復(fù)雜地質(zhì)樁基施工穩(wěn)定性分析與加固策略研究

摘 要：為提高復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工穩(wěn)定性，保證工程整體施工質(zhì)量，本研究以實(shí)際工程為例，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)研究。分析工程的實(shí)際地質(zhì)情況以及該工程設(shè)計(jì)的樁基施工方案，計(jì)算在復(fù)雜條件下樁基施工的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果判斷樁基的穩(wěn)定性，針對(duì)穩(wěn)定性分析結(jié)果，采用復(fù)合式后壓漿技術(shù)進(jìn)行灌注樁加固。對(duì)加固結(jié)果進(jìn)行分析后得出結(jié)論，加固后樁基的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)值均在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值以上，其中，最大值為1.54，滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，可以保證樁基的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；樁基施工；穩(wěn)定性分析；加固措施

中圖分類號(hào)：TU 47" " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在土木工程中，樁基作為關(guān)鍵的承重結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性直接影響整個(gè)工程的安全性和耐久性。復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工的穩(wěn)定性至關(guān)重要[1]。復(fù)雜地質(zhì)條件往往表現(xiàn)為土體的非均質(zhì)性、地下水流動(dòng)、軟硬相間的土層分布以及斷裂帶等。這些因素不僅會(huì)增加樁基施工的難度，還可能導(dǎo)致樁基承載能力不足、沉降不均、傾斜甚至破壞等嚴(yán)重后果[2]，會(huì)給樁基施工帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，工程界和學(xué)術(shù)界已經(jīng)探索出多種加固措施。這些措施包括但不限于增加樁的數(shù)量和直徑、延長(zhǎng)樁的長(zhǎng)度、使用高性能的加固材料（例如碳纖維復(fù)合材料樁、高性能混凝土樁以及壓降處理等）、采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)等。這些加固措施能夠有效提高樁基的承載能力和穩(wěn)定性，從而保障整個(gè)工程的安全性[3]。

為掌握復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基的應(yīng)用效果，本研究基于實(shí)際工程進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)合工程的樁基設(shè)計(jì)方案對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定樁基加固方案，進(jìn)行樁基加固處理，以此提高樁基的穩(wěn)定性，從而保證工程的整體穩(wěn)定性、耐久性性。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工穩(wěn)定性分析及加固措施

1.1 工程概況

1.1.1 地質(zhì)環(huán)境

本文以某地區(qū)高層建筑項(xiàng)目的地基基礎(chǔ)施工為例。在該項(xiàng)目中，上部結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力混凝土框架設(shè)計(jì)，地基基礎(chǔ)施工是工程建設(shè)的重中之重。將建筑底部的基礎(chǔ)寬度設(shè)計(jì)為12.5m，下部結(jié)構(gòu)以樁基工程為核心。其中，建筑的基礎(chǔ)支撐主要由柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)構(gòu)成。建筑的全部支撐結(jié)構(gòu)（除特定區(qū)域外）均采用鉆孔灌注樁作為地基基礎(chǔ)，從而保證工程的整體穩(wěn)定性。

研究需要對(duì)施工環(huán)境和地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，施工區(qū)域主要被山區(qū)河流所環(huán)繞，地下水資源豐富，具體表現(xiàn)為上層滯水和巖溶裂隙水的雙重存在，這也為樁基施工帶來(lái)挑戰(zhàn)。在地層結(jié)構(gòu)方面，項(xiàng)目區(qū)域自上而下依次為人工堆積層雜填土、圓礫土、軟塑紅黏土夾碎石層以及深層的永寧鎮(zhèn)組泥質(zhì)石灰?guī)r。值得注意的是，圓礫土與軟塑紅黏土夾碎石層的厚度異常顯著，達(dá)到11～24m，這些土層的物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，對(duì)樁基施工的穩(wěn)定性和承載力構(gòu)成較大威脅。此外，地層內(nèi)部斜巖分布廣泛，且溶洞發(fā)育頻繁，呈現(xiàn)不規(guī)律分布，溶洞綠接近22%，溶洞內(nèi)填充物多維紅黏土碎塊，這些地質(zhì)構(gòu)造不僅會(huì)增加施工的難度，還會(huì)導(dǎo)致樁基施工過(guò)程中遇到突發(fā)性的坍塌或漏漿問(wèn)題[4]。更為復(fù)雜的是，部分樁基區(qū)域存在單樁需要穿越多個(gè)溶洞的情況，這對(duì)樁基設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量控制都提出了極高的要求。

1.1.2 樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

基于復(fù)雜地質(zhì)條件，該工程設(shè)計(jì)的樁基直徑為2.5m，這個(gè)尺寸是為了滿足承載力和穩(wěn)定性要求，同時(shí)考慮施工設(shè)備限制，平均高度為31.2m，主要原因是地質(zhì)復(fù)雜土質(zhì)較差，需要更深的嵌固來(lái)保證穩(wěn)定性。為了利用巖石的高強(qiáng)度和低壓縮性來(lái)支撐上部結(jié)構(gòu)，樁基以中風(fēng)化巖為樁端持力層。中風(fēng)化巖具有較高的抗壓強(qiáng)度和較低的沉降風(fēng)險(xiǎn)，是理想的樁端持力層材料。樁基嵌入示意圖如圖1所示。

1.2 樁基施工穩(wěn)定性分析

設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)后，需要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行相關(guān)分析，以此判斷該結(jié)構(gòu)是否滿足工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，因此要對(duì)樁基嵌固穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

該工程樁基采用鉆孔灌注樁進(jìn)行施工，其屬于單層支撐支擋結(jié)構(gòu)，灌注樁的嵌固穩(wěn)定性直接影響其臨界載荷，進(jìn)而影響樁基的整體穩(wěn)定性[5]，因此要對(duì)灌注樁的嵌固穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。如果用Ko表示灌注樁嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)，那么計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

（1）

式中：E1和E2分別為灌注樁施工時(shí)，主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的標(biāo)準(zhǔn)值；Z1和Z2為主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力作用點(diǎn)和支點(diǎn)之間的距離。

結(jié)合該公式對(duì)樁基穩(wěn)定性進(jìn)行分析，隨機(jī)獲取10根灌注樁施工后的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果，將該結(jié)果與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1的分析結(jié)果可以看出，部分灌注樁在施工后的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)Ko結(jié)果存在不滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況，嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)值小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的1.25。特別是樁位4的測(cè)試結(jié)果僅為1.05，明顯小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明樁基的嵌固穩(wěn)定性不足，需要進(jìn)行加固處理，提高其穩(wěn)定性。

綜上所述，該樁基工程中存在嵌固穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，必須采取相應(yīng)的加固措施，保證樁基的整體穩(wěn)定性，滿足工程的施工標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 樁基加固措施

1.3.1 復(fù)合式后壓漿原理

結(jié)合上述小結(jié)中樁基穩(wěn)定性的分析結(jié)果，需要對(duì)樁基進(jìn)行加固處理，提高樁基的穩(wěn)定性，本文結(jié)合工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，選擇復(fù)合式后壓漿技術(shù)進(jìn)行樁基加固。復(fù)合式后壓漿技術(shù)是一種結(jié)合靜壓注漿和高壓旋噴注漿的新型注漿技術(shù)，在灌注樁施工過(guò)程中或施工完成后，對(duì)樁身或樁底進(jìn)行注漿加固[6]，提高樁基的承載力和穩(wěn)定性。這種技術(shù)特別適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁基加固，例如砂卵石層、黏土、粉土、粉細(xì)砂層、淤泥層以及巖溶地層等。該技術(shù)利用高壓噴射注漿和靜壓注漿的雙重作用，不僅能在樁身或樁底形成致密的注漿體，還能通過(guò)充填、滲透、劈裂等多種方式對(duì)周圍土體進(jìn)行加固，顯著提高樁基的承載力和穩(wěn)定性。注漿體能夠與樁身緊密結(jié)合，形成連續(xù)的圓柱狀旋噴樁體，頂部無(wú)收縮，與樁砼結(jié)合緊密，能直接承受上部荷載，承載力較高。復(fù)合式后壓漿原理示意圖如圖2所示。

復(fù)合式后壓漿技術(shù)在進(jìn)行灌注樁加固過(guò)程中，會(huì)發(fā)生以下作用。

滲透固結(jié)作用：滲透固結(jié)作用是一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程，它對(duì)提高樁基的承載力和穩(wěn)定性具有重要意義，這種作用是通過(guò)注漿過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，即利用漿液在壓力作用下滲入樁側(cè)土或樁底土中，與土體發(fā)生固結(jié)作用，能夠增強(qiáng)土體強(qiáng)度、增加樁側(cè)摩擦力以及改善持力層受力狀態(tài)等。

膠結(jié)泥皮作用：復(fù)合式后壓漿技術(shù)進(jìn)行灌注樁加固時(shí)，膠結(jié)泥皮作用是一個(gè)重要的加固機(jī)制，泥皮主要由泥漿中的細(xì)顆粒和水分組成，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或物理結(jié)合，漿液中的水泥顆粒與泥皮中的顆粒形成新的化合物或結(jié)構(gòu)，從而提高泥皮的強(qiáng)度，顯著減少樁側(cè)與土體之間的摩阻力，影響樁基的承載力。

充填擠密作用：在注漿過(guò)程中，漿液在壓力作用下對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠壓作用。這種擠壓作用使土體顆粒重新排列，更加緊密，降低土體的孔隙率和壓縮性，有助于提高土體的承載能力和穩(wěn)定性，減少樁基在使用過(guò)程中的沉降量擠密作用，還能改善樁端持力層的條件。在注漿過(guò)程中，漿液滲透到持力層中，對(duì)持力層進(jìn)行加固和擠密，提高持力層的承載能力和穩(wěn)定性，有利于提高樁基整體承載力。

綜上所述，復(fù)合式后壓漿技術(shù)能夠完成灌注樁加固，提高持力層的受力，保證樁基的穩(wěn)定性，該技術(shù)的施工流程如圖3所示。

復(fù)合式后壓漿技術(shù)的灌注樁加固施工流程的具體說(shuō)明如下。

場(chǎng)地準(zhǔn)備：場(chǎng)地準(zhǔn)備是施工前的必要步驟，包括清理施工區(qū)域、平整場(chǎng)地、設(shè)置施工圍擋和標(biāo)識(shí)等。清理施工區(qū)域時(shí)，應(yīng)移除所有障礙物，保證施工設(shè)備和人員能夠順利進(jìn)入。平整場(chǎng)地則有助于施工設(shè)備的穩(wěn)定作業(yè)，同時(shí)減少施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

成孔：成孔是灌注樁施工的核心步驟之一，通過(guò)鉆孔設(shè)備在預(yù)定位置形成樁孔。在成孔過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制孔徑、孔深和垂直度等參數(shù)，保證樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。在鉆孔完成后，應(yīng)檢查孔壁是否完整、無(wú)坍塌現(xiàn)象，保證后續(xù)施工的質(zhì)量。

確定注漿管位置與注漿管固定：注漿管是后壓漿技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，可以將水泥漿注入樁孔中。在成孔后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定注漿管的位置，并將其固定在孔壁上。注漿管的固定應(yīng)牢固可靠，避免在后續(xù)施工過(guò)程中發(fā)生位移或脫落。

鋼筋籠安裝：鋼筋籠是灌注樁的重要組成部分，用于提高樁的抗拉和抗壓性能。鋼筋籠應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作和安裝，保證鋼筋的規(guī)格、數(shù)量和位置符合設(shè)計(jì)要求。在安裝過(guò)程中，應(yīng)注意鋼筋籠的保護(hù)層厚度和垂直度，保證其受力性能。

成樁：將混凝土注入樁孔中，形成完整的灌注樁。在注漿管固定和鋼筋籠安裝完成后，即可開(kāi)始混凝土灌注。在灌注過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的塌落度和澆筑速度，保證樁的質(zhì)量和強(qiáng)度。

連接注漿管與壓水試驗(yàn)：在成樁后，需要將注漿管與注漿設(shè)備連接起來(lái)，為后續(xù)的注漿操作做好準(zhǔn)備。在連接完成后，應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查注漿管的密封性和通暢性。壓水試驗(yàn)是注漿前的重要步驟，有助于發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問(wèn)題，保證注漿成功。

水泥漿制備與注漿：水泥漿是后壓漿技術(shù)的主要注漿材料，其性能直接影響注漿效果。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制備水泥漿，包括確定水泥的品種、摻合料的種類和比例、水灰比等參數(shù)。在注漿過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量，保證注漿效果滿足設(shè)計(jì)要求。在注漿完成后，應(yīng)檢查注漿管的注漿情況，保證注漿均勻、無(wú)遺漏。

設(shè)備拆除：在注漿完成后，需要拆除注漿設(shè)備和施工圍擋等臨時(shí)設(shè)施。在拆除過(guò)程中，應(yīng)注意保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，避免造成污染或損壞。

在施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收和資料整理工作，為后續(xù)的工程驗(yàn)收和結(jié)算做好準(zhǔn)備。

1.3.2 壓降參數(shù)計(jì)算

在地基基礎(chǔ)施工中，采用復(fù)合式后壓漿技術(shù)對(duì)灌注樁進(jìn)行加固時(shí)，為了達(dá)到更優(yōu)的加固效果，必須精確計(jì)算注漿量和注漿壓力等關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JG 3363—2019）的規(guī)定，若用Q0表示注漿量，則其計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

Q0=∑αsd+αed （2）

式中：d為樁身的直徑；αs和αe為地層填充率和地層空隙率。

采用開(kāi)式壓漿方式完成注漿，壓漿終止時(shí)的壓力計(jì)算如公式（3）所示。

F=pw+ξr∑γili （3）

式中：ξr為壓漿阻力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；γi為水泥漿液的重度；li為壓漿處埋置深度；pw為靜水壓力。

綜合上述參數(shù)完成復(fù)合式后壓漿施工，完成樁基加固處理。

2 加固結(jié)果分析

在完成樁基加固后，對(duì)其加固效果進(jìn)行分析，該分析將加固后灌注樁嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)Ko作為標(biāo)準(zhǔn)，隨機(jī)對(duì)10根灌注樁進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其加固前后的Ko進(jìn)行計(jì)算，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2的分析結(jié)果可知，通過(guò)復(fù)合式后壓漿技術(shù)進(jìn)行樁基加固處理后，嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)Ko值明顯增加，均在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值以上，其中最大值為1.54。注漿漿液在高壓作用下，能夠擠密樁端土體，改善其物理力學(xué)性能，并且注漿使樁身混凝土與樁側(cè)周圍土體間的間隙趨向無(wú)限小，即提高了二者之間的黏結(jié)力，也提高了樁身下段樁側(cè)的摩阻力，因此采用該技術(shù)進(jìn)行加固處理后，可以顯著提高灌注樁的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)。

3 結(jié)論

為保證復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基的穩(wěn)定性，提高工程整體的穩(wěn)定性，本研究結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行相關(guān)分析，通過(guò)計(jì)算穩(wěn)定性，確定樁基的加固方案，再對(duì)加固方案的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，確定其能夠滿足復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基的穩(wěn)定性需求，本研究可以為同類工程提供參考根據(jù)。

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