【正文】 土、湖泊湖相沉積土等，其分布范圍廣，土層厚度大。 高壓旋噴樁技術(shù) 在 焦作古漢山煤礦鐵路煤倉(cāng)軟土地基中的成功應(yīng)用，不僅提高了軟土的地基承載力，縮短了工期，而且施工過(guò)程中對(duì)毗鄰建筑物無(wú)不利影響， 從工程造價(jià)上較鉆孔灌注樁節(jié)省投資 20％－ 30％，較預(yù)制樁節(jié)省 30％ 40％。通過(guò)本文 的研究， 總結(jié)了 高壓旋噴樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)與計(jì)算 中 的關(guān)鍵 問(wèn)題以合理選取設(shè)計(jì)參數(shù) 。在設(shè)計(jì)工作中結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕ぴO(shè)備、施工工藝和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，合理選取了樁徑、樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度、樁身強(qiáng)度折減系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算了單樁承載力特征值 和復(fù)合地基承載力特征值 。 I 摘 要 基于煤炭行業(yè)建筑工程地基處理方法的多樣性，本文依托“焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古漢山礦選煤廠改擴(kuò)建工程項(xiàng)目”，對(duì)高壓旋噴樁在該項(xiàng)目地基處理中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)作了深入探討和研究。 根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)幾種地基處理方案進(jìn)行了分析比較，確定采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理。在施工工作中，主要負(fù)責(zé)施工參數(shù)的選取，并提出了高壓旋噴施工中應(yīng)注意的問(wèn)題。 軟弱地基處理后，通過(guò) 焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古漢山礦選煤廠鐵路煤倉(cāng)地基處理工程 的觀測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算，表明該方法在控制沉降方面效果明顯。 關(guān)鍵詞： 高壓旋噴 樁 地基處理 應(yīng)用研究 II Abstract According to different construction engineering foundation of the coal profession treatment, this text relies on Jiaozuo Coal Industry (Group) Company, Limited Guhanshan Coal Preparation Plant expansion project and spray a method in the item39。這類軟土的特點(diǎn)是含水量高，孔隙比大，抗剪強(qiáng)度低壓縮系數(shù)高，滲透系數(shù)小，沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。如不對(duì)該類土進(jìn)行處理，讓其滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，則對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展會(huì)造成重大影響。 地基是指承受建（構(gòu)）筑物荷載的地層，也就是承托建筑物基礎(chǔ)的這一部分范圍很小的場(chǎng)地。場(chǎng)地是指工程建設(shè)所直接占有并直接使用的有限面積的土地，場(chǎng)地范圍內(nèi)及其鄰近的地質(zhì)環(huán)境都會(huì)直接影響著場(chǎng)地的穩(wěn)定性。 當(dāng)天然地基不能滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求時(shí)，需要進(jìn)行地基處理，形成人工地基，以保證建（構(gòu)）筑物的安全和正常使用。當(dāng)建筑物的天然地基存在上述四類問(wèn)題之一或其 中幾個(gè)時(shí)，即須采用地基處理措施以保證建筑物的安全與正常使用，這種地基加固稱為地基處理。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，世界各國(guó)發(fā)生的建筑工程事故中，地基問(wèn)題常常是主要原因。國(guó)內(nèi)外地基基礎(chǔ)工程失敗的例子也很多，比如蘇州市虎丘塔的傾斜 。美國(guó)紐約某水泥倉(cāng)庫(kù)因超載而引起地基土剪切破壞而滑動(dòng)等等 [36]。 地基處理的目的是利用換填、夯實(shí)、擠密、排水 、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法對(duì)地基土進(jìn)行加固，用以改良地基土的工程特性，具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面： 提高地基的抗剪強(qiáng)度。地基的剪切破壞反映在地基上的抗剪強(qiáng)度不足，因此，為了防止剪切破壞，就需要采取一定措施以增加地基土的抗剪強(qiáng)度。地基的壓縮性表現(xiàn)在建筑物的沉降和差異沉降上：由于存在填土或建筑物的荷載，使地基產(chǎn)生固結(jié)沉降 ；作用于建筑物基礎(chǔ)的負(fù)摩擦力引起建筑物的沉降；大范圍地基的沉降和不均勻沉降；基坑開(kāi)挖引起鄰近地面沉降；由于水位下降，地基產(chǎn)生固結(jié)沉降。因此，需要采取措施以提高地基土的壓縮模量，借以減少地基的沉降或不均勻沉降。地基的透水性表現(xiàn)在 [3]堤壩等基礎(chǔ)產(chǎn)生的地基滲漏；基坑開(kāi)挖工程中，因土層內(nèi)夾薄層粉砂或粉土而產(chǎn)生流砂和管涌。 改善地基的動(dòng)力特性。為此，需要采取措施防止地基液化，并改善其振動(dòng)特性以提高地基的抗震性能。主要是消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮特性等。另外，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)地基工程提供了強(qiáng)大的生產(chǎn)手段；如能制造高達(dá)幾十噸的專用地基加固施工機(jī)械（使用強(qiáng)夯法時(shí)的起重機(jī)械）；潛水電機(jī)的出現(xiàn)，帶來(lái)了振動(dòng)水沖法的振沖器的施工機(jī)械；真空泵的問(wèn)世，才能建立真空預(yù)壓法；生產(chǎn)了大于 200 個(gè)大氣壓的壓縮空氣機(jī)，從 3 而產(chǎn)生了“高壓噴射注漿法 [8]”。它經(jīng)歷了初期發(fā)展、水泥注漿及化學(xué)注漿三個(gè)主要的發(fā)展階段 [9]。 水泥注漿階段是在水泥發(fā)明之后， 1864 年，水泥注漿法首次應(yīng)用于阿里因普瑞貝硬煤礦井的一個(gè)井筒里。從此注漿法在礦井建設(shè)等工程中作為治水和改善工程地質(zhì)條件的重要方法。固結(jié)土的強(qiáng)度為 2～ 6MPa，凝固時(shí)間極短，為瞬時(shí)性凝膠的化學(xué)材料。五十年代后期，以丙烯酞胺為主劑的漿材出現(xiàn)，推動(dòng)了化學(xué)注漿的發(fā)展。 高壓噴射注漿技術(shù)首創(chuàng)于日本。為了提高旋噴樁的直徑，到了 20 世紀(jì) 70 年代中期，日本又開(kāi)發(fā)出了二重管旋噴法，繼后又創(chuàng)造了三重管旋噴注漿法。近年來(lái)，日本又把高壓噴射注漿法和深層水泥液攪拌法結(jié)合起來(lái)，同時(shí)發(fā)揮機(jī)械攪拌和射流攪拌兩者的優(yōu)點(diǎn)，形成了深層噴射攪拌混合法 [12]。 意大利是高壓旋噴注漿技術(shù)發(fā)展比較成熟的國(guó)家之一，近年來(lái)己將高壓旋噴注 4 漿法廣泛應(yīng)用于承載地基改性處理和己建成的建筑物下面的地基加固和透水層的防滲處理。日本在發(fā)展和完善各類工法的同時(shí)，還研制和應(yīng)用了靜態(tài)增壓機(jī)，可用來(lái)發(fā)生 100MPa 以上的高壓，提高了噴射效果。開(kāi)始主要用于加固軟土地基， 1980 年山東省水科所受水電部委托，在鐵科院等單位的協(xié)助下，開(kāi)始了“中細(xì)砂土壩壩基高壓旋噴灌漿防滲技術(shù)的研究”，從此該 技術(shù)用于堤壩防滲，并且在這段時(shí)間里此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展迅速。由于高壓噴射注漿技術(shù)的實(shí)用性，能解決許多棘手的工程問(wèn)題，因此發(fā)展很快。山東省水科院灌漿所的科研人員通過(guò)幾年的研究，解決了這一技術(shù)難題， 并于 1997 年底通過(guò)了技術(shù)鑒定，該項(xiàng)技術(shù)通過(guò)河南林州市的弓上水庫(kù)高噴防滲工程應(yīng)用取得了滿意的效果，從而拓寬了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍 [16]。 5 圖 11 SGP30－ 5 型高噴灌漿機(jī)作業(yè)（臺(tái)車在地面上）狀態(tài) 應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬 （ 1）用于超深地層防滲。應(yīng)用 于烏江東風(fēng)電站、澄縣黃沙灣大堤、河南林州市弓上水庫(kù)，礫卵石層厚為 28m[2022]； （ 3）用于粘性土地層 [23]。高能水氣往復(fù)傾斜、定、擺、旋交互噴射； （ 5）用于細(xì)砂地層 [25]。 1988 年湖北漳河水庫(kù)副壩高壓噴射注漿； （ 6）用于防滲、維護(hù)、承重、邊坡穩(wěn)定綜合工程 [26]； （ 7）用于圍封和糾正建筑物偏歪。在天津市爾王莊調(diào)節(jié)閘閘基防滲工程，在引灤入津河道正常輸水，水深達(dá) 的情況下，在浮水排上進(jìn)行建造防滲板墻成功[28]； 6 （ 9）用于與地下構(gòu)筑物連接或修補(bǔ)地下構(gòu)筑物 [29]； （ 10）處理灌注樁基礎(chǔ)質(zhì)量不良的技術(shù)。 旋噴注漿技術(shù)主要適用于軟弱土層，如第四紀(jì)的沖（洪）積層、殘積層以及人工填土等 [32]。實(shí)踐證明，砂類土、粘性土、黃土和淤泥都能進(jìn)行旋噴加固，一般效果較好，解決了小顆粒土不宜注漿加固的難題。隨著軟土地基加固技術(shù)和堤壩防滲技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓噴射注漿技術(shù)也有了新的發(fā)展，特別是在大顆粒地層動(dòng)水條件下的高噴注漿防滲技術(shù)和淤泥地層中的高噴注漿加固技術(shù)等方面均有了新的突破，并且不論是施工規(guī)模還是施工深度均走在了世界前列。 地基處理存在的問(wèn)題 隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的土木工程需要對(duì)地基進(jìn)行處理 [3]，采用人工地基以滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求。即使同一地區(qū)，地質(zhì)情況可能也有較大的差異，這就是地基處理問(wèn)題的復(fù)雜性。處理是否恰當(dāng)，不僅影響建（構(gòu)）筑物的安全和使用，而且對(duì)建設(shè)速度、工程造價(jià)都有不小 的影響，不少時(shí)候還會(huì)成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵問(wèn)題。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)是基于數(shù)年來(lái)有限的工程資料出來(lái)的，有其時(shí)間上的局限性和地域上的局限性。 7 本文研究的主要內(nèi)容 為了更好的利用 高壓噴射 技術(shù) 并且推廣該項(xiàng)技術(shù) ， 我 科研 小組針對(duì) “焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古漢山礦選煤廠改擴(kuò)建工程”， 做出了深入研究和探討。本工程屬于改擴(kuò)建項(xiàng)目， 因場(chǎng)地有限，大型設(shè)備進(jìn)入不了場(chǎng)地，同時(shí) 地基 承載力不足，經(jīng)過(guò)我 方科研小組 多方調(diào)研論證，采用了高壓旋噴樁處理方案 。 對(duì)整個(gè)課題研究 做出 總結(jié)，并形成一套有效的施工工藝，以便于日后在煤炭行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。 我國(guó)工業(yè)與民用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ50072021）指出：“軟弱地基系指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮土構(gòu)成的地基”。 軟土變形非常復(fù)雜，它隨 著土的種類和狀態(tài)以及外界條件的變化而發(fā)生很大變化，例如含水量、應(yīng)力歷史、排水條件、加荷速率等。這包括地質(zhì)構(gòu)成、地下水位、凍結(jié)深度等。利用數(shù)值分析方法，理論上較嚴(yán)密，但由于該方法有一定難度，在工程中未能得到廣泛應(yīng)用。 軟弱土的分布 （ 1） 軟（粘）土。廣泛分布在上海、天津、寧波、溫州、連云港、福州、廈門、廣州等東南沿海地區(qū)及昆明、武漢等內(nèi)陸地區(qū)。 （ 2） 沖填土。主要分布在沿海江河兩岸地區(qū)，例如天津市有大面積海河沖填土。 9 圖 21 軟土地基地質(zhì)分類 （ 3） 雜填土：是由人類活動(dòng)而任意堆填的建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾。例如，北京市西城區(qū)新建中小學(xué)教師住，建筑垃圾厚達(dá) 6m～ 7m。郊區(qū)的雜填土更復(fù)雜，還有城市的生活垃圾。 （ 4） 其他高壓縮性土。分布較廣。 軟弱地基地質(zhì)分類 洪積扇 坡積裙 山前平原 山間凹地 平原型 山區(qū)型 河流型 湖沼型 河床 河漫 湖泊 沼澤 濱海型 三角洲相沉積 海岸帶沉積 頂積層 前積層 底積層 礫石相 砂相 淤泥相 10 增強(qiáng)體是由強(qiáng)度和模量相對(duì)原狀土較高的材料組成，根據(jù)地基中增強(qiáng)體的方向又可將其分為水平向增強(qiáng)體和豎向增強(qiáng)體，習(xí)慣將豎向增強(qiáng)體稱作樁。由原土和豎向增強(qiáng)體組成的復(fù)合地基通常稱為樁體復(fù)合地基（或簡(jiǎn)稱為復(fù)合地基）。散體材料樁復(fù)合地基如：碎石樁復(fù)合地基、砂樁復(fù)合地基等。對(duì)應(yīng)于散體材料樁，柔性樁和剛性樁也可稱為粘結(jié)材料樁。柔性樁復(fù)合地基如水泥土樁（深攪和高壓旋噴樁）復(fù)合地基，土樁灰土樁復(fù)合地基等剛性樁復(fù)合地基如 CFG 樁復(fù)合地基，低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基等。 復(fù)合地基的形成條件 能否形成復(fù)合 地基，在荷載作用下，要看樁體與樁間的天然地基土體是否共同承擔(dān)荷載作用。下面從兩個(gè)方面對(duì)此加以討論： 基礎(chǔ)與樁之間不設(shè)置褥墊層 如圖 22 所示，土層Ⅰ是較軟弱土層，土層Ⅱ是堅(jiān)硬土層，即 土 層Ⅱ的壓縮模量 EI 遠(yuǎn)大于土層Ⅰ的壓縮模量 EI。由于樁端落在堅(jiān)硬的土層上，復(fù)合地基沉降主要由樁的壓縮變形控制。 基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度的褥墊層 如圖 23 所示 [39]，當(dāng)在基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度由散體材料組成的褥墊層后，即使樁端落在堅(jiān)硬的土層Ⅱ上，也能保證一部分荷載通過(guò)褥墊層的調(diào)整作用到樁間土上，使樁與樁間土共同承擔(dān)荷載。伴隨著這一變化過(guò)程，褥墊層中的散體材料不 11 斷地被調(diào)整補(bǔ)充到樁間 土表面上，基礎(chǔ)通過(guò)褥墊層始終與樁間土保持接觸，即樁間土始終參與工作，樁間土承載能力可得以發(fā)揮。即設(shè)置褥墊層后，可以保證基礎(chǔ)始終通過(guò)褥墊層的可壓縮性調(diào)節(jié)作用把一部分荷載傳到樁間土上，從而達(dá)到樁與樁間土共同承擔(dān)荷載的目的。 由此可見(jiàn)，基礎(chǔ)下是否設(shè)置褥墊層 ，對(duì)復(fù)合地基受力影響很大。隨著時(shí)間的增加，樁發(fā)生一定的沉降，樁所承擔(dān)的荷載隨時(shí)間的增加而有所減少，土所承擔(dān)的荷載隨時(shí)間的增加而有所增加。 圖 22 基礎(chǔ)直接作用于樁土 圖 23 基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置褥墊層 基礎(chǔ)下設(shè)置褥墊層，樁間土承載力的發(fā)揮就不單純依賴 于樁的沉降，即使樁端落在好的土層上，也能保證荷載通過(guò)褥墊層作用到樁間土上，使樁與樁間土共同承擔(dān)荷載，形成復(fù)合地基。這是因?yàn)樵谪Q向荷載作用下，樁土荷載分擔(dān)比和樁土應(yīng)力比與復(fù)合地基置換率和褥墊層厚度等有很大關(guān)系，Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ 12 其中褥墊層厚度是非常重要的因素。從圖中可以看出，隨著褥墊層厚度的 增大，樁土應(yīng)力比 n 值呈下降趨勢(shì)，在褥墊層厚度為 0～ 400mm 之間時(shí)， n 值下降幅度很大； 400～ 600mm 之間時(shí)， n 值下降幅度緩慢；超過(guò) 600mm，樁土應(yīng)力比 n值降低的效果不明顯，最后趨向一定值。由此可以看出，由于褥墊層的設(shè)置，使得樁、土能夠共同承擔(dān)上部荷載，大大降低了應(yīng)力集中現(xiàn)象，更有效地發(fā)揮了樁間土的作用。 圖 24 墊層厚度與樁土應(yīng)力比關(guān)系示意圖 設(shè)置褥墊層還可以傳遞并減小樁體中的軸向應(yīng)力。當(dāng)超過(guò)某一深度后，樁的位移大于土的位移，土對(duì)樁產(chǎn)生正摩阻力，因此樁軸力又逐漸減小。 由于高壓旋噴樁屬柔性樁，柔性樁容易產(chǎn)生樁體剪切破壞，因此也可以通過(guò)設(shè) 13 置褥墊層來(lái)有效減小樁土應(yīng)力比；減小樁體中的軸向應(yīng)力，發(fā)揮樁間土的作用，提高樁間土的抗剪強(qiáng)度，從而也提高了樁的抗剪強(qiáng)度。這是因?yàn)樵诨A(chǔ)下設(shè)置褥墊層后，樁間土分擔(dān)的荷載大大增加，使樁間土垂直附加應(yīng)力 z? 增加，樁間土 水平附加應(yīng)力 x? 也隨著增加。 樁體材料的室內(nèi)三軸試驗(yàn)表明，水泥土抗壓強(qiáng)度隨圍壓 3? 的增加而有所增加。因此， 3? 增加，可提高 樁體抗壓強(qiáng)度，尤其可增加樁頂部抵抗受壓破壞的能力。 理論研究和試