劈裂灌漿在百靖高速公路地基加固中的應(yīng)用

朱蘭洋，鄧祥明，李書誼，王　犇

(1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京　100176；2.廣西高速公路投資有限公司，廣西　南寧　530021)

劈裂灌漿在百靖高速公路地基加固中的應(yīng)用

朱蘭洋1，鄧祥明2，李書誼1，王犇1

(1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176；2.廣西高速公路投資有限公司，廣西南寧530021)

朱蘭洋(1983—)，男，碩士，工程師，研究方向：基礎(chǔ)工程處理。

摘要：文章根據(jù)百靖高速公路德保服務(wù)區(qū)左幅加油站基礎(chǔ)底部挖方區(qū)工程實際，選用劈裂灌漿法進行站房基底加固，介紹了其具體施工方法和工藝控制要點，并通過灌漿后地基靜載荷試驗檢測，驗證了該劈裂灌漿法加固效果較好，基底承載力滿足要求。

關(guān)鍵詞：高速公路；地基；劈裂灌漿法；加固；應(yīng)用

0引言

百靖高速公路德保服務(wù)區(qū)左幅加油站站房設(shè)計為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑層高為一層，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，正常使用年限50年，抗震等級為三級，基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級，基礎(chǔ)為獨立柱擴大基礎(chǔ)，基底承載力特征值為180 kPa。站房基礎(chǔ)位于山丘削頂后的挖方區(qū)，場區(qū)地層主要為人工堆積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積層?；A(chǔ)開挖后地質(zhì)驗槽承載力達不到設(shè)計要求，為保證服務(wù)區(qū)加油站長期運營安全，決定對站房基礎(chǔ)進行注漿加固，施工中具體選用劈裂灌漿法。

1劈裂灌漿法原理

劈裂灌漿法即在較高的灌漿壓力作用下，向鉆孔泵送漿液，克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強度，使地層沿垂直于小主應(yīng)力的平面上發(fā)生劈裂，引起地層結(jié)構(gòu)的破壞，使地層中原有的裂隙擴張，或形成新的裂隙，從而使地層的可灌性和漿液的擴散半徑增大。

本項目具體施工方案中按照有效應(yīng)力的庫倫-莫爾破壞標(biāo)準(zhǔn)計算選取灌漿壓力，并經(jīng)過現(xiàn)場灌漿試驗的驗證。在進行高壓劈裂灌漿時，由于灌漿壓力作用，地基土的有效應(yīng)力減少，當(dāng)灌漿壓力Pc達到式(1)標(biāo)準(zhǔn)時[1]，即發(fā)生破壞：

(1)

式中：γ——地基土的重度；

c′——土體的粘聚力；

φ′——土體的內(nèi)摩擦角；

γw——水的重度；

h——灌漿段深度；

hw——地下水位高度；

K——主應(yīng)力比。

式(1)所代表的破壞機理可用莫爾包絡(luò)線來解釋，隨著灌漿壓力的增加，地基土的有效應(yīng)力就逐漸減少到與破壞包絡(luò)線相切，土體開始劈裂，漿液不斷涌入地層裂隙中。

2工程地質(zhì)概況

百靖高速公路附屬房建工程德保服務(wù)區(qū)位于主線K69+778~K70+000段落，地處廣西壯族自治區(qū)百色市德?？h境內(nèi)，屬于溶蝕構(gòu)造峰林洼地區(qū)域，地形起伏較大，地面高程613.37~638.65 m，最大相對高差約25 m，原地表植被較發(fā)育。場區(qū)地層主要為人工堆積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積層、泥盆系上統(tǒng)榴江組石灰?guī)r。

耕植土為灰黃~褐色，稍濕，以粘性土為主，含植物根莖，層底標(biāo)高612.87~638.35 m，層厚0.20~0.50 m。

第四系全新統(tǒng)沖洪積層粘土為淺黃~棕紅色，可塑~堅硬，含有碎石、角礫、礫砂等。層底標(biāo)高599.46~635.75 m，層厚2.40~23.70 m。

泥盆系上統(tǒng)榴江組石灰?guī)r為肉紅色，中等風(fēng)化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石結(jié)構(gòu)致密堅硬，裂隙發(fā)育，多閉合，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。層底標(biāo)高603.37~609.16 m，層厚0.40~3.40 m。

3方法應(yīng)用

本次灌漿加固范圍為加油站站房基礎(chǔ)每邊外擴3 m，灌漿深度為基礎(chǔ)底面以下至少5.0 m，根據(jù)現(xiàn)場地基土體情況選取孔徑為110 mm。

3.1　參數(shù)選擇

灌漿材料為普通硅酸鹽水泥漿，水灰比為1∶1，根據(jù)灌漿球形擴散理論公式[1]，用式(2)來初步計算分析漿液的擴散半徑。通過現(xiàn)場灌漿試驗選定孔距為1.5 m，以保證灌漿處理后的地基連成一體?？紤]漿液的均勻滲透，灌漿孔采用梅花形布置。

(2)

上式中：k——基礎(chǔ)填料的滲透系數(shù)(cm/s)；

β——漿液粘度對水的粘度比；

h1——灌漿壓力；

r0——灌漿管半徑(cm)；

n——基礎(chǔ)填料的孔隙率。

灌漿壓力值一般控制在0.2~0.8 MPa，每深1 m增加20~50 kPa。

3.2　施工方法

3.2.1灌漿及鉆孔順序

灌漿順序遵循先外排帷幕，再內(nèi)排，最后注中間排，先下部后上部。為防止竄漿，按隔孔灌漿方式，自下而上邊提升邊灌漿，每50 cm提升一次。

鉆孔施工按灌漿順序，采用泥漿鉆進，分序分段進行。先對灌漿鉆孔統(tǒng)一編號并放樣，鉆孔時第一根管鉆入后上部預(yù)留10 cm接入第二根，依次壓入至設(shè)計深度。下管時應(yīng)保持垂直，孔位偏差符合要求。

具體工序為：測放孔位→鉆進成孔→安放注漿管→上提注漿管露出噴漿花管→封孔→邊提升邊灌漿→封堵孔口、清洗注漿管→下一個孔施工。

3.2.2漿液制備

漿液的配置順序為：先放水、再依次放入水泥、添加劑。每桶漿液配置完后的靜置時間≤30 min。采用ZJ-400型高速攪拌機集中拌制水泥漿液，高速攪拌≥30 s，漿液在使用前應(yīng)過篩，從開始制備至用完時間控制在2 h以內(nèi)。漿液必須攪拌均勻，認真測定漿液密度和粘滯度等參數(shù)，做好記錄。制漿站采用BW-150型中壓泥漿泵輸送漿液至各工作面。

3.2.3壓力及濃度控制

按照試驗確定的單孔灌漿量，漿液采用泵送方式，以保證每米漿液摻入量及漿液不跑出為原則。在灌漿過程中對灌漿壓力的控制，結(jié)合吸漿率和漿液濃度一同考慮。當(dāng)吸漿率較小時，注稀漿，盡快升到規(guī)定的最大壓力；吸漿率較大時，注濃漿，逐漸升壓。灌漿初始壓力為0.10~0.30 MPa，如果漿液不下沉則逐漸加壓至0.30~0.60 MPa、最大壓力為0.80 MPa。在施工過程中可根據(jù)實際情況作適當(dāng)調(diào)整。

漿液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四個等級，濃度變換遵循由稀到濃、逐級改變的原則。當(dāng)壓力保持不變，注入率持續(xù)減少或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不得改變漿液濃度。當(dāng)某一濃度漿液注入量達300 L或注入時間達1 h，而壓力和注入率均無明顯改變時，漿液濃度提高一級。當(dāng)注入率>20 L/min時，可根據(jù)實際情況越級變濃。

3.2.4結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定的灌漿壓力下，孔段吸漿量<0.3 L/min時，延續(xù)20 min即可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后進行機械壓漿封孔，壓漿濃度0.5∶1，至孔內(nèi)稀漿全部排出為止。

3.3　異常處理

(1)發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿等方法進行處理。

(2)發(fā)生串漿時，如串漿孔具備注漿條件，可以同時注漿，應(yīng)一泵注一孔，并適當(dāng)降低壓力，防止土層抬動；若無同時注漿條件，則用注漿塞將被串孔塞住，單對注漿孔注漿，結(jié)束后，立即將被串孔的注漿塞取出，掃孔洗凈，進行補注；如被串孔正在鉆進，則立即停鉆。

(3)注漿過程中如回漿變濃，換用相同水灰比的新鮮漿液注入，若效果不明顯時，持續(xù)注入30 min，即可停止。

4質(zhì)量檢測

質(zhì)量檢測在灌漿結(jié)束28 d后進行，采用地基靜載荷試驗，現(xiàn)場選取3個點，采用剛性承壓板、壓重反力平臺裝置，壓重平臺的重量大于最大加載值的1.2倍。最大加載值不小于設(shè)計處理后地基承載力特征值(180 kPa)的兩倍。

試驗最大加載值為360 kN/m2，分級按45 kN/m2、90 kN/m2、135 kN/m2、180 kN/m2、225 kN/m2、270 kN/m2、315 kN/m2、360 kN/m2等8級分級進行。每級加載后，按間隔10 min、10 min、10 min、15 min、15 min，以后為每隔0.5 h測讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)2 h內(nèi)，每小時的沉降量<0.1 mm時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載[2]。

各試驗點的地基承載力特征值取壓力-沉降曲線上比例界限所對應(yīng)的荷載值和極限荷載一半中的較小值，經(jīng)過計算得出實測地基承載力特征值。根據(jù)試驗結(jié)果，灌漿處理后的地基承載力特征值滿足要求。

5結(jié)語

筆者根據(jù)百靖高速公路德保服務(wù)區(qū)左幅加油

站基礎(chǔ)底部挖方區(qū)的實際地質(zhì)和基礎(chǔ)驗槽情況，考慮到服務(wù)區(qū)加油站長期運營安全，選用劈裂灌漿法進行站房基底加固。灌漿加固后，經(jīng)過地基靜載荷試驗檢測，加固效果較好，基底承載力滿足要求。

本文根據(jù)劈裂灌漿法原理，分析計算漿液的影響半徑，最終選取合理、經(jīng)濟的灌漿孔距，并對灌漿施工過程中的質(zhì)量控制和異常問題提出可行的處理方法，確保地基加固取得預(yù)期效果。這些成果可為以后的灌漿加固地基提供重要參考。因為水平所限，本文還有很多待深入研究的地方。筆者相信，劈裂灌漿的理論和施工方法研究將在以后的工程實踐中不斷發(fā)展。

參考文獻

[1]龔曉南.地基處理手冊(第三版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

Application of Splitting Grouting in Foundation Reinforcement of Baijing Expressway

ZHU Lan-yang1，DENG Xiang-ming2，LI Shu-yi1，WANG Ben1

(1.MCC Capital Engineering & Research Incorporation Ltd.，Beijing，100176；2.Guangxi Expressway Investment Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

Abstract：According to the engineering practices of foundation bottom excavation area for the left-side gas station of Debao Service Area in Baijing Expressway，this article selected the splitting grouting method to reinforce the foundation base of station house，introduced its specific construction methods and process control points，and through the foundation static load test after grouting，it verified that this splitting grouting method has the better reinforcement effect，and its substrate bearing capacity can meet the requirements.

Key Words：Expressway；Foundations；Splitting grouting method；Reinforcement；Application

收稿日期：2015-02-05

文章編號：1673-4874(2015)02-0001-03

中圖分類號：U416.1

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.001

作者簡介