软土地基处理方案比较分析
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【摘要】本文根据实际工程案例，首先对本地区的地质情况作详细分析，再根据本软土地基实施处理方案，以沉管灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩等桩基和高压喷射注浆法处理技术作分析比较，论述高压旋喷注浆技术在本地区利用的科学性和实用性。
【关键词】软土地基；地基处理；沉管灌注桩；预应力管桩；人工挖孔桩；高压喷射注浆法
引言
我国东南沿海一带经济繁荣，各项建设逐渐增多，这些区域一般都为冲积层和一定厚度的淤泥层，表现为地基软弱、含水量高、承载力低，对于这样的不良地基开挖容易发生变形，给建筑物带来安全隐患，那么对地基就需要采取相应的处理措施，保证地基的稳定，减少地基的沉降。
1 软土地基处理方案总述
目前针对软弱地基的不同构成，《建筑地基处理技术规范》对于软弱地基处理提出了几种不同的处理方法：换填垫层法、强夯法和强夯置换法、砂石桩法、CFG桩法、夯实水泥土桩法、高压喷射注浆法等。目前对厚度较大的软弱地基一般采用各类钢筋混凝土桩进行处理，对含水量和孔隙比较大的软弱地基一般采用砂桩、石灰桩、化学灌浆或堆载预压等方法处理。针对不同软弱地基的加固及改良处理，处理方法和处理效果不尽相同。各种处理方法都有较强的针对性，处理方法选择是否合理，直接影响到建筑物的设计是否安全和节约。实际应用时应根据场区情况（地质、水文等）选用适宜的施工工艺。本文结合相关技术规范及施工经验，针对软土地基的高层建筑，在述及多种处理法的基础上着重提出了高压喷射注浆法的应用及其事例。
2 工程概况
某建设项目建设净用地面积91133m2，由23栋6+1F和9栋17+1F两种住宅形式以及和一栋1层～3层非住宅形式和1层地下室组成的住宅小区。场地±0.000为276.000m。项目总建筑面积177023m2，其中地下室建筑面积为13814.44m2，9栋高层建筑均呈凸形布置，剪力墙结构，建筑面积81 067m2，多层为砖混结构，建筑面积82 141.56m2。
2.1 项目地质情况
根据项目地勘报告，拟建场地自上而下各土层的工程地质特征如下： ①杂填土：土层分布不均，厚0.0m～4.5m。②耕土：稍湿，层厚0.0m～2.0m。③粉质黏土：主要由黏性土组成，厚0.0m～4.5m。④1粉土：夹有粉砂团块和透镜体。厚0.0m～5.2m。④2粉土：分布不均匀，厚0.0m～4.7m。⑤粉砂：厚0.0m～8.7m。⑥细砂：局部夹有薄层粉土④2团块和乌木碎屑，厚0.5m～7.2m。⑦卵石：一般粒径2cm～8cm，最大≥20cm，其间由砂、砾等充填。⑧泥质粉砂岩：岩石基本质量等级为软岩Ⅳ类～Ⅴ类，层顶埋深16.00m～19.00m。
表1 各地基土主要物理力学性质指标值
2.2 地下水和水位状况
潜水水位随季节变化而变化，汛期地下水位高，枯水期地下水位低，年变幅2m～4m（高程272.0m～274.0m）。场地地下水位南、北向变化较大，南边地势较低，勘察期间地下水位在4.0m～8.0m（5月份枯水期地下水位在6m～8m，6月底汛期地下水位在4m～6m），地下水位较高，靠江边地势较高，7、8月份汛期地下水位在8m～11m，地下水位较低。
3 地基处理方案比较分析
根据GB50011-2001第4.1.3条，场内地表土、填土、耕土、粉细砂为较弱土，粉质黏土、粉土④1、粉土④2为软土，松散卵石为中软土,稍密卵石中密卵石和强风化基岩为中坚土,密实卵石和中风化基岩为坚硬土。对于高层建筑，粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、稍密卵石层不能直接作为浅基础的持力层，中密（密实）卵石层、中风化基岩可作为持力层。根据项目实际情况,结合本地区地基处理经验及施工设备条件,初步考虑以下3种基础方案和1种地基处理方法：
3.1 沉管灌注桩方案
无需排土排浆，造价较低，但施工质量难于控制，容易造成颈缩、夹泥、断桩等现象。且《建筑桩基技术规范》中严格限制该类桩的使用，在软土区域仅限于多层住宅单排桩条基使用。因此本工程不选用沉管灌注桩。
3.2 预应力管桩方案
质量稳定优于沉管灌注桩，但沉桩过程的挤土效应常常导致接头处断桩、桩端上浮、增大沉降，且预制桩不能穿透硬夹层；另外，预制桩的桩径、桩长、单桩承载力可调范围小。因此本工程不宜选用预应力管桩。
3.3 人工挖孔桩方案
人工挖孔桩在低水位非饱和土中成孔，可彻底洗孔，直观检查持力层，因此具有质量稳定性较高，单桩承载力高,施工简便,成本费用低等特点。但本项目地下水位较高，人工挖孔桩实施时，会将桩侧细砂、粉砂颗粒淘走，引起地面下沉，导致护壁整体滑脱。还有的将相邻桩新灌注桩混凝土的水泥颗粒带走，造成离析。因此本工程不宜选用人工挖孔桩。
3.4 高压喷射注浆方案
高压喷射注浆法是在按要求钻至设计深度的钻孔内,下入带喷咀的注浆管,用高压泵将水泥浆或其他化学浆液向孔内周围土体旋转喷射,同时,钻杆以一定的速度缓慢向上提升,高压射流使一定范围内土体结构遭到破坏,并强制与土颗粒胶结硬化,在地基中形成一定直径的圆柱体,简称旋喷桩。该加固方案的特点是加固后形成的复合地基的承载力提高,可直接承受上部荷载,荷载可以一次性施加,因此,工期比较短,加固后的复合地基变形量小,且比较均匀,可减少沉降量,消除不均匀沉降。
结合以上分析比较，并结合本工程结构及地质分布的特点，认为高压喷射注浆法明显优于其他桩基础方案,经与设计单位沟通，本项目高层和地下室采用单管旋喷桩复合地基上的筏板基础，筏板顶面高程273.300m,底板抗浮设计水位272.000m。
4 旋喷桩复合地基的设计处理
建筑结构对复合地基承载力和变形模量的要求:高层及地下室fspk≥400kPa，变形模量≥25MPa。
4.1 旋喷桩桩长要求
根据项目地勘报告，卵石埋深大都在16m以上,旋喷桩以进入卵石为计算依据。旋喷桩桩位平面布置：按等边三角形呈梅花状分布,电梯井及主楼部分,桩间距为1.4m,地下室部分桩间距为1.2 m。
4.2 旋喷桩桩径及桩身强度
通过现场试验确定,在施工现场先施工试验桩3个,经过一定龄期后,开挖试桩,确定本工程桩径为d=800mm,桩身无侧限抗压强度为fcuk=5MPa。单桩竖向承载力标准值按下列2式计算,取其中较小值。Rdk =ηfcukAp，Rdk =πdΣhiqsi +Apqp
旋喷桩复合地基承载力按下式计算：
fspk =［Rdk+βfsk（Ae-Ap）］/Ae
4.2.1电梯井及主楼部分旋喷桩计算分析
Rdk=0.33×5000×0.5=825kN
Rdk=3.14×0.8×(55×2.25+58×2.6+41×2.35+24×5.35)+0.5×125=1316.7kN
取Rdk=825kN为计算值:
fspk=[825+0.4×150×(1.4×1.4-0.5)]/1.4×1.4=465.61kPa
以上计算结果表明,电梯井及主楼部分按1.4m×1.4 m梅花形布桩,d=800 mm旋喷桩有效长度12 m时,可满足复合地基承载力的要求。
4.2.2 地下室部分旋喷桩计算分析
Rdk=0.33×5000×0.5=825kN
Rdk=3.14×0.8×(20×4.5+40×2)+0.5×180=416.56Kn
取Rdk=416.56kN为计算值:
fspk=[416.56+0.4×120×(1.0×1.0-0.5)]/1.0×1.0=440.56kPa
以上计算结果表明,地下室部分按1.0m×1.0m梅花形布桩,d=800mm旋喷桩有效长度6.5m时,可满足复合地基承载力要求。
5 旋喷桩施工工艺及质量控制措施
高压旋喷桩采用单管旋喷注浆法,工艺流程为:钻孔(编录土层结构)旋喷桩机就位插管(将喷嘴下至设计深度)清孔自下而上旋喷高压水泥浆 (至设计标高)回灌补浆成桩移位。质量技术控制参数为：
5.1 垂直度偏差小于1°,桩位偏差小于2 cm。
5.2 浆压:30MPa～35MPa。
5.3 旋转速度:15r/min～20r/min。
5.4 提升速度:15m/min～20m/min。
5.5 喷浆量:40 L/min～60L/min。
5.6 水灰比:1∶1。
5.7 耗灰量∶300kg/m～350kg/m(32.5 R普硅水泥)。
工程管理实行项目经理责任制,机台施工严格按照有关规范、标准实行。
6 旋喷桩复合地基加固效果
工程施工结束后,由当地物探工程勘察院对复合地基整体进行了物探检测,由当地建筑工程质检站对旋喷桩复合地基进行了垂直静载荷试验及抽芯检查。检测结果显示：
6.1 场地地基整体上均匀、密实,复合地基承载力介于400kPa～550kPa之间,变形模量Eo为27.5MPa～72.1MPa，达到了设计要求。
6.2 随机抽取16支桩进行垂直静载荷试验，各测点在试验加载达2倍复合地基承载力设计值时各点总沉降量在4.47mm～16.60mm之间,Q-S曲线平缓圆满,无陡降段,S-lgt曲线排列平行规则,所试验各点地基承载力均达到了设计要求。
7 结束语
综上所述，笔者根据多年实践经验，通过对软土地基的地质结构详细分析，简明扼要地阐明沉管灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩对本桩基工程的不适用性，再通过周密的参数计算和对地基加固后的检测评估，阐述高压喷射注浆法在本工程中应用的可行性、科学性。
参考文献：
[1] JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范[S].
[2] GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].
[3] GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].