靜壓注漿法在既有構筑物地基加固中的應用

陳松,張樹勝

(⒈山東省魯北地質工程勘察院,山東德州 253015;⒉德州市建筑規(guī)劃勘察設計研究院,山東德州 253000)

工程地質

靜壓注漿法在既有構筑物地基加固中的應用

陳松1,張樹勝2

(⒈山東省魯北地質工程勘察院,山東德州 253015;⒉德州市建筑規(guī)劃勘察設計研究院,山東德州 253000)

通過對中石油天津分公司塘沽油庫 4#儲油罐工程沉降超限原因的分析,找出了引起樁基礎沉降的主要原因,從而采用靜壓注漿的地基處理方法,有效地改善樁間土的水理性質,提高了樁間土摩擦阻力,地基的加固緩解和消除了既有構筑物的沉降問題。

構筑物;地基加固;沉降變形;沖填土;於泥質土;靜壓注漿;軟土地區(qū)

在沿海地區(qū)軟土分布較廣,土的物理力學性質極差,地基處理方案缺陷與施工管理的欠缺,往往引起構筑物基礎過量沉降變形或不均勻沉降,使構筑物不能正常使用。該文對施工方案、方法進行了詳細介紹,并對地基加固效果的檢驗進行了客觀分析,認為應用該方法是解決軟土地區(qū)已建構筑物的過量沉降問題行之有效的方法,類似工程值得借鑒①中石油天津分公司,塘沽油庫儲油罐地基加固竣工報告,2003年。。

1 工程概況

中石油天津分公司塘沽油庫,于 2002年 7月竣工完成了多座成品儲油罐,在儲罐滿荷載試載時,發(fā)現 4#儲油罐產生不均勻沉降,最大沉降量 40 cm,并發(fā)生傾斜,傾斜值嚴重超出設計范圍,致使儲罐不能正常使用并危及周邊儲罐的安全。該公司為徹底消除安全隱患和正常使用該儲罐,于 2003年 8月委托山東省魯北地質工程勘察院對該儲罐進行地基加固處理。

4#儲油罐直徑為 24m,鉆孔灌注樁板梁基礎,樁基為樁徑 600mm,樁身強度 C20,樁長 36m,施工采用正循環(huán)工藝,現場攪拌混凝土、水下砼灌注。場地自上至下土層為:鋼渣墊層,厚度 2.5m;沖填土、淤泥層,挖海造陸產物,主要是海相淤泥,厚度 8～8.5m;淤泥質粉質黏土土層,厚度 8～12 m;黏土層,硬塑,厚度 2m;粉質黏土,厚度 12m;粉細砂層,中密厚度大于 10m,是良好的樁端持力層。地下水位埋深1.5m。

2 不均勻沉降原因分析

由于該工程在樁基施工完成后未對樁進行檢測,儲罐現狀條件下又無法進行補測,根據勘測結果對產生不均勻沉降的原因進行如下分析:

(1)樁基礎設計缺陷。在樁基設計時未充分考慮沖填土、淤泥層和淤泥質粉質黏土土層厚度變化,造成局部樁負摩阻取值偏小,造成樁承載力不足,產生不均勻沉降發(fā)生傾斜。

(2)樁基施工缺陷。局部樁可能存在嚴重縮徑或斷樁,使樁減少或失去承載效率。由于場地沖填土、淤泥層力學性質差異性大,施工時砼的水、灰比與塌落度指標達不到設計要求,加之施工技術方面控制不到位,極易造成縮徑或斷樁。

(3)施工管理缺陷?，F場管理、監(jiān)理不到位,可能造成個別樁長達不到設計要求或沉渣過多,完工后又未進行檢測致使產生不均勻沉降。

3 處理方法

3.1 加固方案

基于上述分析,由于罐體已建成,無法進行加樁,同時考慮場地地層情況,應以減少上部沖填土與淤泥及淤泥土層對樁的負摩阻力,提高樁的基承載力為目的,為此決定采用靜壓注漿法加固地基。通過注漿壓力填充和擠密沖填土與淤泥及淤泥土層中的空隙,使樁間土固結,土體強度增加,達到減少或消除土體固結沉降對樁產生的負摩阻力,同時使缺陷樁的缺陷部位形成密致膠結物達到增強樁身強度目的,使樁基承載力滿足上部荷載和沉降要求[1-6]。

3.2 注漿工藝流程

依據場地工程地質條件,選用袖閥式靜壓灌漿工藝[1],其工藝流程:設計→定孔→鑿孔→下注漿管→制漿→一次灌漿→漿管清理→循環(huán)灌漿→封孔結束。

(1)注漿孔設計。由于施工只能在灌體的周邊進行,為此首先設計一組垂直孔起到帷幕墻的作用[7,8],孔距 1m,孔深 20 m左右 (達到淤泥質土層底界為原則),然后在垂直孔間設計 3個斜孔和垂直孔形成一組合,3個斜孔分別與水平夾角為 30°, 45°,60°,要求斜孔垂向深度不小于淤泥質土層底界,水平方向長度不小于 15m。施工要求是先施工垂直孔待帷幕墻形成閉合后再施工斜孔,以防止?jié){液過多外滲造成漿液流失,以保證地基處理范圍內注漿效果;斜孔以 30°,45°,60°孔為施工順序,按順時針隔 2組跳步施工。

(2)注漿孔施工。依據施工設計要求,沿成品儲油罐基礎外側確定孔位,采用 XY-2,GJ 150鉆機,泥漿固壁鉆進工藝,鑿孔口徑 89mm鉆至孔底下入注漿外管,外管采用直徑 60mm管,每米為一注漿段,經驗收合格后灌注封閉泥漿,進入下道工序。

(3)制漿。漿液的質量直接關系到灌漿量、灌漿進度和地基加固的程度,制漿采用LJ 200立式雙筒攪漿機連續(xù)制漿,使用淡水和強度 32.5M Pa礦渣水泥,漿液密度控制在不小于 1.60 g/cm2,水灰比0.50～0.75。

(4)灌漿。按設計要求的孔深,下入底部帶有止?jié){塞的注漿內管,采用 HB-80/10灌漿泵灌漿,自下而上以米為單位逐段注漿。注漿壓力在 0.1～0.4M Pa間 (依巖性和注漿深度確定具體灌漿壓力),注漿過程中應隨時觀察地面及管口的情況,當發(fā)現有冒漿時,應及時停止注漿查找原因采取措施。每米每次注漿量不超過 0.15 m3,在漿液終凝前進行 2～3次循環(huán)灌漿,在每次灌漿間用清水沖洗管路保證暢通,灌漿流量控制在 10～30 L/m in,隨著灌漿量和灌漿頻次的增加,地層土體孔隙水壓力升高,土層孔隙水壓力消散較慢,應根據灌漿過程中基礎沉降情況調整灌量,每個注漿段的終止條件為注漿量小于 1～2L/m in時,結束此段注漿。

3.3 質量控制與特殊情況的處理

(1)嚴格按施工設計和建筑地基處理規(guī)范進行。

(2)靜壓注漿壓力控制。需根據不同的土質條件及注漿深度進行注漿壓力設計和調整。靜壓注漿開始時采用較稀的漿液和較低的注漿壓力,隨后逐漸增加漿液濃度及加大注漿壓力,直至達到設計注漿量和注漿壓力為止。

(3)冒漿、串漿。注漿過程中有時會產生孔口冒漿和孔與孔間的串漿情況,出現該情況時應首先分析原因,對于孔口冒漿可采用黏土摻入少量水泥封堵;若出現相鄰 2孔或其他孔冒漿,說明孔間土層已劈裂,除采用上述方法外應將冒漿孔并聯(lián)一同灌漿。

(4)地面隆起。注漿期間建立地面沉降監(jiān)測系統(tǒng),一旦發(fā)現有地面隆起現象,說明在注漿壓力作用下,對地層產生抬動或土體變形,在這種情況下,應調整施工方案,采取限壓降壓、限流措施,增加注漿頻次。

(5)封孔。待每個孔注漿結束后,需對孔口進行封閉處理,防止?jié){液流出或出現冒漿,進行管路注漿,并采用細石砼進行封孔。

3.4 地基加固效果

3.4.1 建立監(jiān)測信息系統(tǒng)

為掌握罐體地基加固前沉降傾斜情況,同時為地基加固施工過程中的設計調整及檢驗地基加固最終效果,在罐體基礎外沿建立 12個沉降監(jiān)測點,使加固工程出現的各種變化完全在信息掌控之中,從而正確地調節(jié)施工設計參數,并為施工效果檢驗提供了初始和地基加固后試壓的最終沉降數據(表1)。

3.4.2 檢驗方法

由于罐體已建成,地基加固效果檢驗無法使用規(guī)范規(guī)定的靜載試驗方法,因此該工程采用了施工過程質量控制和罐體注水試載沉降控制法進行地基加固效果的檢驗。一是注漿施工中嚴格“自檢→互檢→專檢→監(jiān)理”檢查驗收制度,在整個地基加固過程中,對注漿孔施工及灌漿進行了記錄,每天利用AT-G2精密水準儀對罐體基礎進行沉降觀測;二是運用總沉降法檢驗地基加固效果[9,10],施工完成后 28天,對罐體進行逐級試壓,直至滿荷載,計算各觀測點總沉降值(表 2),試驗結束。

表 1 不同巖性的每延米平均灌量與灌壓關系

表 2 儲罐邊沿沉降點觀測數據(mm)

3.4.3 地基加固效果分析

(1)注漿壓力變化。隨著巖性密實程度的差異性和土層孔隙水壓力的升高,為充填空隙和克服孔隙水壓力,注漿壓力也隨巖性變化和加固深度適當增大。

(2)注漿量。不同巖性隨著注漿深度的不斷增加,灌量減少,除受孔隙水壓力影響外,也說明上部地層孔隙度較大需要的水泥灌量大,下部孔隙度相對較小需要的水泥灌量小,這與提供的地層資料相吻合。

(3)靜壓注漿的劈裂作用。同一種巖性隨著施工順序的先后,在壓入土中的水泥漿液不斷增多的情況下,后序孔較前序孔多呈遞減趨勢,符合補強灌漿的一般規(guī)律。說明劈裂注漿起到了作用,使基土空隙得到了一定的充填密實。由于沖填土固結程度太差,其灌量基本保持穩(wěn)定。

(4)注漿效果明顯。從沉降觀測資料分析,灌漿后罐體基礎較地基加固前均有不同程度的升高,說明土層產生的孔隙水壓力還未完全消散,但上升的幅度均在規(guī)范和設計的范圍之內。從施工完成28天后滿載荷試驗情況來看,通過注漿加固,增加了樁間土體的密實度,從而改善了基土的結構,增強了基土的強度,減少或消除了沖填土、淤泥和淤泥質土的負摩阻力,提高了樁基承載力,罐體的不均勻下沉得到有效抑制。

(5)罐體使用效果。注漿完畢后的 6個月沉降觀測結果表明,加固地基的沉降已經趨于穩(wěn)定,充分說明注漿效果好,達到了提高樁基承載力的要求,罐體沉降已經得到很好的控制,于 2006年進行了回訪罐體沉降基本保持了上述結果,罐體正常使用。

4 結論

(1)該工程使用靜壓注漿法加固樁間土,克服了樁基礎負摩阻力和彌補了樁基施工缺陷,達到了預期目的,有效地解決樁基礎過量沉降,是既有建筑物地基加固行之有效的方法。

(2)在既有建筑物的地基加固過程中必須建立沉降觀測信息系統(tǒng),隨時監(jiān)控建筑物的沉降情況,可及時調整灌漿方案和灌漿壓力,安全可靠地達到加固目的,同時建立的初始信息也為加固工程效果的檢驗提供了科學依據。

(3)通過注漿加固,增加了樁間土體的密實度,從而改善了基土的結構,增強了基土的強度,減少或消除了沖填土、淤泥和淤泥質土的負摩阻力。為同類地質條件地區(qū)提高單樁基承載力提供了經驗,值得借鑒。

[1] 梁炯鋆.錨固與注漿技術手冊[M].北京:中國電力出版社, 1999.

[2] 林明.注漿技術在處理鉆孔灌注樁混凝土樁身缺陷中的應用[J].探礦工程,2005,32(9):15-16.

[3] 林宗元.巖土工程治理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2005.

[4] 王勝嶺,宋波,王德生,等.德州市臨盤采油區(qū)地面沉降監(jiān)測[J].山東國土資源,2009,25(1):25-27.

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[6] 工程地質手冊 (第四版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2007.

[7] 彭振斌.注漿工程設計計算與施工[M].北京:中國地質大學出版社,1997.

[8] YBJ 44-92.注漿技術規(guī)程[S].

[9] GB50202-2002.建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范[S].

[10] 程驍,張鳳祥.土建灌漿施工與效果檢驗[M].上海:同濟大學出版社,1998.

Application of Sta tic Pressure GroutingM ethod in Foundation Rein forcem ent of the Existing Buildings

CHEN Song1,ZHANG Shusheng2
(1.Lubei Geo-engineering Exp loration Institute,Shandong Dezhou 253015,China;2.Dezhou A rchitecture Planning and Designing Institute,Shandong Dezhou 253000,China)

Through analysison No.4 tank projectoverrun subsidence of Tianjin Branch Company attached to China OilL im ited Corpo ration,main reasons caused the subsidence of piles foundation are found.Byusing static pressure grouting treatm entm ethod,water physical property between piles has been imp roved,the friction between piles have been increased.Foundation reinforcem entcan relieve and elim inate the subsidence problem soccurred in existing buildings.

Subsidence and deformation;filling soil;muddy soil;static pressure groutingmethod

book=4,ebook=162

TU 433

A

2 0 0 9-0 7-0 7;

2 0 1 0-0 1-0 5;編輯:陶衛(wèi)衛(wèi)

陳松(1961—),男,河北三河市人,高級工程師,主要從事巖土勘察與巖土施工工作;E-m ail:chensong-61@163.com。