学文网摘要：高层建筑下的基础持力层中含有局部的软弱夹层，单独处理软弱下卧层的理论基础和设计规范都没有详细说明。本文着重的介绍了高压旋喷桩处理建筑软弱下卧层的设计过程，并提出新的计算方法。
关键词：软弱下卧层；高压旋喷
一、 前言
目前在建的项目基础持力层都是比较良好的砂砾层，砂砾层中经常出现粘性土夹层。该夹层常以不连续串珠状形式出现。如果该层正好在基础底面以下可以采用挖除换填的方法处理，但如果该层出现在基础持力层以下，而且作为下卧层验算时满足不了设计要求，则必须进行处理。而现行规范没有针对软弱下卧层的处理规定，所以通常采用刚性桩作为增强体，且将刚性桩贯穿基础底面以下所有的计算土层（包括持力层、软弱下卧层），这种方法固然安全、但没有针对性，则必然造成工程的浪费。利用高压悬喷的方法仅对软弱的下卧层进行加固处理，对设计提出了新的要求。
二、 工程概况
1）工程地质条件：场地主要地层自上而下依次为
砾砂：中密，稍湿～饱和，层厚2.0米左右。承载力特征值fa=525KPa. 圆砾：中密，混粒砂，层厚3.0米左右。承载力特征值fa=756KPa.粉质粘土：饱和，可塑，层厚0.3～2.0米左右。承载力特征值fa=180KPa.砾砂：黄褐色，中密，饱和，层厚2.5米左右。承载力特征值fa=635KPa.圆砾：密实，揭露厚度为20.0米。承载力特征值fa=862KPa.
2）主体建筑设计参数
层数为39层，混―筒结构，筏板基础（三层地下室）。基础底面以上主体结构荷载标准值为p=800KPa。基础持力层为②圆砾。
三、 地基处理设计方案比选
圆砾层为持力层， 粉质粘土位于持力层下，需要对其进行下卧层验算，经验算，下卧层承载力不能满足上部结构设计要求，承载力相差300Kpa，对 粉质粘土的加固考虑了多种处理方案，由于粉质粘土只分部于建筑下的一部分，因此处理时既要考虑提高地基承载力，又要考虑建筑物下处理部分和未处理部分的协调变形。
确定方案时，考虑了静压注浆、深层搅拌和高压旋喷等工艺，静压注浆效果难以评价，随机性很大，深层搅拌桩在施工时对软弱层上覆的持力层也造成了扰动破坏，比较来看，当只处理软弱段土层时，高压旋喷最为适宜。根据此目的，设计中考虑选择了多种地基加固处理方案：静压注浆、深层搅拌和高压喷射注浆等工艺。静压注浆的效果难以评价，随机性很大；由于施工机械和工艺的原因，深层搅拌桩在加固下层土的同时，必然要搅动穿透上部持力层，在持力层范围内不喷浆则是对持力层的扰动，若喷浆则是对其加固，因此使得处理部分的持力层与未处理部分的持力层受力和变形性能发生变化，难以使之协调变形，产生新的不均匀沉降。比较来看，当只处理下部软弱土层时，高压喷射注浆工艺最为适宜。高压喷射注浆是先利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置，然后将浆液以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，使被高压流切割搅碎的土层与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，形成具有一定强度的固结体，达到加固软弱土层的目的。由于注浆管的直径很小，只有几公分到十几公分，因此穿透持力层时对持力层几乎没有影响。高压旋喷是高压喷射注浆工艺中最常用的一种形式。
传统增强体的地基处理计算模型：一般意义上的复合地基是指基底下的天然地基土体与增强体（桩体）共同作用，承担竖向荷载。桩与桩间同组成复合地基，其主要受力层在加固体内，桩的作用是主要的，但桩不直接接触基础，而是通过10-30cm厚的碎石或砂石褥垫层过渡，调整竖向荷载在桩顶和桩间土上产生的应力比，即能使桩多承担一些荷载，发挥桩作为增强体的加固作用，均匀地基应力，增大应力扩散角，又能使桩顶在基础底面处的应力集中减弱，防止桩顶对基础的冲切破坏。采用刚性桩作为增强体的复合地基中，褥垫层的作用非常重要。随着褥垫层厚度的增加，桩土应力比发生显著的变化，褥垫层厚度大于10cm时，桩顶的应力集中现象明显减弱，大于30cm时，桩土应力比已很小，大于1m时接近于1。由于砂石褥垫层的厚度很薄且刚度较大，其可压缩厚度有限，压缩变形很小，在基础的强迫约束下，桩与桩间土的变形基本上是一致的[2] ，刚度较大的桩就要多承担荷载，因此，根据这样的计算模型，复合地基的承载力特征值为[2] [3]：
fspk=m +b（1-m） fsk其中，fspk为复合地基承载力特征值，m为桩的面积置换率，Ra为单桩竖向承载力特征值，Ap为桩的截面积，b为桩间土承载力折减系数，fsk为处理后桩间土承载力特征值。
由于仅对软弱下卧层进行加固，桩顶距离基底很远，与一般意义上的复合地基模型有明显的差别，主要表现在：本工程地基的主要受力层是圆砾层而非加固体，加固体与基底间有5m以上厚的圆砾层而非10-30cm厚的砂石褥垫层。这样的地基处理方式仅在一些资料中有零星工程实例的介绍[4]，而未见有更详细的设计计算理论。既然根据一般复合地基理论，当褥垫层厚度超过1m时桩土应力比已接近于1，桩承担的竖向荷载就仅限于桩所占面积上的基础压力，那么，本工程的处理方案就存在这样的问题：（1）是否可行，即用旋喷桩仅加固软弱下卧层是否能提高其承载能力，理论上是否可行。（2）如何计算，即如何确定桩能承担多少荷载，如何确定加固体的承载能力。
实际工程中，基础底板至软弱下卧层顶面平均按5m计，已远远z 超出褥垫层的合理厚度，因此桩土应力σ1≈σ2。由于桩底位于良好持力层⑤上，单桩端承力大于σ1，满足要求，但桩间的粉质粘土段不能满足承载力要求，因此在σ2作用下，桩间土会产生压缩变形，当桩间土发生向下微小位移S时，桩侧摩阻开始发挥作用，阻止桩间土向下运动，由于桩侧摩阻的作用，桩周围土的承载力得到提高，通过调整桩间距和桩长，可以用桩周围土的承载力提高值来弥补软弱下卧层承载力不足。因此，利用高压旋喷仅仅处理软弱下卧层的设计是可行的。
四、 工程的检测和设计理论的验证
按设计的桩距及桩长于建筑物外布置试验桩，先行施工，桩强度达到要求后于试验桩的桩间进行了深层载荷板试验检测，检测结果表明，经高压旋喷注浆处理后的桩间土地基承载力提高了200%，粉质粘土下卧层也没有发生剪切破坏或过大的沉降变形，说明经加固处理后的软弱下卧层满足了承载力要求。
参考文献
1. 刘之春 蒋永生等 软弱下卧层地基承载力验算应注意的问题《建筑技术》2002年 第12期 |
2. 余国内外高压旋喷技术的发展现状与趋势暄平《城市道桥与防洪》 2006年04期
3. 建筑地基基础设计规范（GB50007-2011） ，北京：中国建筑工业出版社，2002。
4. 建筑地基处理技术规范 （JGJ 79-2012） 主编部门：中国建筑科学研究院
5. 地基处理手册（第二版），北京：中国建筑工业出版社，2000。
作者简介：张立峰（1972―），男，辽宁锦州人，中国建筑东北设计研究院有限公司 岩土工程公司 副总工程师 高级工程师，岩土专业，研究方向为软弱地基处理。
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