过程中，需要布置合适的勘探点，就本工程而言，其勘探点布置情况如图1所示。

（四）不良地质作用与地质灾害

本场地内地形较为开阔，未发现滑坡、泥石流等不良工程地质现象。本场地地处隐伏岩溶发育地段，本次勘探钻孔未揭露溶洞，由于地下水水位较高，且季节性变化较大，本区域的工程地质及水文地质情况反映可能引发岩溶地面塌陷和地面沉降地质灾害，建议设计时考虑岩溶对工程造成的影响。

拟建场地及其附近未发现土洞、岩溶地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流及地裂缝等地质灾害危害隐患，因此，场地地质环境条件复杂程度为中等。

图1勘探点布置图

五）工程地基工程力学性质评价与处理方案设计

根据地质勘测情况和相应测试、分析可知，场地地基的工程力学性质评价为：（1）杂填土层主要成分有黏性土、砼块、砖块等，回填时间较短，0.70～1.70m含大量砼块，土层均匀性差，承载力特征值的经验值fak=70kPa，不可作为基础持力层；（2）卵石分布呈连续状，揭露层厚3.30～11.1m、平均厚度6.58m，层面深度1.50～3.10m，层面顶标高89.42～91.13m，饱和，稍密状，局部中密，级配一般，一般粒径为20～50mm、含量约为50～55%，最大粒径达70mm，磨圆度较好，呈亚圆形、局部次棱角形，部分接触，母岩以砂岩、石英砂岩为主，充填一定量粗砂及黏土，承载力特征值的建议值fak=220kPa，承载力较高，为较好的天然基础持力层。（3）粉细砂主要要由石英、云母等矿物组成，磨圆度一般、分选性较好、呈亚圆形，承载力特征值的建议值fak=140kPa。土体工程性质一般，承载力较低，不可作为天然基础持力层。（4）粉质黏土层（Qal+pl）（层序号②3）、粉质黏土层（层序号②4）的承载力特征值的建议值fak=160kPa和fak=100kPa，承载力一般，埋藏较深，不宜作为一般螺旋灌注桩、搅拌桩基础持力层。（5）粉质黏土层（Qdl）（层序号③）、强风化泥质粉砂岩④1、中风化石泥质粉砂岩（层序号④2的承载力特征值的建议值fak=170kPa、fak=500kPa，承载力较好，埋藏较深，可作为一般螺旋灌注桩、搅拌桩基础持力层。（6）、中风化炭质灰岩⑤1、微风化炭质灰岩（层序号⑤2）的承载力特征值的建议值fak=3000kPa和fak=4500kPa，承载力较好，埋藏较深，可作为钻（冲）孔灌注桩等桩基础持力层。

由上述可知，卵石层适合作为天然地基基础持力层，其层厚为3.30~11.10m，平均厚度6.58m，层面深度1.50～3.10m，层面顶标高89.42～91.13m。地下室开挖后，卵石层厚度变薄，厚度分布变为0.00～8.00m。基底为粉质粘土和卵石层，且分布不均匀，卵石层厚薄变化大。

本工程地下一层设计深度为4.50m，其开挖深度约为5.0m，由于卵石层厚度差异大，易产生不均匀沉降，且下覆土层为冲洪积层，存在软弱下卧层，地基存在承载力差、不稳定等问题，加上工程上部结构荷载较大，对地基荷载提出了更高要求。对此，建议采用高压旋喷水泥桩方法进行加固，加固后的土体与原状土形成复合地基，并采用筏板基础形式，利用筏板基础良好的整体刚性来消除地基不均匀沉降给建（构）筑物结构带来的影响。

二高压旋喷水泥桩复合地基的实际应用

（一）高压旋喷水泥桩复合地基的竖向荷载

高压旋喷水泥桩复合地基的目的是提高地基的承载能力，保证上部建筑结构的稳定，避免不均匀沉降的发生，其对上部结构荷载的承担作用是通过桩、桩间土共同实现的，在这个共同作用过程中，复合地基的竖向荷载会受到很多因素影响，做好高压旋喷水泥桩复合地基的竖向荷载的计算和控制十分重要。

首先，桩、土的受力特性。在高压旋喷水泥桩施工过程中，浆液是在高压状态下边旋转边提升的，破坏部分土体结构，使水泥浆与其混合凝固后，形成复合地基。相比较于一般砼桩，其强度较低，但相比于土体，在抗压强度、抗折强度等方面都有了很大提高，此种方式形成的水泥桩具有不规则、变形量大的特点，受力特性介于刚性桩（混凝土桩等）和柔性桩（碎石桩等）之间。

其次，桩、土竖向承载力。假设复合地基基础为刚性，在桩、土共同作用时，其变形和受力时协调平衡的，复合地基的竖向承载力时桩、桩间土竖向承载力之和，其计算公式为：，；在考虑桩、土为均质弹性且处于一维压缩应状态时（如图2所示），应有公式：和。其中，m和n表示面积置换率和盈利分担比，表示单桩的处理面积、直径和长度，（、、）、（、、）、（、、）分别表示表示复合地基、桩间土、桩的承载力和面积以及压缩模量[2]。

（二）高压旋喷水泥桩复合地基的施工要点

地基是整个建筑工程施工的初始环节，在高压旋喷水泥桩复合地基施工中，应该注意以下几点：

首先，要做好水泥浆液的选择，保证水泥浆液与工程地质情况的协调，使桩与土结合形成的复合地基有着最好的固化性能，保证地基的稳定，确保建筑结构安全。

其次，要控制好浆液的喷射速度。结合地质情况通过体积法或喷量法确定适宜喷射速度，以免浆液喷射过多或不足造成的弊端，给复合地基的效果造成干扰。

第三，计算适宜的桩径与桩长。桩径和桩长不仅会影响到复合地基的承载能力，还会对地下室防渗起到极大影响，对整个建筑结构设计有着重要作用。桩径主要会受喷射技术因素、土体密实度等因素影响，因此，必须选择合适大小、结构合理的喷嘴；桩长主要取决于加固土层的厚度，需要根据地基强度、变形控制的要求以及建筑物设计等情况来确定，当表面的软土层较浅时，桩需要传统软弱层至持力土层上；对于稳定性控制的工程，加固深度要超过最危险滑动面深度，长度大于4m[3]。该工程实际桩长设计为8米。

（三）实际应用效果

该工程目前已基本完工，现场实测沉降最大值不足40mm。通过基础筏板整体调整作用，实际效果比预期计算沉降值更小，满足设计要求和有关规范要求，达到预期设计效果。

三结语

综上所述，高压旋喷水泥桩复合地基是当前工程建设中常用的一种地基处理技术，可以有效提高地基的承载能力，保证工程结构的安全可靠。在实际运用过程中，需要充分结合工程实际情况和地质勘查结果，计算出相应复合地基的竖向荷载值，并做好水泥浆液、喷射速度、桩长、桩径等控制，保障工程安全。高压旋喷桩复合地基对于存在软弱夹层、不均匀地基尤为适用。

参考文献：

[1]游强，游猛.高压旋喷桩复合地基在大型填充性溶洞处理中的应用[J].四川理工学院学报（自然科学版），2011，01：118-120.

[2]温庆锋.浅析高压旋喷桩在复合地基中的应用[J].福建建材，2011，04：58-60.

[3]王形.复杂地质条件下的地基处理技术研究[J].建设科技，2015，09：122-124.