高壓噴射注漿法在托換技術(shù)中的應(yīng)用

姬 冬 蝶

(山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽泉 045000)

高壓噴射注漿法在托換技術(shù)中的應(yīng)用

姬 冬 蝶

(山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽泉 045000)

針對(duì)住宅樓地基不均勻沉降造成的裂縫問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程地質(zhì)條件、建筑物結(jié)構(gòu)特性等，采用高壓旋噴注漿法對(duì)既有建筑物的地基進(jìn)行了加固，同時(shí)闡述了具體的加固措施，指出加固后建筑物沉降速率逐漸減小，趨于穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

既有建筑物，旋噴樁，高壓噴射注漿法，托換技術(shù)

0 引言

高壓旋噴法，在工程之前可作為地基承載力的改善方法，對(duì)軟土地基的處理效果很顯著，但相對(duì)來說，造價(jià)比較高。但在既有建筑物的地基加固方面，其可以不損壞建(構(gòu))筑物的上部結(jié)構(gòu)，并且施工時(shí)仍不影響建筑物的使用功能，其耐久性好，漿液材料以水泥為主，且設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，易施工，因此使用范圍十分廣泛。

1 工程概況

場(chǎng)區(qū)某住宅樓，在建成一年，經(jīng)雨季后，突然發(fā)生下沉，東南部基礎(chǔ)全部下沉，西北部則基本保持穩(wěn)定，墻體出現(xiàn)裂縫且有逐步增大的趨勢(shì)。為保證該建筑物的安全使用，必須迅速制止東南部基礎(chǔ)下沉。

該建筑物為底框結(jié)構(gòu)，下部為商鋪，上部為住宅，獨(dú)立基礎(chǔ)，住宅部分高24 m，商鋪部分高4 m。下部基礎(chǔ)為夯實(shí)基礎(chǔ)，原為黃土梁卯地貌單元。

2 地質(zhì)情況

該區(qū)域下伏基巖為石炭系基巖，場(chǎng)區(qū)大面積被第四系黃土所覆蓋，與下部基巖呈不整合接觸。其該樓體處于回填強(qiáng)夯區(qū)與自然回填交界部位，經(jīng)鉆探查明：

第①層為人工填土，土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，層厚1.5 m～3.0 m，標(biāo)貫擊數(shù)為6.6擊～12.3擊，平均9.9擊。

第②層為素填土，主要以粉土、粉質(zhì)粘土為主，夾雜碎石及粗砂，回填時(shí)間為20世紀(jì)90年代，稍密，稍濕，層厚16.0 m～18.5 m，標(biāo)貫平均擊數(shù)為4.5擊。

第③層為砂巖，深灰，強(qiáng)～中等風(fēng)化，較完整，較硬，巖斷口棱角狀，含石英、云母等礦物，表面有銹紅色斑跡。

3 處理措施

3.1 情況分析

該樓體地基土層厚度大且均勻性差，經(jīng)雨水浸泡局部(東南部)土層承載力降低，引起沉降、樓體裂縫。不需要大面積的加固，對(duì)于地基部分，只需要進(jìn)行局部(東南部)基礎(chǔ)的加固阻止其沉降；上部結(jié)構(gòu)應(yīng)做相應(yīng)的加固處理。

3.2 方案選擇

為保證建筑物正常安全使用，需要對(duì)建筑物進(jìn)行必要的地基處理。

建筑物為獨(dú)立基礎(chǔ)，不需要進(jìn)行地基土的大面積處理，所以只對(duì)商鋪東南部分進(jìn)行加固。

因?yàn)榈鼗脸煞謴?fù)雜且均勻性及密實(shí)性差，所以采用基礎(chǔ)加寬措施無法達(dá)到預(yù)期要求。而墩式托換技術(shù)需要坐落在較好巖層上，因本區(qū)域的雜填土深度大，無法達(dá)到墩式基礎(chǔ)的要求，所以擬選用樁式托換或地基加固措施。

在樁式托換的選用中，發(fā)現(xiàn)建筑物獨(dú)立基礎(chǔ)室內(nèi)部分也需要加固，致使普通的靜壓樁無法在樓體內(nèi)施工，所以選用高壓噴射注漿法。因是用于獨(dú)立基礎(chǔ)下的托換技術(shù)，則選用單管旋噴，最終形成旋噴樁，成樁后直接頂托原建筑基礎(chǔ)。通過高壓旋噴樁與地基土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，阻止基礎(chǔ)及建筑物繼續(xù)下沉。同時(shí)利用施工返漿可以對(duì)密實(shí)度較差的基底以下土體進(jìn)行充填，增強(qiáng)原有地基承載力。

3.3 旋噴樁設(shè)計(jì)

工程采用單管旋噴法，根據(jù)土層條件，因?yàn)樗靥钔翆雍穸茸畲?，以其的?biāo)準(zhǔn)貫為參照，標(biāo)準(zhǔn)貫入度為4.5，在區(qū)間0

單樁豎向承載力特征值按下式計(jì)算，并取二者中較小值[2]：

Ra=ηfcuAp

(1)

(2)

式中：fcu——與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固試塊(邊長(zhǎng)7.07 cm立方體)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值；據(jù)先前經(jīng)驗(yàn)取4 000 kPa；

η——強(qiáng)度折減系數(shù)，通常取0.20～0.250；

up——樁的周長(zhǎng)，0.8π=2.51 m；

n——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)，按1層素填土計(jì)算；

li——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度，取值21 m；

αp——樁端阻力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，取值1.0；

qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，qs1=40 kPa；

qp——樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，取3 000 kPa;

Ap——旋噴樁截面積，取0.50 m2。

計(jì)算結(jié)果為：按樁身強(qiáng)度Ra=700 kPa；按地基承載能力Ra=2 108+1 500=3 608 kPa；取最小值700 kPa。按復(fù)合樁基驗(yàn)算，遠(yuǎn)大于上部荷載。因此，單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值滿足上部荷載的要求。

采用旋噴樁共32根，即東南部每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)下4根(見圖1)，樁長(zhǎng)18 m～22 m，樁端入基巖0.5 m。樁頂標(biāo)高位于原建筑基礎(chǔ)底面，依據(jù)建筑物基礎(chǔ)詳圖樁頂應(yīng)位于室內(nèi)地面標(biāo)高以下-1.2 m。

因工程需要初凝快的效果，所以采用速凝早強(qiáng)型水泥漿，外加劑選用成本較低的水玻璃，百分比在1.5～2.5之間。選用42.5號(hào)復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比(質(zhì)量比)0.8∶1，在漿液中添加2%的水玻璃。

旋噴壓力：25 MPa；鉆桿旋轉(zhuǎn)速度20 r/min；鉆桿提升速度20 cm/min；一個(gè)噴嘴直徑2 mm。

4 旋噴樁施工

本工程既有建筑物獨(dú)立基礎(chǔ)的厚度比較大而施工引孔直徑比較小，旋噴施工時(shí)，孔口通暢性較差，不易冒漿，會(huì)對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)產(chǎn)生一定量的提升作用，為了防止此類現(xiàn)象的發(fā)生，施工時(shí)先進(jìn)行邊緣樁位的施工，并且每個(gè)基礎(chǔ)下，樁體不能連續(xù)施工，防止造成新的裂縫。

4.1 工作流程

測(cè)量放線確定孔位→鉆機(jī)就位成孔→驗(yàn)收終孔→現(xiàn)場(chǎng)漿液制備→插管→噴漿提升→補(bǔ)漿→清洗結(jié)束[3，4]。

測(cè)量放線確定孔位：查看施工圖，根據(jù)圖紙對(duì)各個(gè)樁、孔進(jìn)行編號(hào)，減少施工時(shí)的工作量，并測(cè)量出鉆孔的高程。

鉆機(jī)就位成孔：鉆孔嚴(yán)格按標(biāo)定孔位就位，首先鉆桿要對(duì)準(zhǔn)預(yù)定孔位，將鉆機(jī)停放平穩(wěn)，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于50 mm。為保證鉆孔的垂直度，應(yīng)在每鉆進(jìn)5 m時(shí)，進(jìn)行水平和垂直方位的檢測(cè)，垂直度偏差不大于1/100。在鉆進(jìn)工程中記錄遇到的意外狀況，如塌孔等。在成孔過程中準(zhǔn)確記錄各地層對(duì)鉆進(jìn)造成的阻力，用以分別軟硬巖層。

現(xiàn)場(chǎng)漿液制備：選用42.5號(hào)復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比(質(zhì)量比)0.8∶1，漿液中2%的水玻璃。漿液攪拌應(yīng)均勻，隨配隨用，放入料筒前應(yīng)使用濾網(wǎng)進(jìn)行過濾。攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和拌和能力應(yīng)分別與所攪拌漿液類型和灌漿泵的排漿量相適應(yīng)并應(yīng)能保證均勻、連續(xù)地拌制漿液。保證高壓噴射注漿連續(xù)供漿需量。

噴漿提升：鉆桿旋轉(zhuǎn)速度20 r/min；鉆桿提升速度20 cm/min；壓力25 MPa。當(dāng)?shù)竭_(dá)上部土層時(shí)，降低泵壓，增加提升速度。開噴送入符合設(shè)計(jì)要求的水、氣、漿待漿液返出孔口正常后開始提升。噴射過程中因故中斷后恢復(fù)噴射時(shí)應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴搭接長(zhǎng)度不小于0.5 m。

補(bǔ)漿：噴漿結(jié)束8 h后，按漿液凝固情況以水泥漿液進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

因此工程為既有建筑物的地基加固工程，在高壓旋噴注漿完成后，只注漿到地基底面的標(biāo)高，不進(jìn)行充填回灌的處理，而是對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)部的鉆孔范圍進(jìn)行混凝土填充。

清洗結(jié)束：每一孔的高壓噴射注漿完成后應(yīng)及時(shí)清洗灌漿泵和輸漿管路，防止清洗不及時(shí)、不徹底漿液在輸漿管路中沉淀結(jié)塊，堵塞輸漿管路和噴嘴，影響下一孔的施工。

4.2 工程量

旋噴樁32條，引進(jìn)總進(jìn)尺801.5 m，有效旋噴樁長(zhǎng)累計(jì)798.50 m。

5 加固效果評(píng)述

加固后，樓體裂縫未見發(fā)展。為了檢測(cè)加固效果，對(duì)建筑物設(shè)置了加密沉降觀測(cè)點(diǎn)。封樁前后的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，在全部旋噴樁封樁后各觀測(cè)點(diǎn)的沉降減小并趨于穩(wěn)定。根據(jù)觀測(cè)資料，在封樁后的一段時(shí)間內(nèi)沉降仍會(huì)發(fā)生，一些隨著時(shí)間的發(fā)展沉降速率逐漸減小。在封樁三個(gè)月后各沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降速率均小于0.025 mm/d，說明建筑物的沉降已經(jīng)穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的目的。

沉降—時(shí)間曲線見圖2。

6 結(jié)語

近年來高壓旋噴技術(shù)得到了很大發(fā)展，利用超高壓水泵和超高壓水泥漿泵，輔以低壓空氣，大大提高了旋噴樁的處理能力。在軟土中的切割直徑可達(dá)2.0 m，注漿體的強(qiáng)度可達(dá)5.0 MPa，有效加固深度可達(dá)60 m，所以對(duì)于重要的工程以及對(duì)沉降要求嚴(yán)格的工程，可選擇較強(qiáng)設(shè)備能力進(jìn)行施工，加上旋噴樁的固有特點(diǎn)，使用過程中的不斷改進(jìn)使該項(xiàng)技術(shù)更趨于成熟，在城市建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。建議對(duì)已有建筑地基的病害加固要慎重，需采用間隔施工、在漿液中添加速凝劑及脫水劑等添加劑，并配合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量檢測(cè)，以防止由于旋噴施工漿液析水軟化地基而引起的附加沉降。

[1] 牛志榮.地基處理技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004.

[2] GB 50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 徐志均.高壓噴射注漿法處理地基[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4] 鞏天真，岳晨曦.地基處理[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[5] JGJ 79-2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Application of high-pressure jet grouting method in underpinning technology

JI Dong-die

(Shanxi Guochen Construction Engineering Survey Design Co., Ltd, Yangquan 045000, China)

The paper analyzes residential building foundation cracking problems owning to uneven subsidence, carries out existing building foundation reinforcement by applying high-pressure jet grouting method according to engineering geology conditions and building structure features, describes specific reinforcement measures, and finally points out that: the reinforced building subsidence rate continuously reduces and grows to stable. Thus, it achieves expected target.

existing building, rotating spray pile, high-pressure jet grouting method, underpinning technology

1009-6825(2014)36-0070-02

2014-10-15

姬冬蝶(1969- )，女，工程師

TU753.8

A