靜壓灌漿和高壓旋噴注漿技術(shù)處理軟弱地基

尹 里 張大軍

(1.廣州港股份有限公司工程部，廣東 廣州 510700;2.中南大學(xué)，湖南 長沙 410075)

0 引言

沿海和江岸碼頭處地質(zhì)情況一般存在較厚的軟弱地基層，土質(zhì)較差，地基承載力較低，特別是建于天然基礎(chǔ)上的岸坡構(gòu)筑物，如果地基處理不當(dāng)，將會導(dǎo)致構(gòu)筑物發(fā)生沉降、開裂甚至倒塌。本文針對采用靜壓灌漿和高壓旋噴注漿相結(jié)合的加固處理技術(shù)來處理這類地基問題展開探討。

1 理論介紹

1.1 靜壓灌漿

靜壓灌漿法是指利用液壓或氣壓，通過注漿管將漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石縫隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，漿液凝固后將原來松散的土?；蛄芽p膠結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定的結(jié)石體。其類型分為滲透灌漿、劈裂灌漿、壓密灌漿等。

灌漿處理地基可增加地基土的不透水性，改良土和巖石的原有性質(zhì)，從而在被灌漿范圍內(nèi)產(chǎn)生一種新的物質(zhì)，以提高地基土的承載力，減少地基的沉降。其作用機理主要是化學(xué)膠結(jié)作用，把巖石或土粒粘結(jié)在一起，從而使地基土層的整體結(jié)構(gòu)得到加強。

1.2 高壓旋噴注漿

高壓旋噴注漿法是在化學(xué)注漿的基礎(chǔ)上采用高壓水射流切割技術(shù)發(fā)展起來的一種地基處理方法，一般用鉆機成孔至預(yù)定深度后，再用高壓注漿流體發(fā)生設(shè)備，使水和漿液通過裝在鉆桿末端的特制噴嘴噴出，以高壓脈動的噴射流向土體四周噴射，把一定范圍內(nèi)土體結(jié)構(gòu)破壞，并強制與化學(xué)漿液混合，形成注漿體，同時鉆桿按一定方向旋轉(zhuǎn)和提升，待漿液凝固后在土中形成具有一定強度和防滲性能的圓柱狀固結(jié)體。其作用機理是當(dāng)能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結(jié)構(gòu)強度時，土粒便從土體中剝落下來，一部分細小的土粒隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列，待漿液凝固后，便在土中形成一個圓柱狀的固結(jié)體。

2 靜壓灌漿和高壓旋噴注漿在某工程中的綜合應(yīng)用

2.1 工程概況

建于天然岸坡基礎(chǔ)上的廣州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)石化碼頭沖氣護舷檢修平臺，平面尺寸為長110 m，寬4.5 m，其后方為直立式擋土墻。該平臺在使用上有兩種功能:

1)停放、檢修沖氣護舷;

2)架設(shè)輸油管線門架(共12支門架，均架設(shè)在12個平臺隔墻上)。

該構(gòu)筑物建成投入使用約十年時間，基礎(chǔ)已處于穩(wěn)定狀況，但近期發(fā)現(xiàn)平臺上的鋼結(jié)構(gòu)門架略有傾斜，其中有一處門架與上部輸油管出現(xiàn)分離現(xiàn)象。觀測表明，該平臺基礎(chǔ)發(fā)生了明顯的不均勻沉降變形，且沉降變形呈現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的發(fā)散趨勢，因此，急需對平臺基礎(chǔ)進行處理，以控制基礎(chǔ)沉降變形。

2.2 沉降原因分析

該平臺基礎(chǔ)底板依次往下地質(zhì)情況:2 m～3 m厚碎石和角石拋填層、厚度8 m～10 m的軟弱淤泥質(zhì)土層、厚度4 m～6 m砂層、厚度2 m～4 m粘土層，下臥層為強風(fēng)化巖面。該平臺門架上原有3條φ200 mm的鋼油管，后增設(shè)12支鋼結(jié)構(gòu)門架及現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺基礎(chǔ)，新鋪設(shè)φ300 mm和φ150 mm的鋼油管各1條。研究表明，平臺隔墻上部結(jié)構(gòu)荷載增加打破了原基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定平衡關(guān)系，上部荷載增加使大平臺下的軟弱淤泥質(zhì)土層發(fā)生排水固結(jié)，導(dǎo)致平臺隔墻發(fā)生不均勻沉降。

2.3 方案制定

該平臺地處A類卸油區(qū)，對施工中動火作業(yè)要求極為嚴格，因此不宜使用大型施工船機或打樁機械對岸坡基礎(chǔ)進行整體打樁加固。同時，施工過程中不能對基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的擾動。在綜合考慮施工條件和加固費用后，本工程選用靜壓灌漿與單管高壓旋噴注漿處理技術(shù)相結(jié)合的方案，對平臺隔墻基礎(chǔ)下拋填層和淤泥層進行加固處理。該方法只適用于地質(zhì)鉆機、高壓旋噴樁機等小型施工機械，采用跳鉆法施工對基礎(chǔ)基本上不產(chǎn)生較大的擾動，施工過程中沒有動火作業(yè)，這些均可較好地滿足施工條件和碼頭生產(chǎn)的正常運行。

2.4 加固機理

先采用壓力灌注漿液對拋填石塊層和上表層軟弱淤泥土進行加固處理，漿液既可填充塊石和淤泥土層中的縫隙和孔隙，又可顯著提高土體的密實度，降低土體在荷載作用下的固結(jié)沉降，通過漿液產(chǎn)生的化學(xué)膠結(jié)作用，把淺層地基的塊石和淤泥土粒膠結(jié)在一起，使淺層地基的整體結(jié)構(gòu)和承載力得到加強，減少基礎(chǔ)的不均勻沉降，也可有效降低施工過程中產(chǎn)生的附加沉降。待灌漿淺層地基達到一定強度后，再采用單管高壓旋噴注漿對較深地基的軟弱淤泥層和砂層進行加固處理，通過高壓噴射漿液與土體攪拌混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，待漿液凝固后在地基中形成圓柱狀固結(jié)體。該固結(jié)體化學(xué)穩(wěn)定性能較好，具有一定的抗壓強度和抗拉強度，它可有效承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)所附加荷載，顯著減少基礎(chǔ)的沉降變形。

2.5 施工工藝

靜壓灌漿開孔直徑91 mm，孔深3 m，采用金剛石鉆頭鉆進，下管徑89 mm灌漿管，灌漿管分段鉆有注漿孔眼，頂部灌漿接頭與砂漿泵高壓管路連接，灌漿管頂部外徑與孔壁之間用砂漿封堵，待一定強度后再加壓灌漿。水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，灌注水泥漿每米水泥用量250 kg，并加入水泥重量5%～8%的水玻璃(濃度為30 Be'～45 Be')，水泥砂漿配比為水泥∶砂 =1∶(0.8～1)，水灰比為 0.45 ～0.5，灌漿壓力為 0.6 MPa～1.2 MPa。施工工藝流程如下:

施工準(zhǔn)備→對準(zhǔn)原灌漿孔位→鉆機就位→鉆至設(shè)計深度→檢查孔斜度→高噴泵調(diào)試→檢查管路→旋轉(zhuǎn)噴漿→提升旋轉(zhuǎn)噴射到設(shè)計標(biāo)高→樁頂復(fù)噴→終樁沖洗管路。

靜壓灌漿單孔完成約7 d后，淺層的拋石墊層達到一定強度，方可在原灌漿孔位進行高壓旋噴樁施工。單管高壓旋噴樁鉆孔直徑91 mm，孔深18 m，設(shè)計旋噴樁徑600 mm，設(shè)計樁長18 m并進入粘土層1.5 m以上。高壓旋噴注漿材料采用32.5R普通硅酸鹽水泥，漿液中加入水泥重量5%～8%的水玻璃(濃度為30 Be'～45 Be')，樁頂以下10 m范圍內(nèi)使用5%～10%的微膨脹劑，每米水泥用量為250 kg。

高壓旋噴樁施工工藝流程如下:施工準(zhǔn)備→對準(zhǔn)原灌漿孔位→鉆機就位→鉆至設(shè)計深度→檢查孔斜度→高噴泵調(diào)試→檢查管路→旋轉(zhuǎn)噴漿→提升旋轉(zhuǎn)噴射到設(shè)計標(biāo)高→樁頂復(fù)噴→終樁沖洗管路。

2.6 沉降觀測

整個工程歷時1個月完成總灌漿孔數(shù)和高壓旋噴樁數(shù)48個，灌漿孔深度累計144延米，高壓旋噴樁長度累計864延米，平均每米靜壓灌漿和高壓旋噴注漿水泥用量均為250 kg。

為了檢查該平臺基礎(chǔ)加固處理效果，加固后對該平臺隔墻上的門架進行了全面的沉降觀測，現(xiàn)取原沉降較大的A門架觀測數(shù)據(jù)為代表，畫出沉降曲線，如圖1所示。

圖1 加固前后沉降曲線示意圖

觀測結(jié)果表明，在完成加固施工約3個月后，該平臺基礎(chǔ)沉降變形已明顯趨于穩(wěn)定，說明靜壓灌漿和高壓旋噴注漿的綜合施工有效地加固了軟弱地基，減少了軟質(zhì)土層的排水固結(jié)，達到了控制基礎(chǔ)沉降的目的。

3 結(jié)語

本文探討了靜壓灌漿和高壓旋噴注漿技術(shù)在加固處理軟弱地基中的綜合應(yīng)用，該技術(shù)在實際工程中能有效地處理這類地基的沉降問題，達到控制基礎(chǔ)沉降的目的，但在實際施工中出現(xiàn)灌漿在地基土里成型不夠理想、高壓旋噴注漿形成的圓柱狀固結(jié)體不均勻而發(fā)生縮徑現(xiàn)象以及樁身完整度和單樁承載力較難以精確檢測等問題，尚需在更深入地研究后加以解決。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］GB 50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［3］莫海鴻，楊小平.基礎(chǔ)工程［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］喬居龍.旋噴樁在處理涵洞軟弱地基中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2010，36(8):111-112.