桂林市自来水有限公司
摘要：当地基持力层承载力达不到设计要求时，地基必须进行处理，以桂林市第二水源工程--西城水厂工程子项地基处理为例，简要介绍地基处理的方案比选及地基处理的施工管理
关键词：软弱地基、地基处理、高压旋喷桩
西城水厂建设项目位于桂林市临桂区庙岭大道以北、西城大道北延线以西，面积约161亩，一期（本期）工程建设规模为20万m3/d。建设内容为：常规净水工程、排泥水处理工程以及生产、管理的附属设施（含业务楼、员工宿舍楼、机修仓库、物料仓库、脱水机房、门卫室等）。
1 软弱地基出现的原因
2020年4月由基础勘察单位对絮凝沉淀池下叠清水池进行施工勘察并提交施工勘察报告，该报告对持力层（黏土②）的承载力数值判定为≤115kpa。持力层承载力变化较大，根据基础勘察单位出具的《桂林市第二水源工程—西城水厂工程子项岩土工程施工勘察补充说明》介绍，承载力变化大的原因为以下三点，其一：黏土②为弱胀缩土，具有干缩湿胀特性，在基坑开挖裸露后，只能临时稳定，在日晒、降雨或地表水渗透浸入下，使其胀缩而降低其抗剪强度，从而降低承载力。其二：在勘察期间及钻孔深度范围内，地下水主要有两层，该两层地下水间相互具有一定的水力联系，其中上层滞水有一定的水量；基岩裂隙水埋藏浅，水量大，且具有承压性，在降雨或地表水渗透浸入下，使土层胀缩而降低其抗剪强度，从而降低承载力。其三：对基坑进行开挖后，相应的基坑底部持力层（黏土②）有了扰动，原本可以充当隔水层的土层因为扰动，隔水能力减弱。在连续的降雨期间，雨水对深层的土体进行了扰动，在降雨或地表水渗透浸入下，使其胀缩而降低其抗剪强度，使本来满足设计要求的持力层变成软弱土层。经过由第三方检测公司进行复核检测后，结果与施工勘察的结果一致，地基承载力不能满足设计200kpa的要求，需做专项处理。
2 技术方案介绍
根据这一情况，我公司及时组织设计单位、监理单位、勘察单位、施工单位等共同汇商研究并由设计单位提出以下处理方案：
方案一：调整设计，降低结构底板、基础的基底标高。通过分析，结构底板下降以后，此方案涉及水厂工艺设计、结构设计、电气设计等大量设计调整，以及与规划局报规数据的外部协调。另外还会引起造价变化外，对设计工期、现场工期、设计程序、报建手续等一系列的外围影响，此种影响难以量化估算，经过综合探讨后不建议此方案不再深化讨论。
方案二：注浆加固法。根据勘察单位的建议，对该软弱土层进行注浆加固也是可供选择的软弱地基处理方案之一。由于现场土方已开挖至距设计基底不远处，依据相关规范要求，注浆加固方式的注浆点上覆土层厚度应大于2m，现场已不具备上覆土条件的要求，此处不再深化讨论。
方案三：换填垫层法。施工勘察报告指出，基底下的软弱土层厚度不大于1.5m，因此具备换填的条件。换填垫层的施工应分层进行，在每层的压实系数检验满足设计要求后再铺填上层垫层，验收时应采用静载荷试验检验垫层承载力，且每个单体工程（以变形缝分隔计算）不宜少于3个点，同时需满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的相关要求。
方案四：旋喷桩复合地基。根据计算，采用筏板基础的结构，其高压旋喷桩可采用直径0.55m，桩间距约为1.1m，施工至岩面，复合地基承载力特征值为160kPa，可满足筏板基础基底压力的设计要求，单桩承载力特征值不小于95kN。采用条形基础的结构单体，其高压旋喷桩可采用直径0.55m，桩间距约为0.9m，施工至岩面，复合地基承载力特征值为190kPa，可满足条形基础基底压力的设计要求，单桩承载力特征值不小于95kN。旋喷桩的施工工艺及参数应根据土质条件、加固要求，通过试验或根据工程经验确定，同时需满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的相关要求。验收时，高压旋喷桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验。检验数量不得少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静载荷试验的数量不得少于3处。需注意的问题如下：（1）高压旋喷桩直径应根据实际工程现场经验进一步确定；（2）对于絮凝沉淀池下叠清水池中出现软弱土层过薄的现象，可以600mm为界，当设计垫层底标高下软弱土层<600mm时，将软上层挖除直接以中粗砂褥垫层替代；当设计垫层底标高下软弱土层≥600mm时，则按300mm褥垫层+旋喷桩复合地基的做法；（3）高压旋喷桩的高压水泥浆液的压力一般大于20MPa，在本工程中的浅覆土中应用时，应注意避免发生冒浆等不利影响。
3 技术方案比选
为此，我公司组织监理单位、施工单位与相关专家进行会议论证，对方案三和方案四从经济成本、施工工期、天气因素、施工复杂度等进行综合对比从中选出最优的方案。
首先从经济成本比较，经过专业的预算对比旋喷桩复合地基比换填垫层法节约成本约27%，节省造价约280万元。换填垫层法成本较大的原因在于按原基坑放坡系数根据地基处理方案基坑需要加深1.5m，并外放1.5m宽，采用300mm中粗砂褥垫层加1200mm砂石换填，并按方案要求砌筑挡砂墙及其基础等，由于换填开挖基坑需要加深1.5m，原已施工的边坡支护需挖除后再重新施工，排水沟及井点降水（含止水帷幕）均须重新施工，且增加开挖方量导致回填工程量均有所增加。
单体名称 方案三（换填垫层法）
造价（万元） 方案四（旋喷桩复核地基）
造价（万元） 造价比较（万元）
絮凝沉淀池下叠清水池 673 459 -214
砂滤池下叠清水池（滤池部分） 208 189 -19
砂滤池下叠清水池（提升泵房反冲洗泵房部分） 137 90 -47
物料仓库 15 15 0
合计 1033 753 -280
方案三与方案四经济成本比较
其次从施工工期做对比，换填垫层法需要拆除原边坡支护、排水沟及井点降水（含止水帷幕）后再重新施工完边坡支护、排水沟及井点降水（含止水帷幕）才能开始换填施工，这些附属措施施工工期较长；旋喷桩复合地基施工时需要先做工程试验桩，等试验桩合格后即可大面积施工，旋喷桩施工可根据需要增加机械数量，施工工序单一进场调试好机械即可施工，工期相对于换填垫层法要少。
再次从天气因素来分析，经过查询桂林地区的往年气象资料，4月至6月间降雨丰富、暴雨频发、降雨连续周期长是年度降雨的集中期，雨季换填施工，开挖后下层黏土也会因雨水浸泡变成软弱土，下卧层达不到设计要求，受雨水的影响，含水率较大，降雨时分层压实质量不能保证，施工质量对天气要求极高进度受天气影响极大。旋喷桩施工是把水泥浆高压喷射进土层，施工基本不受天气影响，质量及工期对天气要求低。
最后从施工的复杂性来说，两种施工方式都非常成熟，技术难度不高。以上比选过程中，方案四具有比较明显的优点和效益，专家评审会一直通过采用方案四进行施工。
经过专家会议论证，决定采用旋喷桩复合地基作为软弱土层的主要处理方案。对于基底土层厚度小于1.0m的区域（约7%）不采用旋喷桩复合地基采用换填垫层法，距基坑底边5m范围内如果土层厚度小于1.0m为保护基坑护坡不采用换填垫层法采用旋喷桩复合地基。
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4 施工过程管理
4.1 高压旋喷桩技术简介：高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭到破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀具有一定强度的加固体（称为旋喷桩）从而加固地基。
4.2 高压旋喷桩施工要点：
（1）高压旋喷桩方式的确定：高压旋喷桩施工，根据工程需要和土质条件可选用单管法、双管法和三管法；旋喷桩加固体形状可分为柱状、壁状、条状或块状。本工程根据地基勘察报告及设计图纸采用单管法施工即可，加固体形状为柱状。
（2）测量放线：依据控制桩及设计图，准确放出旋喷桩的孔位。其误差不大于50mm，并用木桩固定。在高喷灌浆轴线拐弯处应设固定桩，同时在施工轴线5～10m范围设引桩。
（3）钻机就位、引孔：把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架，钻机的垂直度不超过±1％，钻头对准孔位中心，纵横向偏差不大于10mm。经技术人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录，钻孔结束后由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。施工过程中应根据对每根桩测量其钻杆长度以控制成桩长度符合设计要求。
（4）下喷射管：将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆液试喷，检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工，喷射过程中遇特殊情况，如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。
（5）喷浆材料：采用强度等级42.5MPa复合硅酸盐水泥按浆液水灰比1：1搅制（桩身水泥土立方体试块标养28天抗压强度不小于3.0MPa），用水PH值不得小于4.5且应符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006），水泥应为新鲜无结块，通过0.08mm方孔筛的筛余量为≤5%，每批次进场水泥必须有生产厂家产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。
（6）制浆：水泥浆配制应严格按设计要求。搅拌灰浆时，先加水（制浆用水必须保证清洁无污染，符合拌制要求，并掺入少量的外加剂），然后加水泥，采用高速搅拌机搅制浆液，每次灰浆搅拌的时间不得少于1min，拌制浆液必须连续均匀，水泥浆应在使用前一小时制备，浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌，直到喷浆前。在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。
（7）喷射提升：当喷射管下至设计深度，开始送入符合要求的浆液，待注入浆液冒出孔口时，采用喷射压不小于26MPa、提升速度为20㎝/min、旋转速度20r/min的方式自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。喷射管分段提升的搭接长度不得小于100mm。
喷射过程中，值班技术人员应随时检查各环节的运行情况，并根据具体情况采取措施。
1）：接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；
2）：喷射因故障中断。
对此应酌情处理：
①：因机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；
②：如中断时间超过1小时，要采取补救措施；
③：恢复喷射时，喷射管要多下0.5～1m，保证凝结体的连续性。
旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量，冒浆情况、压力变化等的记录。喷射时，先应达到预定的喷射压力26MPa、喷浆旋转60秒，水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，提升速度为20cm/min，保证桩顶密实均匀。
（8）复喷：施工有效桩长小于1m的桩，应复喷工艺增大固结体半径、提高固结体强度。在不改变旋喷技术参数的条件下，对同一土层作重复注浆（喷到顶再下钻重喷该部位），能增加土体破坏有效长度，从而加大固结体的直径或长度并提高固结体强度，复喷时全部喷浆，复喷的次数愈多固结体直径加长的效果愈好。
（9）回灌：喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般会有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为1：1～1：1.5的水泥浆进行补灌，直到浆面不再下沉为止，保证固结后旋喷桩柱顶标高，并要预防其他钻孔排除的泥土或杂物进入。
（10）记录：施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应详细、及时、准确记录，所有记录需按要求使用统一表格。
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4.3 质量的过程监控及验收：
（1）材料：严格按施工要点选用水泥和施工用水，每台旋喷机配备两个制浆池，每个制浆池配制的浆液需用水灰比测量计测量合格后才能使用，制浆池轮换使用即一个池在使用一个池在制浆以保证浆液的质量及施工的连续性，每批次进场水泥和水泥浆抽检送第三方检测公司检测。
（2）过程检测：旋喷桩在成桩三天内采用动力触探的方法检验桩身的均匀性，桩身的成桩形状采用开挖检查的方法确定，检验点的数量不少于施工孔数的2%，并不应少于6点。检验点的布置选用有代表性的桩位，施工中出现异常情况的部位以及地基情况复杂，可能对旋喷桩质量产生影响的部位。
（3）承载力检验：旋喷桩施工完成28天后进行承载力检验，旋喷桩复合地基承载力检验采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验，检验数量不少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静载荷试验的数量不少于3台。经过一个多月的施工，经过第三方检测单位对旋喷桩共计进行动力触探194根、复合地基载荷试验50根和增强单桩静载试验54根，其提供的成桩单桩静载荷试验和复合地基静载荷实验检测报告说明，施工质量合格。
由于广西属于喀斯特地貌，熔岩溶洞比较发育，在建设工程基础施工过程中往往出现由于软弱土层、溶洞和岩石裂隙水等造成持力层变化和减弱现象，给施工造成各种困难和不利影响，西城水厂建设项目在软弱地基处理施工过程中的一些经验可以为类似的情况提供一些借鉴。
参考文献：
1、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；
2、《建筑地基基础工程施工质量验收标准》（GB 50202－2018）
3、清华大学出版社《土力学地基基础》（ISBN 978-7-302-32073-9）。
个人简介：宁子锋（1993.3--），男（汉族），广西玉林人，助理工程师，全日制本科，从事市政工程水厂建设工作。
现工作单位：桂林市自来水有限公司
单位邮编：541001