基坑土體加固的方法與適用性

基坑土體加固的方法，包括注漿（各種注漿工藝、雙液速凝注漿等）、雙軸攪拌樁、三軸攪拌樁(SMW)、高壓旋噴樁、降水等加固方式。基坑土體加固方法及適用性可參見下表。

表中地基加固的各施工工法可詳見相關(guān)專業(yè)規(guī)程或規(guī)范。表中人工填土包括雜填土、浜填土、素填土和沖填土地基等。其中素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土組成的填土，其中含少量雜質(zhì)；沖填土則由水力沖填泥砂形成的填土；雜填土則是由建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物組成的填土，土性不均勻，且常含有機質(zhì)，會影響加固的效果和質(zhì)量，故應慎重對待。

在軟弱土層，如上海、廣州、天津等沿海城市地區(qū)，建筑深基坑在開挖時使周圍土層產(chǎn)生一定的變形，而這些變形又有可能對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響和危害。為避免坑內(nèi)軟弱土體的破壞，采用壓漿、旋噴注漿、攪拌樁或其它方法對地基摻入一定量的固化劑或使土體固結(jié)，能有效提高土體的抗壓強度和土體的側(cè)向抗力，減少土體壓縮和地基變形及圍護墻向坑內(nèi)的位移，減少基坑開挖對環(huán)境的不利影響，并使基坑圍護結(jié)構(gòu)或鄰近結(jié)構(gòu)及環(huán)境不致發(fā)生超過允許的沉降或位移。

一、注漿加固應用范圍

注漿包括分層注漿法、埋管法、低坍落度砂漿法、柱狀布袋注漿法等。注漿可提高地基土的承載力，增加圍護墻內(nèi)側(cè)土體的被動土壓力，但對提高土體抗側(cè)向的變形能力不明顯。一般在計算時不考慮提高加固區(qū)土的抗剪強度指標和土的側(cè)向比例系數(shù)。在基坑較淺或環(huán)境尚好的砂性或粉性土基坑內(nèi)可采用注漿進行地基加固處理。

對基坑土體采用注漿加固時，一般應用范圍包括：

⑴ 注漿可用于坑底范圍的土體加固。一般用于環(huán)境保護要求不高的基坑工程。

⑵ 在分段開挖的長而大的基坑中，如果坑內(nèi)土體的縱向抗滑移穩(wěn)定性不足，可對斜坡體進行加固。

⑶ 當圍護墻是地下連續(xù)墻或灌注樁時，如果需要減少圍護墻的垂直沉降、或提高圍護墻的垂直承載的能力，可用埋管注漿法對圍護墻底部進行注漿加固。

⑷ 在圍護墻外側(cè)進行注漿加固，或用于周邊環(huán)境保護的跟蹤注漿以減少圍護墻的側(cè)向土壓力及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。

由于注漿工藝的局限性，注漿加固體的離散性大，均勻性和強度保證的可靠性相對較差，施工過程的質(zhì)量控制和檢驗存在不確定性，其效果有時達不到設計對土體加固的強度要求。

對開挖較深的基坑采用注漿加固工藝時應綜合評估其加固施工有效性。注漿加固深度的限制不包括對基坑工程中的圍護墻墻底或立柱樁樁底的注漿加固。

二、攪拌樁加固應用范圍

攪拌樁是利用鉆機攪拌土體把固化劑注入土體中，并是土體與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土層中形成一個圓柱狀固結(jié)體。攪拌樁加固可提高地基土的承載力，增加圍護墻內(nèi)側(cè)土體的被動土壓力，減少土體的壓縮變形和圍護墻的水平位移，增加基坑底部抗隆起穩(wěn)定性和開挖邊坡的穩(wěn)定性。

對基坑土體采用攪拌樁加固時，一般應用范圍包括：

⑴ 攪拌樁加固可用于基坑被動區(qū)的土體加固，對于特定的基坑工程，可根據(jù)周圍環(huán)境對圍護墻外側(cè)最大地層沉降(Δmax)的限制，確定基坑底部的允許抗隆起安全系數(shù)。

⑵ 在分段開挖的長而大的基坑中，如果坑內(nèi)土體的縱向抗滑移穩(wěn)定性不足，可對斜坡坡底的土體進行適當加固，可采用條分法對加固后的縱向抗滑移穩(wěn)定性進行計算。

⑶ 在圍護墻外側(cè)進行攪拌加固，以減少圍護墻的側(cè)向土壓力、防止圍護墻接縫漏水和堵漏及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。

⑷ 攪拌樁加固深度

加固土體的攪拌機一般有單軸、雙軸和三軸，相應的水泥土攪拌樁也包括單（雙）軸攪拌樁、三軸攪拌樁，標準攪拌直徑在 650～1200mm。攪拌樁的加固深度取決于施工機械的鉆架高度、電機功率等技術(shù)參數(shù)。由于施工設備能力的局限性及加固效果的差別，不同工法的施工工藝的加固深度是不同的，且需根據(jù)不同環(huán)境保護要求作出選擇，以確保工程實施的可行性和環(huán)境的安全性。國外最大加固深度已達 60m 以上，我國雙(單)軸攪拌機的土體加固技術(shù)受限于施工工藝和施工設備能力的限制，其設備能力一般攪拌深度達到 18m，超出此深度時一般施工質(zhì)量和加固效果難以保證，故在國內(nèi)的雙軸或單軸水泥土攪拌樁的加固深度一般控制在 18m 左右。三軸攪拌機的轉(zhuǎn)軸剛度和攪拌機功率相比較優(yōu)于雙軸，相應的三軸水泥土攪拌樁的加固深度一般可達到 30m，少量進口的三軸設備的攪拌深度可達到 50m 以上。此外，國外海洋工程中開始采用大功率多頭攪拌設備，以解決海洋工程的施工難度，提高施工效率。

三、高壓噴射注漿加固應用范圍

高壓噴射注漿對土體進行改良，土體經(jīng)過高壓噴射注漿后，由原來的松散狀變成圓柱形，板壁形和扇型固結(jié)體，并且有良好的強度、抗?jié)B性、耐久性。根據(jù)國內(nèi)外的實踐，高壓噴射注漿可提高加固土體的抗剪強度和地基承載力，降低土體壓縮性，增加圍護墻內(nèi)側(cè)土體的被動土壓力，減少土體的壓縮變形和圍護墻的水平位移，增加基坑底部抗隆起穩(wěn)定性和開挖邊坡的穩(wěn)定性。旋噴攪拌具有提高土體抗側(cè)向的變形能力，一般在計算時可適當考慮提高加固區(qū)土的抗剪強度指標和土的側(cè)向比例系數(shù)。

對基坑土體采用旋噴加固時，一般應用范圍包括：

⑴ 旋噴加固可用于基坑被動區(qū)的土體加固，可根據(jù)周圍環(huán)境對圍護墻外側(cè)最大地層沉降(Δmax)的限制，確定出基坑底部的允許抗隆起安全系數(shù)。

⑵ 對基坑開挖的邊坡的土體進行適當加固，可提高邊坡的穩(wěn)定性。

⑶ 在圍護墻外側(cè)進行旋噴加固，以減少圍護墻的側(cè)向土壓力、防止圍護墻接縫漏水和堵漏及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。

⑷ 高壓噴射注漿加固深度

高壓噴射注漿因鉆進深度較深，在軟土地區(qū)的常規(guī)基坑工程中均可施工，故不作深度限制。但高壓噴射注漿形成的旋噴樁樁徑的離散性大，與攪拌樁樁徑相比較，有一定的變化范圍。

⑸ 采用純水泥漿液進行高壓噴射注漿，當?shù)叵滤魉佥^大用純水泥漿注漿后有沖失的可能或工程有速凝早強需要時，在普通水泥中添加適量的速凝早強劑。

一般來說，下列土質(zhì)的旋噴加固效果較佳。砂性土 N<15；粘性土 N<10；素填土，不含或含少量礫石。對于堅硬土層、軟巖以上的砂質(zhì)土以及 n="">10 的粘性土、人工填土層等土質(zhì)條件則需要慎重考慮。對于含有卵石的礫砂層，因漿液噴射不到卵石后側(cè)，故常需通過現(xiàn)場試驗確定。
旋噴樁的平面布置需根據(jù)加固的目的給予具體考慮。為了提高基坑土體的穩(wěn)定和減少圍護墻的變形，其平面布置一般采用格柵性布置。

四、土體水平加固技術(shù)

以往地基加固，受限于施工工藝和施工設備能力的限制，僅對地基進行豎向處理，近年來，隨著國家經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，一種水平或斜向地基處理技術(shù)也已經(jīng)在工程中大量運用，并已經(jīng)形成《加筋水泥土樁錨支護技術(shù)規(guī)程》(CECS147-2004)。該工藝具有向土體中實現(xiàn)多方向加固的特點，通過對坑外土體側(cè)向加固實現(xiàn)基坑穩(wěn)定，是旋噴和攪拌樁土體加固技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)于現(xiàn)行常規(guī)的單向加固技術(shù)。該加固工藝利用專用螺旋鉆機在土體中成孔，在成孔同時通過螺旋鉆機向土體噴射水泥砂漿液，漿液同砂土混合成水泥土，退出螺旋鉆桿時(也可插入鋼筋等筋材)在施工區(qū)域形成水泥土凝固體。該工藝對土體的加固具有主動的特點，可用于堤壩、基坑圍護、邊坡、隧道等軟弱土層的加固。

該技術(shù)已成功用于廣州、杭州等地的建筑基坑工程，最大加固深度達到 10m 以上，取得了一定的工程經(jīng)驗。該工法采用側(cè)向加固時是在開挖過程中實現(xiàn)的，故需要考慮嚴密的動態(tài)施工管理措施，并加強監(jiān)測與試驗，以確保工程施工和環(huán)境處于安全可控的范圍內(nèi)。此外，由于城市規(guī)劃紅線的限制，該工法在城市建筑基坑中應用時，尚需考慮筋材的回收，以避免對城市地下空間的不利影響。

五、坑內(nèi)降水預固結(jié)地基法

1．降水技術(shù)發(fā)展簡述

上海軟土層因地下水位高且有砂質(zhì)粉土或夾薄層粉砂，挖深時容易發(fā)生流砂現(xiàn)象。自上個世紀 50 年代來，一直對降水井技術(shù)進行試驗和實踐，取得了很大成效。目前的降水技術(shù)包括輕型井點、噴射井點、電滲技術(shù)、深井降水等技術(shù) ，已廣泛應用于上海的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或粘土夾薄層粉砂的軟土地層，也應用于粉砂、細砂和砂質(zhì)粉土等地層。排水固結(jié)法施工設備簡單，費用低，對環(huán)境無污染。

2．降水作用和地質(zhì)條件

在基坑內(nèi)外進行地基加固以提高土的強度和剛性，對治理基坑周圍地層位移問題的作用，無疑是肯定的，但加固地基需要一定代價和施工條件?；诠こ探?jīng)驗，在密實的砂（粉）土采用降水的方法加固被動區(qū)的土體是經(jīng)濟合理、行之有效的方法。港口陸域或工業(yè)建筑的堆場一般通過降水和真空予壓的方法來加固場地地基土的強度。實踐表明，通過降低地下水位，可以排除土體中的自由水和部分空隙水，空隙水壓力逐漸消散，有效應力增加，土體的抗剪強度隨著有效應力的增加而提高，達到加固坑內(nèi)土體的目的，同時也可減少開挖過程的坑內(nèi)土體的回彈，對環(huán)境保護有利。

一個場地的地質(zhì)條件，將決定降水或排水的形式 。如果地下水位以下的土層為一般均勻的、較厚的、自由排水的砂性土，則用普通井點系統(tǒng)或單井群井均可有效地降水，另一方面，若為成層土或粘質(zhì)砂土時，則需采用濾網(wǎng)并適當縮短井點間距一般還要采用井外的砂粒倒濾層。若基坑底下有一薄層粘土，且下為砂層，則須考慮采用噴射井點或深井打人該砂層，用以減除下層的水壓力，以免基底隆起或破壞。

在上海夾薄砂層的淤泥質(zhì)粘土層中，水平滲透系數(shù)為 l0-4 cm／s，垂直滲透系數(shù)≤10 -6 cm／s，當在此地層中的降水深度為 17～18m，自地面挖至坑底的時間為 30d 時，超前降水時間≥28d。實踐說明降水固結(jié)的軟弱粘土夾薄砂層強度可提高 30％以上，對砂性土效果則更大。大量工程的總結(jié)資料可證明適宜降水的基坑土層，以降水法加固是最經(jīng)濟有效的方法。

為提高降水加固土體的效果，降水深度要經(jīng)過驗算而合理確定。

在市區(qū)建筑設施密集地區(qū)，對密封性良好的圍護墻體基坑內(nèi)的含水砂性土或粉質(zhì)粘土夾薄砂層等可適宜降水的地層，合理布設井點，在基坑開挖前超前降水，將基坑地面至設計基坑底面以下一定深度的土層疏干并排水固結(jié)，既方便了土方開挖，更有利于提高圍護墻被動區(qū)及基坑中土體的強度和剛度。降水加固方法受到土層條件的限制，對軟土地基而言，其天然承載力很低，滲透系數(shù)較小，其排水作用的時間很長，如無水平向的夾砂層采用井點降水是很難有明顯效果的，故而在基坑工程中的應用應慎重考慮。

一般在降水加固前須進行地質(zhì)和環(huán)境調(diào)查，以判斷其實施是否符合工程實際情況，或改用其他有效的加固方法。通過現(xiàn)場抽水試驗，主要反映土體性能的變化，包括土體孔隙比、含水量、強度指標等數(shù)值，為此需進行降水效果檢測。在上海粘性土夾有薄層砂層或粘性土與砂性土互層的地質(zhì)條件下，以井點降水加固土體，效果明顯，使用廣泛。此外，在選用本方法時，應考慮降水期間對四周環(huán)境可能的不利影響和經(jīng)濟費用，并采取措施予以消除此不利影響。