凌 海

（海南第一建設(shè)工程有限公司，?？?570216）

工程建造于廢棄的采石場，采石場留下較大的采石坑?？又刑畛淞烁鞣N建筑垃圾和生活垃圾?？拥牡撞看嬖诖罅恳验_采的塊石，塊石中又夾雜著碎磚或混凝土塊，整個石坑又被泥漿填充，坑頂部覆蓋了大量生活垃圾?？由顝?～10m不等。場地平整過程中對表層垃圾和部分泥漿進行了清理，回填部分素土后整平。

原設(shè)計考慮到場地的復雜性采用沖孔灌注樁作基礎(chǔ)，然而勘查反映地層中存在溶洞和土洞的情況給樁基礎(chǔ)施工帶來了更多不確定因素。在開始施工幾根設(shè)備房地下室沖孔灌注樁時就發(fā)生了嚴重的塌孔事故，沖孔錘被深埋在地下，該區(qū)域沖孔樁施工受阻，有待各方提出解決方案。經(jīng)參建各方的討論，進行現(xiàn)場試驗分析，最終設(shè)計改用高壓旋噴樁地基處理的方案，進行施工取得了良好的效果。就此討論了在該區(qū)域進行高壓旋噴樁地基處理的整個流程。對試樁過程、設(shè)計參數(shù)取用、施工過程和檢測過程中應注意的問題進行了研究和討論。

1 工程概況

工程位于海口市東線瓊山華僑中學的南側(cè)，擬建一棟6層教學樓，教學樓部分設(shè)置一層地下室作為設(shè)備房和水箱。原設(shè)計采用沖孔灌注樁作基礎(chǔ)，樁長為4～24m，部分為端承樁部分為摩擦樁。上部為框架結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度約4.8m。由于開始沖孔樁施工時就產(chǎn)生了嚴重的塌孔現(xiàn)象，地下室基礎(chǔ)經(jīng)修改設(shè)計后采用高壓旋噴樁復合地基進行施工。

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

場地地質(zhì)條件極其復雜，大面積分布2～10m深采石坑；坑內(nèi)又回填2～10m厚的泥漿、混凝土塊、碎磚石、生活垃圾等雜填土；坑內(nèi)殘留的玄武巖厚度從不足1m到10余m。更為復雜的是中風化玄武巖層厚度不足夠大，又夾強風化巖層；巖層以下為土層，土層局部地段還分布土洞，地層極度不均勻。以下為旋噴樁施工區(qū)涉及的土層參數(shù)。

表1 巖土物理力學參數(shù)

地下水賦存于①層雜填土、①1層素填土、③層強風化玄武巖、④層中風化玄武巖、⑥層強風化玄武巖、⑦層中等風化玄武巖、⑦1層強風化玄武巖中，屬于孔隙潛水，透水性較強，主要接受大氣降水、生活污水及地下水的側(cè)向補給，②層粉質(zhì)粘土夾碎石、⑤層粉質(zhì)粘土夾碎石為相對隔水層。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.20～5.00m，地下水位年變幅約為1.50m。

1.2 樁基施工中存在的問題

由于地下室場地處為古采石坑，場地上層土體均為松散狀填土和建筑樁基施工排放的泥漿，土體自穩(wěn)性極差，且土石混合體中巖石縫隙分布較廣。采用沖孔灌注樁施工過程中由泥漿護臂成孔，護臂泥漿在該地層中極易漏漿，漏漿后原成孔必然產(chǎn)生嚴重塌陷。在該區(qū)域外側(cè)進行沖孔樁施工必須經(jīng)過多次塌孔、回填、復沖才能成樁，且成樁樁位和樁形較難保證，成樁混凝土超量達到一倍以上。進入該區(qū)域中部施工后雖經(jīng)過多次復打樁進入20m深土層，但是一次劇烈的塌孔導致沖孔錘被埋，施工樁周邊3m范圍產(chǎn)生較深地陷，該區(qū)域沖孔樁施工無法繼續(xù)進行。由于沖孔樁塌孔事故各單位開始進行基礎(chǔ)選型討論。

2 基礎(chǔ)選型討論

2.1 工程現(xiàn)狀分析

該工程屬于“校安工程”新建校區(qū)，原定該校區(qū)2011年6月開工，2012年7月竣工，9月招生投入使用。沖孔樁施工停滯于2011年8月，導致整個教學樓施工無法繼續(xù)，原計劃工期嚴重受到影響。由于該工程為校安工程撥款，資金使用審批制度復雜而嚴格，因此基礎(chǔ)工程的任何變更應保持與原造價持平。基于以上原因參建各方進入新基礎(chǔ)選型的討論中，新基礎(chǔ)必須同時滿足質(zhì)量要求、經(jīng)濟要求、工期要求且必須施工可行。

2.2 基礎(chǔ)方案選型

2.2.1 大開挖換填

該方案分兩種做法：第一，挖除7m厚泥漿類填土，然后回填好土繼續(xù)沖孔樁施工；第二，進行大開挖換填至第8層粘土，預計開挖深度11m，該層土承載力特征值fak約150kPa，基本滿足上部結(jié)構(gòu)需要。以上兩種方案均施工可行，但該場地鄰近居民樓，大開挖必然進行基坑支護。第一種方案基坑支護和成樁時間及費用均超過可承受范圍，第二方案基坑支護費用過高開挖風險過大，因此大開挖換填方案被否決。

2.2.2 鋼護筒灌注樁

該方案基本思路是采用機器成孔鋼護筒跟進的辦法施工，初步選用旋挖鉆機成孔。該方案施工技術(shù)復雜且經(jīng)濟成本較高，旋挖鉆機需從廣東調(diào)運（2010年僅?？趦S中隧道使用），若旋挖鉆機試樁失敗，經(jīng)濟和工期風險較大。

以上兩種思路均難以達到該工程的要求，方案思路轉(zhuǎn)向地基處理。

2.3 高壓旋噴樁復合地基適應性分析

由于場地地層中含有極硬的大塊巖石和及軟的泥漿，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》12.1.1條的描述，高壓噴射注漿法用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基，其特性與該場地條件完全吻合。旋噴樁按工藝分為單管法、雙重管和三重管，該工程旋噴樁在基坑內(nèi)施工，單管法樁徑較小，三重管機器較大不適合基坑內(nèi)施工，因此考慮采用雙重管法施工。

從經(jīng)濟角度考慮，原地下室共49條樁，平均20m長，φ800灌注樁每米單價約800元，總計78.4萬，而經(jīng)過設(shè)計初步計算旋噴樁預計布置210條，每條有效長度12.5m，雙重管旋噴樁每米單價約310元，預計總費用約81.4萬，該方案初步認定可行。

從施工風險角度看，若旋噴樁強度達不到設(shè)計預期可采用單管法進行補樁施工。單管法機械設(shè)備調(diào)運方便造價相對較低，每米造價約190元，且施工速度快。采用旋噴樁作為地基處理方案不僅經(jīng)濟和工期上可行且施工可補救性好，風險較低，但該地層復雜需要進行試樁才能確定設(shè)計方案保證工程質(zhì)量。

3 高壓旋噴樁試樁

3.1 設(shè)計前試樁

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》12.1.1條規(guī)定當土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或有較高有機質(zhì)時，應根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果確定其適應性。另外高壓旋噴注漿形成的加固體強度和范圍應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。最終目的是確定復合地基承載力特征值，而該值一般按照現(xiàn)場試驗和設(shè)計估算綜合確定，其中估算算式為

式中，fspk為復合地基承載力特征值，m代表面積置換率，Ra為單樁豎向承載力特征值，β為折減系數(shù)，fsk為樁間土承載力特征值。

式（1）中Ra單樁承載力特征值采用估算和現(xiàn)場試驗綜合確定，其中估算方法取下列兩式中較小值

式中，fcu為旋噴樁樁身抗壓強度，up為樁周長，qsi為樁身側(cè)阻力，qp為樁端土承載力特征值。

從以上設(shè)計過程可以看出，要較為準確的估計出復合地基承載力必須進行必要的試驗，而試樁就是為設(shè)計單位提供樁身強度、單樁承載力和旋噴樁直徑三個主要參數(shù)。設(shè)計單位參考試樁的成果對地基處理設(shè)計進行調(diào)整和確定。

通過試樁將進一步探明地質(zhì)情況，確定合理的噴漿時間，確定攪拌下沉、提升速度和重復攪拌下沉，確定水泥摻量、灰漿稠度（水灰比）、工作壓力，檢驗施工設(shè)備及選定的施工工藝。

3.2 試樁施工參數(shù)

由設(shè)計院在地下室基礎(chǔ)范圍內(nèi)現(xiàn)場指定3根樁樁位，樁端全斷面進入第8層粘土分別為2.5m、3m和3.5m，樁頂標高為現(xiàn)場地面以下1m處。試樁長度的差異主要考慮測試第8層粘土對樁承載力的影響為最終設(shè)計確定樁長提供依據(jù)。參考《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》相關(guān)規(guī)定和《地基處理手冊》（第三版龔曉楠編）中有關(guān)規(guī)定選取如下試樁參數(shù)和試樁設(shè)備進行施工。

表2 試樁施工參數(shù)表

表3 試樁設(shè)備選用表

3.3 試樁檢測

3.3.1 試樁結(jié)果

市檢測站對三根試樁進行了抽芯取樣試壓和單樁承載力試壓，結(jié)果為如下：

試樁單樁極限承載力均為1000kN，總沉降量約41mm，回彈量約0.61mm，樁身取樣強度平均值為5.9MPa。從3根試樁的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，決定單樁承載力的主要因素為樁身強度，進入第8層粘土的樁長對承載力不起決定性因素。三根試樁直徑均超過設(shè)計預計的0.8m，分別是0.9m、1.0m和1.1m，試樁形狀為近似圓形的不規(guī)則形狀。

3.3.2 試樁注意事項

旋噴樁在做單樁承載力試驗時應對其樁頭進行保護處理，具體做法是用混凝土做保護帽，混凝土內(nèi)配置構(gòu)造鋼筋，保護帽的高度和長寬尺寸均應大于樁徑。

在這里需要強調(diào)的是旋噴樁的取芯操作。由于常規(guī)取芯均采用XY－100型勘察小鉆機進行，操作人員所接觸的芯樣強度均在C10以上，操作人員采用水鉆法。旋噴樁樁芯強度均低于C10，且旋噴樁狀體的不均勻性導致其芯樣遇水易散開?；谶@些特性就要求鉆機操作人員采用干鉆的方法取樣，且打磨試樣時同樣采用干法。由于干法制備的試樣受壓面粗糙，試驗時易造成劈裂而影響結(jié)果，所以試樣受壓面應用素土與水泥制備的拌合物抹平。

4 復合地基設(shè)計及施工

4.1 復合地基設(shè)計

設(shè)計根據(jù)試樁結(jié)果確定了關(guān)鍵參數(shù)，要求樁身強度大于3MPa，單樁承載力特征值大于470kN，復合地基承載力大于160kPa，樁徑大于800mm，樁距1.7m矩形布置。設(shè)計要求樁進入第8層粘土深度不小于2.5m，若遇巖石其厚度應大于2.3m，基坑底巖石面應低于旋噴樁頂1m，復合地基設(shè)置中砂褥墊層厚300mm。設(shè)計修改原基礎(chǔ)筏板配筋及厚度，厚度調(diào)整為450mm以增加基礎(chǔ)整體性。

4.2 復合地基施工注意事項

根據(jù)設(shè)計要求的參數(shù)結(jié)合試樁施工參數(shù)進行旋噴樁基礎(chǔ)施工。施工采用先開挖基坑的方法進行，基坑開挖距樁頂1m處開始旋噴樁施工，為穿越強風化巖層采用勘察鉆機引孔。由于旋噴樁施工和鉆機引孔會產(chǎn)生大量泥漿，旋噴樁施工過程會產(chǎn)生大量溢出水泥漿，基坑開挖時到施工面時整體形成坡度，將各種漿液排至預先設(shè)置好的排漿溝和集水坑中。

4.3 試樁樁位處理

由于試樁樁位現(xiàn)場確定，因此可能會對未來工程樁施工造成影響。采用咬合施工的方法進行工程樁施工，以消除試樁對樁位的影響。當設(shè)計樁心距試樁樁位距離小于200mm時采用補雙樁補樁法，其他情況采用三樁補樁法。

4.4 旋噴樁地基工程驗收

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求，高壓旋噴樁復合地基承載力應進行平板載荷試驗，檢測多樁復合地基承載力。圖5展示了該工程的試驗過程，最終地基處理結(jié)果效果良好。

5 結(jié) 語

高壓旋噴樁地基處理施工機械簡單，地層適應性廣，對復雜地基的處理效果顯著。該地基處理形式在設(shè)計、施工和檢測過程中需要各方配合才能取得預期的效果。旋噴樁復合地基施工前試樁試驗是非常重要的環(huán)節(jié)，試樁數(shù)據(jù)越詳細豐富，后續(xù)設(shè)計越貼近實際，施工風險和盲目性越小。

［1］龔曉楠.復合地基設(shè)計和施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］劉永超.地基處理實用技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［3］GB 5007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.