SJP型漿材在地基加固中的應(yīng)用

張佳興，裴向軍，靖向黨

(1．成都理工大學(xué)，四川成都610059;2．長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130021)

0 引言

注漿，是將一定的材料按比例配制成漿液，在壓送設(shè)備作用下，將其灌入巖體裂隙或地層孔隙中，使其擴(kuò)散、滲透、膠凝和固化，從而達(dá)到填充、封堵裂隙或加固地層，降低地層滲透性的目的［1］。隨著注漿材料和技術(shù)的發(fā)展，注漿廣泛應(yīng)用于水利工程防滲帷幕、基礎(chǔ)工程地基加固［2－3］、基坑支護(hù)等巖土工程中。一般注漿加固均采用普通水泥漿，對(duì)于寬大裂隙或復(fù)雜地層，由于其凝固時(shí)間不可控，耗漿量大且效果不明顯。

筆者研制的SJP注漿材料作為一種新型水泥漿外加劑，使?jié){材具有粘度時(shí)變性，可泵期、初凝與終凝時(shí)間可控，初配流動(dòng)性好，可灌行強(qiáng)，有效提高巖土體強(qiáng)度等特點(diǎn)［4］，用于大孔隙地基加固能有效減少漿材用量，控制或阻止地基變形。本文論述了SJP注漿材料成功用于貴州貴城道路設(shè)施工業(yè)廠房地基加固，在填充裂隙、加固地層，提高地基承載力，控制不均勻沉降中取得了好的效果。

1 工程概況

貴城道路設(shè)施有限公司廠房車間地處貴州省黔南龍里縣北部工業(yè)園區(qū)內(nèi)，屬于龍里巖溶盆地中部，廠房車間采用混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度2.0 m，寬1.5、1.8 m，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度 C20、C25。自廠房鋼結(jié)構(gòu)施工結(jié)束6個(gè)月后，1、2號(hào)廠房北側(cè)基礎(chǔ)發(fā)生沉降，3、4號(hào)廠房南側(cè)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，最大沉降量30 cm，最小沉降量為5 cm，嚴(yán)重影響了廠房的正常建設(shè)和使用。

根據(jù)地勘報(bào)告，擬加固區(qū)自上而下地層為:素填土，含有碎石及塊石，松散，孔隙性大，平均厚度8.44 m，自重作用下固結(jié)尚未完成;紅粘土層，碎塊狀，孔隙性大，平均厚度0.08 m;基巖為強(qiáng)風(fēng)化層，厚度1.47 m，節(jié)理裂隙及巖溶發(fā)育。各地層基本物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 部分地層物理力學(xué)性質(zhì)

2 不均勻沉降原因分析

根據(jù)勘查結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，分析認(rèn)為引起不均勻沉降的原因如下。

(1)基礎(chǔ)底部承載力不足。進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，未充分考慮到雜填土結(jié)構(gòu)松散、孔隙性大的特點(diǎn)，而選擇該層為持力層，因此由于基礎(chǔ)底部承載力不足，從而產(chǎn)生不均勻沉降。

(2)地基土固結(jié)影響。該場(chǎng)地由粘性土、碎石土雜填而成，在自重作用下短時(shí)間內(nèi)未能完成固結(jié)，施工前又未進(jìn)行夯實(shí)等處理，所以，一是廠房建筑荷載的施加加速了地基土的固結(jié);二是基礎(chǔ)周圍土體的固結(jié)下沉，對(duì)基礎(chǔ)施加向下的負(fù)摩阻力，也加速了不均勻沉降。

(3)地下水影響。由于廠房建設(shè)區(qū)上覆土層孔隙性大，透水性強(qiáng)，下伏基巖已形成匯水區(qū)，使廠區(qū)北側(cè)地下水位升高。當(dāng)水體存在時(shí)作用在土體上的有效應(yīng)力小，孔隙水壓力消散后，有效應(yīng)力增加，土體在應(yīng)力作用下發(fā)生附加沉降。

3 注漿加固原理及漿材性能對(duì)比

3．1 注漿加固原理

注漿加固技術(shù)按照注漿壓力可分為靜壓注漿和高壓噴射注漿兩類。根據(jù)地質(zhì)條件、漿材與土體作用機(jī)理、注漿壓力又可分為滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿等。由于地質(zhì)條件、施工條件等因素作用，漿液往往以多種方式聯(lián)合作用［5－6］。本工程中，加固的地層主要是雜填土層，含有大量碎石，孔隙性大。所以，該地層的注漿加固具有填充、滲透、壓密劈裂等效應(yīng)，但以填充為主。漿液在壓力作用下，首先克服水壓，向鉆孔周圍擴(kuò)散，進(jìn)入孔隙填充;隨著漿液的膠凝，完成孔隙的填充和固體顆粒的膠結(jié)加固。當(dāng)注漿壓力大于軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度時(shí)，即進(jìn)行劈裂注漿和細(xì)小孔隙的滲透注漿，最終完成地層的加固。

3．2 SJP漿材與純水泥漿性能對(duì)比

本工程擬采用SJP漿材和純水泥漿材進(jìn)行地基加固。SJP漿材是一種粘度時(shí)變性漿材，由水泥，助劑 1、2、3 號(hào)，水，按一定配合比配合而成［4，7］。SJP漿材是在純水泥漿基礎(chǔ)上依次摻入助劑1、2、3號(hào)，拌合后形成的水泥－化學(xué)漿液。其中，助劑1號(hào)為纖維素類有機(jī)材料，用于打破水泥顆粒被水化產(chǎn)物隔離的狀態(tài)，使其快速參與反應(yīng)，同時(shí)在水泥顆粒間生成致密的膠結(jié)物;助劑2、3號(hào)主要用于控制水泥水化的反應(yīng)速度與反應(yīng)程度。3種助劑的配合使用實(shí)現(xiàn)了漿材的粘度時(shí)變性、可泵期與初凝、終凝可控性的特點(diǎn)。

根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況及文獻(xiàn)［4］、［7］，確定SJP漿材各助劑占水泥百分比見表2。普通純水泥漿按水灰比0.6進(jìn)行配制，水泥均采用425普通硅酸鹽水泥。

表2 各助劑百分含量

按照上述配方，分別配制純水泥漿和SJP漿材，并對(duì)其可泵期、流動(dòng)度等基本性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 純水泥漿與SJP漿材性能對(duì)比

由表3可知，相同水灰比情況下，SJP漿材的初始流動(dòng)度與水泥漿相近，這一特征保證了注漿的有效擴(kuò)散半徑;此外，相同流動(dòng)度下，SJP漿材的初凝時(shí)間是水泥漿的1/4～1/6，這一特性能有效增加漿材封堵裂隙的能力，減少了漏失，起到節(jié)省漿材用量的作用。

由表3可得，助劑2號(hào)對(duì)流動(dòng)度、可泵期、初凝與終凝時(shí)間的影響曲線，如圖1所示。

圖1 助劑2號(hào)對(duì)SJP漿材性能的影響

由圖1可看出，隨著助劑2號(hào)的增加，可泵期、初凝和終凝時(shí)間都有所減小，當(dāng)助劑2號(hào)為2.5%時(shí)均有所增加，助劑2號(hào)加量為2.4%時(shí)可泵期、初凝與終凝時(shí)間為最小值。

通過實(shí)驗(yàn)得出助劑2、3號(hào)對(duì)SJP漿材的流變性和粘度時(shí)變性的影響如圖2、圖3所示。

圖2 助劑3號(hào)為0.6%時(shí)助劑2號(hào)含量對(duì)SJP漿材粘度時(shí)變性的影響

圖3 助劑2號(hào)為2.5%時(shí)助劑3號(hào)含量對(duì)SJP漿材粘度時(shí)變性的影響

由圖2、圖3可知，SJP漿材在達(dá)到可泵期前，流動(dòng)度隨時(shí)間下降緩慢;達(dá)到可泵期后，流動(dòng)度迅速減小至初凝。該特性保證了漿材在土體中的有效擴(kuò)散半徑，其中助劑3號(hào)增加可明顯延長(zhǎng)漿材的可泵期。

依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)與分析，地基加固注漿工程采用SJP漿材的助劑2號(hào)加量為水泥加量的2.2%，助劑3號(hào)加量為水泥加量的0.6%。

4 灌漿效果對(duì)比

由于場(chǎng)地基巖上覆均為填土，采用鉆孔注漿的方式，鉆孔直徑110 mm，孔深11～22 m，注漿孔布置及剖面如圖4所示。

圖4 鉆孔布置及剖面圖

4．1 普通硅酸鹽水泥漿灌注加固

選用425普通硅酸鹽水泥，按水灰比0.6攪拌漿液，設(shè)計(jì)注漿壓力0.2 MPa，依據(jù)公式(1)計(jì)算單孔注漿量 Q［6］:

式中:r——漿液擴(kuò)散半徑，m;h——注漿厚度，m;n——孔隙率，0.4;α——有效灌注系數(shù)，一般為 0.6～1，取0.8;1+β——漿液的損耗系數(shù)，一般為1.1～1.2，取 1.1。

設(shè)計(jì)有效擴(kuò)散半徑為0.5 m，得單孔注漿量2.4 m3，水泥需求量 2.6 t。

施工中，對(duì)于深度11 m、孔徑110 mm的注漿孔，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿發(fā)現(xiàn)，單孔一次灌漿消耗水泥3.5～4 t，且孔內(nèi)無(wú)回漿現(xiàn)象。采用待凝、復(fù)灌的方法，仍無(wú)回漿現(xiàn)象。后改用水灰比為0.5的水泥漿進(jìn)行灌注，消耗水泥2.5 t仍不見回漿，間隔12 h后進(jìn)行二次灌漿，仍無(wú)法完成灌注。

實(shí)踐證明，由于加固地基孔隙較大，純水泥漿的凝固時(shí)間長(zhǎng)、不可控，造成水泥漿的大量流失，有限的材料消耗無(wú)法充填孔隙與裂隙，實(shí)現(xiàn)地基加固。

4．2 SJP漿材灌注加固

在普通硅酸鹽水泥漿灌注加固無(wú)效的情況下，改用SJP漿材進(jìn)行地基加固，水灰比0.6，設(shè)計(jì)注漿壓力0.2 MPa，單孔注漿量2.4 m3。同樣對(duì)深度為11 m、孔徑為110 mm的注漿孔進(jìn)行注漿。通過現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單孔一次灌漿消耗水泥2～2.4 t，孔口即出現(xiàn)返漿現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

隨后采用SJP漿材對(duì)地基進(jìn)行了加固，注漿孔72個(gè)，鉆孔總深度792 m，消耗漿材173 m3，消耗水泥173 t。

4．3 注漿加固對(duì)比分析

通過2種漿材的實(shí)際注漿試驗(yàn)，不同漿材的單孔注漿耗材見表4?？梢?，使用SJP漿材，單孔可節(jié)約水泥1～2 t。實(shí)踐證明，采用SJP粘度時(shí)變性灌漿材料，對(duì)于孔隙性大，含有碎石的填土層進(jìn)行地基加固，不但可以有效解決耗漿量大的問題，而且能保證注漿效果。

表4 單孔注漿耗材

該場(chǎng)地主要是在強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化白云巖層上覆蓋碎石、粘性土等，孔隙性大，而且場(chǎng)地處于低洼坡地，基巖不透水，上部地下水與雨水易在此處匯集，再加上普通水泥漿的初凝時(shí)間長(zhǎng)，在重力作用下沿巖層面或填土層孔隙流動(dòng)，產(chǎn)生漏失，無(wú)法注滿一定范圍的孔隙。而SJP漿材由于其具有粘度時(shí)變性，能夠在可泵期滿足灌注要求的條件下，縮短初凝時(shí)間，從而達(dá)到合理的擴(kuò)散半徑和填充孔隙，達(dá)到地基加固、提高地基承載力的目的，同時(shí)可節(jié)省漿材，降低加固成本。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)貴城道路設(shè)施公司廠房地基不均勻沉降的原因主要是地基承載力不足、地基土固結(jié)和地下水影響，應(yīng)采用以充填為主，滲透、壓密劈裂聯(lián)合作用的注漿加固方式進(jìn)行地基加固。

(2)通過2種不同漿材對(duì)貴城道路設(shè)施有限公司廠房車間基礎(chǔ)不均勻沉降的處理，證明SJP漿材具有初配流動(dòng)性好、可灌性強(qiáng)、初凝與終凝時(shí)間可控等良好特性，用于大孔隙性、不均質(zhì)地基的加固優(yōu)于傳統(tǒng)純水泥漿，解決了普通水泥漿漏失量大、加固效果差、施工效率低的問題。該加固工程總計(jì)節(jié)約水泥約108 t，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 靖向黨，阮文軍，于波．多功能注漿測(cè)試裝置的研制［J］．地質(zhì)與勘探，2004，40(2):85 －89．

［2］ 楊立斌，王國(guó)瑞．既有建筑地基注漿加固實(shí)踐［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(8):65 －68，81．

［3］ 葛文昌，趙輝．石家莊市瀝青廠房屋地基注漿加固實(shí)踐［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(11):62 －64．

［4］ 裴向軍，黃潤(rùn)秋，李正兵，等．錦屏一級(jí)水電站左岸卸荷拉裂松弛巖體灌漿加固研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(2):284－288．

［5］ 吳徽，王中奎，隋吉軍．注漿技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展［J］．遼寧交通科技，2004，(10):82 －84．

［6］ 龔曉南．地基處理手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［7］ 劉一南．粘度時(shí)變性漿材對(duì)松散地層加固的研究與應(yīng)用［D］．四川成都:成都理工大學(xué)，2014．