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摘要：高压旋喷桩施工技术，在地基加固处理中，具有施工便捷迅速、耐久性好、经济性，噪声小等特点。以某一实际工程为例，提出高层建筑筏板基础在局部地基持力层缺失的情况下，采用高压旋喷桩进行地基处理的设计要点，为同类型工程地基处理提供参考。
关键词：高压旋喷桩；持力层缺失；地基处理
1.高压喷射注浆法简介
高压喷射注浆法是在化学注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的一种施工技术，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为高压（20MPa以上）射流从喷嘴中喷射出来，冲击切割土体，并使土体与浆液搅拌混合，浆液凝固后形成固结体（即旋喷桩），从而加固土体。
高压喷射注浆法在60年代末期始创于日本。自1972年以来，我国经大量工程实践，高压喷射注浆已成为我国常用的施工工法之一。
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高的有机质时，以及地下水流速过大和已涌水的工程，高压喷射注浆法处理的效果差别较大，应根据现场试验结果确定其适用性。
2.高压喷射注浆法加固机理
2.1高压喷射流对土体的破坏作用
當高压喷射流的动压超过土体结构强度时，才会形成对土体的切割破坏，因此高压喷射的一个重要主要因素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要增加旋喷压力，这样就使射流能冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合。
在终期区域，喷射流能量衰减很大，不能直接冲击土体使土颗粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。在使用水或浆与气的同轴喷射作用时，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，从而增大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大。
2.2水泥与土的固结原理
水泥与水拌合后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。这种胶质物体有一部分混在水中悬浮，后来就包围在水泥微粒的表面，形成一层胶凝薄膜。所生成的硅酸二钙水化物几乎不溶于水，只能以无定形体的胶质包围在水泥微粒的表层，另一部分渗入水中。由水泥各种成分所生成的胶凝膜，逐渐发展起来成为胶凝体，此时表现为水泥的初凝状态，开始有胶粘的性质。水泥各成分在不缺水的情况下，不断地按上述水化程序发展、增强和扩大，从而产生下列现象：①胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速，结合更紧密；②由于微晶（结晶核）的产生进而生出结晶体，结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始；③水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完，所以水化过程是一个长久的过程。
3.工程实例应用分析
3.1工程概况
本工程位于邵武（抗震设防烈度小于6度，基本风压0.4kN/m2，2009年08月设计），上部为18层现浇混凝土框剪结构，地下室一层。
3.2地质情况
场地地基土自上而下主要有：①杂填土，②粉质粘土，③含卵石砾砂，④卵石（分布不均，有几个钻孔未揭露，局部缺失为变粒岩残积粘性土，其它各钻孔分布厚度5.50～14.40m），⑤变粒岩残积粘性土，⑥全风化变粒岩，⑦强风化变粒岩，⑧中风化变粒岩（如下图所示，高层建筑横跨ZK10～ZK12）。考虑到主楼地下室底板底标高持力层较大区域为卵石层，该地基层较厚且无软弱下卧层，经计算能满足承载力（fak=400KPa）和变形的要求，设计考虑采用筏板基础。但由于地下室底板底标高部分区域为残积粘性土，该土层承载力较低（fak=180KPa），且经计算与卵石层之间的沉降差不能满足规范要求。经过综合分析最后采用筏板基础，但应对基础底持力层为残积粘性土的局部区域进行地基加固处理。
3.3地基处理方法的选择
3.3.1换填垫层法
换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基及不均匀地基，其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量。本工程地下水位较高，勘察报告中的稳定水位距±0.000仅0.85m，水量较大，而且2#楼距已有建筑（5层砖混）不到10m。若采用换填垫层法，开挖深度约9m，降水难度很大，同时为保证相邻建筑的正常使用必须在支护上投入很大。换填垫层法还会造成土方量增加较多，施工工期延长。
3.3.2刚性短桩复合地基
刚性短桩复合地基中短桩主要采用预应力管桩，其主要目的为控制建筑物沉降，以消除建筑物的不均匀沉降，同时桩与桩间土共同工作，形成刚性桩复合地基，提高复合地基的承载力与刚度。刚性桩复合地基通过设置褥垫层使桩、土协调变形共同工作。处理后的地基沉降变形由两部分组成—加固区的压缩量S1和加固区下卧层的压缩量S2。由于桩的变形模量远大于土的变形模量，桩分担的荷载比例越大，其变形将越小，从而控制沉降。
3.3.3高压旋喷注浆法
高压喷射注浆法与其他地基处理方法相比，有如下的特点：a.适用的范围较广。既可用于工程新建之前，也可用于建成之后。既可垂直喷射亦可倾斜和水平喷射。b. 设备简单，管理方便，生产安全，施工简便，工期短。c.有较好的耐久性。d.经济性好，料源广阔价格低廉，浆液集中，流失较少。e.噪声低，无污染，环保无公害。
结合本工程的特点，并考虑施工简易性等方面，经充分论证分析，最终采用第三种方案处理地基。
3.4设计计算及注意要点
按照规范要求竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。
地基变形估算采用pkpm刚性计算，结果能满足规范要求。
3.4.2注意要点：
（1）施工质量检验
为保证旋喷桩桩身的施工质量，按规范要求对施工完后的桩身质量进行检验，质量检验方法有多种，可将整个桩挖出直接检查，也可用钻机在桩上垂直钻孔取芯样检查内部桩体均匀程度，同时也可用标准贯入的方法，本工程采用的是平板荷载试验测单桩承载能力。
对于处理后的复合地基，包括复合地基区域及与未处理地基交界处地基均要进行实验检测，保证建筑物在处理后的地基上的变形能满足现行有关规范要求。同时在施工期间应进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。
（2）施工过程中根据需要及时调整地基处理的范围
由于勘探点间距较大，两勘探孔间的地质情况也不能如实反映，所以要求根据施工现场情况，动态设计，根据实际情况调整地基处理的范围。
（3）增设褥垫层
通过设置褥垫层来保证桩、土共同承担基础传来的荷载，同时也使得地基处理部分与未处理部分能有一定的变形协调。通过改变褥垫的厚度，可调整桩、土分担的垂直荷载。
4.结语
作为高层的基础部分往往在整个建筑结构造价中占据了很大的比例。选择合理的基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。而基础持力层的地质条件又在一定程度上决定了该工程所能采取的基础形式。地基处理技术的合理应用，很多时候可以在一定范围内解决这个问题。本工程用高压旋喷桩对高层建筑地基进行局部处理，保证了筏板基础形式的适用，取得了较为理想的效果，可以作为同类工程的设计参考。
参考文献
[1] GB 500072-2002 建筑地基基础设计规范[S].
[2] JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范[S].
[3] 徐至钧，全科政.高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004.
关键词：高压旋喷桩；持力层缺失；地基处理
1.高压喷射注浆法简介
高压喷射注浆法是在化学注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的一种施工技术，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为高压（20MPa以上）射流从喷嘴中喷射出来，冲击切割土体，并使土体与浆液搅拌混合，浆液凝固后形成固结体（即旋喷桩），从而加固土体。
高压喷射注浆法在60年代末期始创于日本。自1972年以来，我国经大量工程实践，高压喷射注浆已成为我国常用的施工工法之一。
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或有较高的有机质时，以及地下水流速过大和已涌水的工程，高压喷射注浆法处理的效果差别较大，应根据现场试验结果确定其适用性。
2.高压喷射注浆法加固机理
2.1高压喷射流对土体的破坏作用
當高压喷射流的动压超过土体结构强度时，才会形成对土体的切割破坏，因此高压喷射的一个重要主要因素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要增加旋喷压力，这样就使射流能冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合。
在终期区域，喷射流能量衰减很大，不能直接冲击土体使土颗粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。在使用水或浆与气的同轴喷射作用时，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，从而增大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大。
2.2水泥与土的固结原理
水泥与水拌合后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。这种胶质物体有一部分混在水中悬浮，后来就包围在水泥微粒的表面，形成一层胶凝薄膜。所生成的硅酸二钙水化物几乎不溶于水，只能以无定形体的胶质包围在水泥微粒的表层，另一部分渗入水中。由水泥各种成分所生成的胶凝膜，逐渐发展起来成为胶凝体，此时表现为水泥的初凝状态，开始有胶粘的性质。水泥各成分在不缺水的情况下，不断地按上述水化程序发展、增强和扩大，从而产生下列现象：①胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速，结合更紧密；②由于微晶（结晶核）的产生进而生出结晶体，结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始；③水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完，所以水化过程是一个长久的过程。
3.工程实例应用分析
3.1工程概况
本工程位于邵武（抗震设防烈度小于6度，基本风压0.4kN/m2，2009年08月设计），上部为18层现浇混凝土框剪结构，地下室一层。
3.2地质情况
场地地基土自上而下主要有：①杂填土，②粉质粘土，③含卵石砾砂，④卵石（分布不均，有几个钻孔未揭露，局部缺失为变粒岩残积粘性土，其它各钻孔分布厚度5.50～14.40m），⑤变粒岩残积粘性土，⑥全风化变粒岩，⑦强风化变粒岩，⑧中风化变粒岩（如下图所示，高层建筑横跨ZK10～ZK12）。考虑到主楼地下室底板底标高持力层较大区域为卵石层，该地基层较厚且无软弱下卧层，经计算能满足承载力（fak=400KPa）和变形的要求，设计考虑采用筏板基础。但由于地下室底板底标高部分区域为残积粘性土，该土层承载力较低（fak=180KPa），且经计算与卵石层之间的沉降差不能满足规范要求。经过综合分析最后采用筏板基础，但应对基础底持力层为残积粘性土的局部区域进行地基加固处理。
3.3地基处理方法的选择
3.3.1换填垫层法
换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基及不均匀地基，其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量。本工程地下水位较高，勘察报告中的稳定水位距±0.000仅0.85m，水量较大，而且2#楼距已有建筑（5层砖混）不到10m。若采用换填垫层法，开挖深度约9m，降水难度很大，同时为保证相邻建筑的正常使用必须在支护上投入很大。换填垫层法还会造成土方量增加较多，施工工期延长。
3.3.2刚性短桩复合地基
刚性短桩复合地基中短桩主要采用预应力管桩，其主要目的为控制建筑物沉降，以消除建筑物的不均匀沉降，同时桩与桩间土共同工作，形成刚性桩复合地基，提高复合地基的承载力与刚度。刚性桩复合地基通过设置褥垫层使桩、土协调变形共同工作。处理后的地基沉降变形由两部分组成—加固区的压缩量S1和加固区下卧层的压缩量S2。由于桩的变形模量远大于土的变形模量，桩分担的荷载比例越大，其变形将越小，从而控制沉降。
3.3.3高压旋喷注浆法
高压喷射注浆法与其他地基处理方法相比，有如下的特点：a.适用的范围较广。既可用于工程新建之前，也可用于建成之后。既可垂直喷射亦可倾斜和水平喷射。b. 设备简单，管理方便，生产安全，施工简便，工期短。c.有较好的耐久性。d.经济性好，料源广阔价格低廉，浆液集中，流失较少。e.噪声低，无污染，环保无公害。
结合本工程的特点，并考虑施工简易性等方面，经充分论证分析，最终采用第三种方案处理地基。
3.4设计计算及注意要点
按照规范要求竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定。
地基变形估算采用pkpm刚性计算，结果能满足规范要求。
3.4.2注意要点：
（1）施工质量检验
为保证旋喷桩桩身的施工质量，按规范要求对施工完后的桩身质量进行检验，质量检验方法有多种，可将整个桩挖出直接检查，也可用钻机在桩上垂直钻孔取芯样检查内部桩体均匀程度，同时也可用标准贯入的方法，本工程采用的是平板荷载试验测单桩承载能力。
对于处理后的复合地基，包括复合地基区域及与未处理地基交界处地基均要进行实验检测，保证建筑物在处理后的地基上的变形能满足现行有关规范要求。同时在施工期间应进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。
（2）施工过程中根据需要及时调整地基处理的范围
由于勘探点间距较大，两勘探孔间的地质情况也不能如实反映，所以要求根据施工现场情况，动态设计，根据实际情况调整地基处理的范围。
（3）增设褥垫层
通过设置褥垫层来保证桩、土共同承担基础传来的荷载，同时也使得地基处理部分与未处理部分能有一定的变形协调。通过改变褥垫的厚度，可调整桩、土分担的垂直荷载。
4.结语
作为高层的基础部分往往在整个建筑结构造价中占据了很大的比例。选择合理的基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。而基础持力层的地质条件又在一定程度上决定了该工程所能采取的基础形式。地基处理技术的合理应用，很多时候可以在一定范围内解决这个问题。本工程用高压旋喷桩对高层建筑地基进行局部处理，保证了筏板基础形式的适用，取得了较为理想的效果，可以作为同类工程的设计参考。
参考文献
[1] GB 500072-2002 建筑地基基础设计规范[S].
[2] JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范[S].
[3] 徐至钧，全科政.高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004.