袁文俊, 胥 悅

(中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610000)

機(jī)場(chǎng)、車站、橋梁等大型公共設(shè)施建設(shè)中，地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜、大量新近回填基坑，大面積挖填方，自然地層情況多樣，而現(xiàn)場(chǎng)又無(wú)法按規(guī)范要求滿足周期沉降。為確保工程工期、質(zhì)量和高大模板施工的安全，需要對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行必要的加固或改良，以有效提高地基承載力，保證地基的穩(wěn)定，減少上部結(jié)構(gòu)的整體沉降或不均勻沉降，達(dá)到消除黃土濕陷性提高抗液化能力的工程目標(biāo)[1]。目前新的地基基礎(chǔ)加固技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使用情況各不相同，高壓旋噴加固處理技術(shù)較為成熟。在生產(chǎn)過(guò)程中具有施工操作方便，可就地取材，勞動(dòng)力投入少，無(wú)需大型機(jī)械，施工進(jìn)度快，工期可控，成樁質(zhì)量好等一系列優(yōu)點(diǎn)。高壓旋噴樁是利用高壓射流技術(shù)、噴射化學(xué)漿液來(lái)破壞地基原有的土質(zhì)，并將其和化學(xué)漿液混合、固結(jié)在一起，形成具備一定強(qiáng)度的、不透水的加固體[2]。

1 工程概況

天府機(jī)場(chǎng)T2航站樓站前高架橋全長(zhǎng)693 m、寬45.5 m、高13 m，為墩柱箱梁結(jié)構(gòu)。箱梁為魚(yú)腹箱梁，底部為平板結(jié)構(gòu)兩側(cè)翼緣在6.5 m跨距內(nèi)以14 m半徑圓弧上揚(yáng)，為典型的高大支模體系。同時(shí)高架橋自身重量大，對(duì)地基基礎(chǔ)的承載力要求遠(yuǎn)高于普通橋梁。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地勘報(bào)告，站前高架橋所在區(qū)域范圍內(nèi)原場(chǎng)地場(chǎng)貌復(fù)雜，丘陵、魚(yú)塘、農(nóng)田、林地各種交替，大面積淤泥層厚度5～11 m不等。除此之外，地下設(shè)施結(jié)構(gòu)多樣且復(fù)雜，高架橋滿堂支架范圍內(nèi)含大面積的綜合管廊、地鐵、高鐵以及雨污管網(wǎng)等基坑開(kāi)挖回填所形成的填方區(qū)域，回填深度3～18 m，回填完成約半年，土層尚未完成自身固結(jié)沉降，回填區(qū)域無(wú)法滿足回填沉降要求。新近回填土填料主要為砂泥巖，具有遇水或暴露易風(fēng)化的特性，回填土物理力學(xué)性質(zhì)分布不均勻。對(duì)此在施工前期根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)18個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了平板載荷實(shí)驗(yàn)，所得地基承載力特征值140 kPa，壓縮模量6 MPa，確定新近回填土地基承載力不能滿足滿堂支架設(shè)計(jì)要求，需對(duì)地基進(jìn)行規(guī)范的處理。

航站樓站前高架橋施工區(qū)域建筑總面積為2.8萬(wàn)m2，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況需處理的面積高達(dá)1.8萬(wàn)m2，占比達(dá)到64.3%，地基處理技術(shù)的選擇尤為重要。為有效解決新近回填基坑和復(fù)雜軟弱地層地基坍塌及基礎(chǔ)不均勻沉降的問(wèn)題，在綜合考慮工程工期、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，采用工藝較為成熟的高壓旋噴樁處理技術(shù)+鋪設(shè)褥墊層確保地基的穩(wěn)固性和整體受力性。

2 技術(shù)原理

高壓旋噴注漿施工技術(shù)主要是借助鉆機(jī)將安裝有噴嘴的注漿管鉆入到設(shè)計(jì)土層位置，再通過(guò)高壓泵和注漿泵以20～40 MPa的壓力將漿液從噴嘴中射出，沖擊破壞土體的同時(shí)鉆桿以一定的速度提升，強(qiáng)制拌和漿液和土粒，待漿液固結(jié)后便會(huì)在土層內(nèi)形成固結(jié)體和復(fù)合地基[3]。根據(jù)不同地層情況采用不同的旋噴樁深度和間距，以達(dá)到加固地基基礎(chǔ)的目的。

為有效保證高壓旋噴樁和樁間土成為一個(gè)整體，共同承擔(dān)上部載荷，減少基底的應(yīng)力集中作用，在高壓旋噴樁加固區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)碎石褥墊層。鋪設(shè)前需清除浮漿(裁樁)，虛鋪褥墊層厚度h=0.33 m，夯實(shí)至30 cm，使夯填度達(dá)到0.90。

褥墊層虛鋪由下式確定：

h=H/λ=0.3/0.9=0.33 m(λ取0.9)

材料要求：褥墊層材料采用級(jí)配中粗砂加70%左右的礫石，最大粒徑不宜大于2 cm。褥墊層需在高壓旋噴樁樁體施工完成并達(dá)到70%以上強(qiáng)度后進(jìn)行。

3 工藝流程

高壓旋噴樁施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工流程

根據(jù)復(fù)合地基承載力估算確定高壓旋噴樁復(fù)合地基主要參數(shù)有：

(1)樁徑：φ500 mm。

(2)樁體強(qiáng)度：不得低于5 MPa。

(3)樁間土層：壓實(shí)填土(根據(jù)載荷實(shí)驗(yàn)，其地基承載力特征值140 kPa，壓縮模量6 MPa)。

(4)布樁形式：正方形布樁。

(5)褥墊層：褥墊層厚度取300 mm，夯填度(碾壓厚度與虛鋪厚度比)不大于0.90。

(6)注漿材料采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5R級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比取1.2∶1，水泥用量約236.5 kg/m。

(7)褥墊層材料，采用級(jí)配中粗砂加70%左右的礫石，最大粒徑不宜大于2 cm。

4 高壓旋噴樁加固施工

4.1 測(cè)放樁位

根據(jù)高壓旋噴樁平面布置圖，在現(xiàn)場(chǎng)將各個(gè)樁位點(diǎn)進(jìn)行放樣。為確保旋噴樁放樣點(diǎn)位的正確，應(yīng)隨時(shí)復(fù)核樁位信息，以保證樁位準(zhǔn)確。對(duì)不同區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和下部構(gòu)筑物進(jìn)行區(qū)別設(shè)置旋噴樁布置形式(圖2、圖3)。

圖2 典型斷面一

圖3 典型斷面二

4.2 成孔

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地層情況，用鉆機(jī)引孔至設(shè)計(jì)深度。

4.3 下旋噴管

將高壓旋噴管放入已經(jīng)成好的孔中，在下旋過(guò)程中須保證高壓旋噴管的噴嘴不被堵塞以及鉆桿接頭處不松動(dòng)。

4.4 旋噴作業(yè)

采用雙重管法施工，在旋噴管放入設(shè)計(jì)深度后，水泥漿壓力大于25 MPa，氣流壓力大于0.7 MPa，提升速度 0.15～0.20 m/min，旋轉(zhuǎn)速度 18～20 r/min，慢速提升旋噴管至樁頂。為確保復(fù)合地基質(zhì)量，需使用水泥漿復(fù)噴2～4次，另在樁頂1.0 m位置須復(fù)噴1～2次。為保證高壓旋噴質(zhì)量，旋噴作業(yè)完成后須將不斷冒出地面的漿液回灌到樁孔內(nèi)，直到樁孔內(nèi)的漿液面不再下沉為止。樁頂浮漿及保護(hù)樁高度0.2～0.4 m。根據(jù)規(guī)范要求噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100 mm(圖4)。

圖4 雙管法旋噴注漿示意

4.5 平整場(chǎng)地

旋噴樁施工完成后，平整場(chǎng)地，進(jìn)行表面處理(包括清理樁頭等)，在表面鋪設(shè)一層330 mm厚的級(jí)配良好的卵石并碾壓密實(shí)，為達(dá)到碾壓效果需要保證壓實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度比不得大于0.90。

施工過(guò)程中應(yīng)做好施工記錄，施工記錄應(yīng)包含一些內(nèi)容：樁位置、起止時(shí)間、轉(zhuǎn)速速度、水泥漿壓力、流量、氣流壓力、水流壓力、提升速度、樁頂和樁底標(biāo)高等。

4.6 旋噴樁施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

(1)嚴(yán)格按照地勘報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)成孔情況，確保樁達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

(2)嚴(yán)格控制噴射壓力及旋噴管的提升速度，對(duì)樁底1.0 m深度范圍內(nèi)及處理層進(jìn)行復(fù)噴。

(3)在噴漿作業(yè)中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行漿液配比設(shè)置，并做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的原始資料匯總，每天交接班后由資料員及時(shí)歸檔[4]。

5 預(yù)壓檢查

實(shí)驗(yàn)區(qū)地基處理完成后需進(jìn)行堆載，堆載重量是上部支架及結(jié)構(gòu)總載荷的1.2倍，滿足沉降要求后再進(jìn)行高大模板搭設(shè)(圖5)。

圖5 T2航站樓高架橋高大模板地基基礎(chǔ)承載力實(shí)驗(yàn)

承載力加載方案及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，需選擇地基處理區(qū)域進(jìn)行地基承載力實(shí)驗(yàn)，預(yù)壓區(qū)域橫向21.6 m，順向6 m，載荷達(dá)到箱梁自重120%時(shí)總載荷為400 t，布置3～5個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)基礎(chǔ)承載值和不均勻沉降量。根據(jù)JGJ/T194-2009《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》，在全部加載完成后的沉降監(jiān)測(cè)過(guò)程中，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，應(yīng)判定支架預(yù)壓合格：

(1)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm。

(2)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

6 結(jié)論

(1)針對(duì)復(fù)雜情況下航站樓站前高架橋高大支模架施工可能出現(xiàn)地基塌陷、基礎(chǔ)不均勻沉降等問(wèn)題，采用高壓旋噴+鋪設(shè)褥墊層的處理方式，具有施工流程簡(jiǎn)便，工藝成熟可靠的有點(diǎn)。既有效地解決了復(fù)雜軟弱地層地基基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，又使工程進(jìn)度得到了有效的保障，減少了工程后期高架橋下部道路地基基礎(chǔ)的處理費(fèi)用。

(2)通過(guò)高壓旋噴樁加固處理+褥墊層鋪設(shè)技術(shù)，使地基基礎(chǔ)承載力達(dá)到驗(yàn)算要求，消除了安全隱患，保障工期的同時(shí)消除后期對(duì)支架及上部結(jié)構(gòu)的修理費(fèi)用，有著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。