胡德宏 孫雪華 鄧俊辰

原址重建工程老建筑物實(shí)施過(guò)杉木樁處理，現(xiàn)狀杉木樁難以拔除，且樁間距較小，水泥攪拌樁等基礎(chǔ)處理方案難以實(shí)施。高壓旋噴樁不需要有較大的成孔范圍，只需鉆孔旋噴，其鉆注漿管孔徑一般不超過(guò)15cm，旋噴漿液可以包裹住原基礎(chǔ)杉木樁，形成整體復(fù)合地基，避免了拔樁作業(yè)，同時(shí)也能達(dá)到基礎(chǔ)處理要求。高壓旋噴樁雖然在基礎(chǔ)處理造價(jià)上有所提高，但是具有機(jī)械進(jìn)退場(chǎng)方便、適合各類基礎(chǔ)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，可以大力推廣使用。

一、工程概況

在水工建筑物施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有原址重建的工程設(shè)計(jì)，有的建筑位于軟弱土層上，而老建筑已經(jīng)有過(guò)基礎(chǔ)處理，但處理過(guò)的地基承載力仍不能滿足新建筑物設(shè)計(jì)基底承載力要求；前期地基處理方式又制約了新建筑物基礎(chǔ)處理的方案選擇，給建筑地基處理的方案帶來(lái)一定的困難。在這種情況下，高壓旋噴樁是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、快捷的基礎(chǔ)處理方式。

以清江閘為例，該閘位于常州市金壇區(qū)，原址有一圩口閘，建于20世紀(jì)60年代，閘孔凈寬2.0m，設(shè)平開(kāi)鋼筋混凝土閘門，經(jīng)過(guò)50 多年的運(yùn)行，水閘老化嚴(yán)重，超過(guò)了正常使用年限，原閘的規(guī)模也不符合現(xiàn)狀水利規(guī)劃要求。根據(jù)年度水毀修復(fù)工程規(guī)劃，擬對(duì)老閘拆除重建，新閘凈寬4.0m，為升臥式鋼閘門。根據(jù)勘測(cè)報(bào)告可知，基礎(chǔ)以下有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，承載力為60kPa，軟弱土層平均層厚為7m；新建水閘設(shè)計(jì)基底最大應(yīng)力為110kPa，故基底地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行基礎(chǔ)處理；施工圖設(shè)計(jì)采用直徑60cm、間距1m、樁長(zhǎng)8m 的水泥攪拌樁進(jìn)行地基加固處理。但在老閘拆除后，其基礎(chǔ)下出現(xiàn)老閘施工時(shí)打入的密布杉木樁，樁頂徑約為20cm，樁間距約45～50cm；由于淤泥質(zhì)土的觸變性、流變性等特性，老閘基底土層已受擾動(dòng)，而杉木樁也難以拔出，在拔的過(guò)程中木樁容易被拔斷；而密布的杉木樁使得攪拌機(jī)械的攪拌頭難以鉆進(jìn)土層中，不能進(jìn)行樁體攪拌、成形等工序，使攪拌樁基礎(chǔ)處理難以實(shí)施，為使工程順利實(shí)施，需變更基礎(chǔ)處理方案。

同時(shí)，基礎(chǔ)下的杉木樁也使鉆孔灌注樁、預(yù)制樁等需要成樁空間基礎(chǔ)處理方案難以有效實(shí)施，經(jīng)多方論證，該工程最終使用高壓旋噴樁法對(duì)地基進(jìn)行加固。相較于水泥攪拌樁、靜壓預(yù)制樁、灌注樁等需要成孔定型的地基處理方式，高壓旋噴樁不需要有較大的成孔范圍，只需鉆孔旋噴，其鉆注漿管孔徑一般不超過(guò)13cm，其旋噴漿液可以包裹住原基礎(chǔ)杉木樁，形成整體復(fù)合地基，避免了拔樁作業(yè)，同時(shí)也能達(dá)到基礎(chǔ)處理要求。

二、高壓旋噴樁的工作原理

在工作中，把高壓旋噴樁和水泥攪拌樁（濕噴法）確認(rèn)為一個(gè)概念的兩種說(shuō)法并且在施工中按照相同技術(shù)指標(biāo)要求是錯(cuò)誤的。相較于水泥攪拌樁，高壓旋噴樁無(wú)論在工作原理還是施工工藝上都有所不同。

1.工作原理

高壓旋噴樁為軟土地基加固的常用辦法，加固后可以增大復(fù)合地基承載力，復(fù)合地基承載力的提高是由單樁承載力和樁的分布密度決定的，單樁承載力取決于樁體強(qiáng)度和地基土對(duì)樁的承載力。高壓旋噴樁和水泥攪拌樁的外界破壞形式是相似的，即樁身破壞和樁—土體系破壞，兩種破壞起關(guān)鍵作用的是水泥含量，水泥含量 5%～15%時(shí)，單樁承載力由樁的強(qiáng)度決定，水泥含量25%以上時(shí)，單樁承載力由樁的側(cè)向摩擦力和樁尖反力決定。

高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)將帶有特殊噴嘴的注漿管鉆至土層的預(yù)定深度，以高壓噴射強(qiáng)力沖擊破壞土體，噴出水泥漿與土體破壞后分離的土粒攪拌混合，經(jīng)過(guò)凝結(jié)固化后，便在土中形成直徑均勻的圓柱體；噴入水泥漿液能擠壓周圍土質(zhì)，起到一定的擠密作用。同時(shí)，鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中，在射流后形成孔隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒與噴嘴移動(dòng)相反方向（即阻力小的方向）移動(dòng)，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。水泥攪拌樁是利用水泥等材料作為固化劑，通過(guò)攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。

影響高壓旋噴樁強(qiáng)度的因素為地下土質(zhì)情況、水泥漿水灰比、注漿管類型和提升速度等。水泥攪拌樁受水泥強(qiáng)度、水泥摻入比、外加劑等因素影響。

2.施工工藝

高壓噴射注漿旋噴樁 (以下簡(jiǎn)稱旋噴樁) 的施工工序?yàn)椋恒@機(jī)定位→鉆孔→插管 （單管旋噴鉆孔和插管合二為一）→噴漿→沖洗→移位。主要配套機(jī)械（單管法）由主鉆機(jī)、高壓泥漿泵、水泥漿攪拌機(jī)、注漿管、高壓膠管和發(fā)電設(shè)備組成，目前道路建設(shè)中最常用的單管機(jī)型有國(guó)產(chǎn)76 型系列。水泥漿攪拌樁的施工工序?yàn)椋恒@機(jī)定位→預(yù)攪下沉→制備水泥漿→提升噴漿攪拌→重復(fù)上、下攪拌→ 清洗→移位。主要配套機(jī)械由主鉆機(jī)、壓漿泵、集料斗、灰漿攪拌機(jī)和發(fā)電設(shè)備組成，目前工程建設(shè)中常用的機(jī)型有國(guó)產(chǎn)的 SJB-1、GZB-600、DJB-14D 型系列。

通常，水泥攪拌樁受限于攪拌機(jī)攪拌軸較長(zhǎng)，需要以較大的卡車拖運(yùn)，這就需要道路有較大的轉(zhuǎn)彎半徑及寬度，以適應(yīng)卡車對(duì)道路的要求；相較于水泥攪拌樁，高壓旋噴樁機(jī)械較小，樁長(zhǎng)度由一根根較短的注漿管連接碰頭而成，故對(duì)建筑進(jìn)場(chǎng)道路無(wú)特殊要求，可以用拖拉機(jī)駁入施工場(chǎng)地。對(duì)于水利工程，特別是小型水利工程，由于其規(guī)模小、投資少，且位置偏僻，如修建高標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)場(chǎng)道路，勢(shì)必會(huì)大大增加工程造價(jià)，相比而言高壓旋噴樁的應(yīng)用較為經(jīng)濟(jì)。

三、高壓旋噴樁的使用效果

清江閘工程地基處理方案變更為高壓旋噴樁后，設(shè)計(jì)樁徑0.5m、樁長(zhǎng)8m、樁間距為1m，設(shè)計(jì)要求置換率0.282、處理后地基承載力127kPa。水閘在正身段、上下游翼墻段共設(shè)樁337 根?，F(xiàn)場(chǎng)施工單位經(jīng)過(guò)試樁、挖樁檢查的結(jié)果，確定高壓旋噴樁水泥漿為425#普通硅酸鹽水泥，速凝劑CaCl2用量為水泥重1%。單樁允許最大承載力為114kN,對(duì)混凝土強(qiáng)度要求為1400kPa 以上。由于不需要對(duì)老基礎(chǔ)下的杉木樁進(jìn)行拔出處理，施工順利進(jìn)行，且施工時(shí)間較短；根據(jù)挖樁檢驗(yàn)的效果來(lái)看，成樁直徑基本在60cm 左右，大于設(shè)計(jì)要求的50cm，成樁效果較好，而老建筑物下的部分杉木樁被旋噴漿液完全或部分包裹，已經(jīng)成為樁基的一部分；后檢測(cè)單位取樣檢測(cè)，樁的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)處理完成后，水閘工程得以順利實(shí)施，建成后至今，運(yùn)行良好，沉降觀測(cè)等數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

相較于水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)，高壓旋噴樁在基礎(chǔ)處理造價(jià)上多了30%，主要是水泥用量多了近60%,但是因工程位于圩區(qū)，材料進(jìn)場(chǎng)道路為現(xiàn)狀寬度約3m 的圩頂防汛道路，原設(shè)計(jì)水泥攪拌樁方案，為了使攪拌機(jī)械能順利進(jìn)、退場(chǎng)，工程同時(shí)也考慮了2.5km左右的進(jìn)場(chǎng)道路修建；方案變更為高壓旋噴樁后，施工機(jī)械對(duì)進(jìn)場(chǎng)道路沒(méi)有特別的要求，可以與建筑材料一同進(jìn)場(chǎng)，在總造價(jià)上仍有節(jié)約，同時(shí)也縮短了工期。

四、結(jié)語(yǔ)

小型水工建筑物雖然規(guī)模較小，但是具有水工建筑物的一般特點(diǎn)：工作條件復(fù)雜、施工條件艱巨、對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境影響大、失事后果嚴(yán)重等。因此在設(shè)計(jì)工程中地基處理是該建筑的重中之重，選擇合理的基礎(chǔ)處理方案和施工方式難易程度對(duì)該建筑物設(shè)計(jì)方案的確定至關(guān)重要。近年來(lái)，各級(jí)政府高度重視水利安全，水工建筑物在保護(hù)區(qū)域水安全、保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮了巨大的作用；一些水工建筑物因建設(shè)年代久遠(yuǎn)，設(shè)備老化等原因在汛期不能發(fā)揮相應(yīng)的防洪作用，需要拆除重建；在拆建的水工建筑物中，就有一部分工程在老建筑施工時(shí)就進(jìn)行過(guò)基礎(chǔ)處理，現(xiàn)存的基礎(chǔ)處理方式制約了新建筑基礎(chǔ)處理方案的選擇，高壓旋噴樁可以不受老建筑基礎(chǔ)情況限制，雖然在造價(jià)上略有增加，但是具有機(jī)械進(jìn)退場(chǎng)方便、適合各類基礎(chǔ)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣■