提高吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率措施分析

周雪嬌

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司,天津 300350)

吹填地區(qū)地質(zhì)多為淤泥質(zhì)黏土，含水量比較高，含水率普遍在51.2%以上，土體空隙率比較大，屬于軟土基礎(chǔ)。在深基坑施工中，容易發(fā)生沉降和坍塌，影響施工的安全性。如果處理不當(dāng)，在施工中形成的荷載，會(huì)增加基坑的不穩(wěn)定性，造成難以估量的損失。注漿加固是解決此問題的主要方法。和換填加固、強(qiáng)夯加固等方法相比，注漿加固具有適用能力強(qiáng)、施工效率高、加固效果好等優(yōu)勢(shì)。但對(duì)吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率有嚴(yán)格要求，在吹填地區(qū)深基坑注漿加固施工中影響因素比較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響注漿加固合格率，需要采取一些有針對(duì)性的措施，以保證施工質(zhì)量?；诖耍_展提高吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率改進(jìn)措施的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

南港工業(yè)區(qū)是天津市“雙城雙港”城市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的工業(yè)區(qū)，位于濱海新區(qū)東南部，緊鄰南疆港海域。以發(fā)展石油化工、冶金裝備制造為主導(dǎo)，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的港口物流業(yè)為支撐，建成一體化、綜合性的現(xiàn)代工業(yè)港區(qū)。天津南港工業(yè)區(qū)創(chuàng)新路1#泵站(雨污)工程，圓形基坑開挖最大直徑57.50 m，開挖深度最深9.95 m，上部采用1∶1.2放坡至標(biāo)+0.100 m。下部采用Φ700 mm的鉆孔灌注樁圍護(hù)，間距1 m，外側(cè)為Φ700 mm雙軸旋噴樁止水。樁頂設(shè)一道鋼筋混凝土冠梁，矩形截面1.1 m×0.8 m。本工程基坑開挖剖面如圖1所示。

圖1 基坑開挖剖面圖

2 方案確定及注漿加固機(jī)理分析

該地區(qū)臨近渤海灣，基坑?xùn)|側(cè)50 m為正在施工的市政排水道路工程，西南方向距離約150 m處為油田鉆井區(qū)，施工環(huán)境復(fù)雜?；右坏┦Х€(wěn)，勢(shì)必影響道路的安全和油井的正常使用。另外，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)樁身咬合程度低，導(dǎo)致樁縫不密實(shí)，空隙較大。該地段臨近渤海灣，基坑開挖區(qū)域含水率達(dá)51.2%，地下穩(wěn)定水位埋深在0.9～3.0 m，水位落差最大處達(dá)9 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段注漿加固情況，現(xiàn)場(chǎng)地基軟弱，機(jī)械作業(yè)過程中，地面擠壓涌水、無法正常作業(yè)。以致地基隆起、冒漿維修時(shí)，只能從下面大面積開挖再回填，不但成本高，而且回填接觸面強(qiáng)度無法檢測(cè)?；诖?，需要一種能提高吹填地區(qū)深基坑注漿加固一次合格率的研究方案。

2.1 注漿加固機(jī)理

在吹填地區(qū)深基坑施工中采用注漿加固技術(shù)，其主要機(jī)理是通過加固改變軟土的土體結(jié)構(gòu)和含水量，來提升土體的強(qiáng)度，提高深基坑的綜合抗失穩(wěn)能力和被動(dòng)土的抗力，避免基坑圍護(hù)發(fā)生變形，保護(hù)周圍既有建筑。

2.2 注漿加固方法

為提升吹填地區(qū)深基坑內(nèi)部土體的壓力，需要對(duì)基坑土體進(jìn)行加固處理。尤其是在基坑轉(zhuǎn)角位置，在深基坑開挖中，斜撐形成的平行堵面的分力，會(huì)引起擋墻轉(zhuǎn)角位置存在較大抗力，為避免轉(zhuǎn)角位置的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，需要在深基坑轉(zhuǎn)角處抗力比較大的被動(dòng)區(qū)域進(jìn)行注漿加固施工，具體施工如圖2所示。

圖2 深基坑轉(zhuǎn)角注漿加固示意圖

本工程深基坑底部含有承壓水，需要在坑底進(jìn)行科學(xué)有效的注漿加固，以增加不透水層的總體厚度，避免承壓水含量過大，引發(fā)坑底隆起現(xiàn)象，穩(wěn)定性驗(yàn)算公式如下：

γ·h/Pw≥1.1，

(1)

式中：γ表示深基坑底部承壓水覆土質(zhì)量，kg；Pw表示承壓水的水頭壓力，Pa；h表示承壓水不透水的厚度，m。

2.3 注漿方法選擇

在吹填地區(qū)深基坑開挖中，會(huì)破壞原土體的內(nèi)力平衡，控制不當(dāng)極易引發(fā)周圍土體位移變形，或者基坑內(nèi)部坑底隆起，致使圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，引發(fā)安全問題。按照土體結(jié)構(gòu)的不同，可選擇鉆孔樁注漿加固、深層攪拌注漿加固、高壓旋噴注漿加固等方法。具體選哪種注漿加固方法，需要結(jié)合深基坑土層性質(zhì)和周圍環(huán)境要求合理確定。本工程為吹填地區(qū)，土質(zhì)為淤泥黏土，采用了高壓回旋注漿加固技術(shù)，取得了良好效果[1]。

3 影響吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率的主要因素

3.1 注漿孔位盲目布置

為深入分析影響吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率的因素，本工程在施工中，對(duì)圍護(hù)樁樁間孔位布置間距是否滿足施工要求進(jìn)行了調(diào)查分析。調(diào)查結(jié)果顯示，注漿預(yù)埋管間距比較大，而且交叉位置密集，存在較大的注漿固結(jié)盲區(qū)，不利于地基承載力的提升?，F(xiàn)場(chǎng)注漿孔位布置情況如圖3所示。

圖3 注漿孔位圖

通過檢測(cè)注漿孔位布置情況可知，在高壓回旋注漿加固中，漿液沖擊力比較大，會(huì)導(dǎo)致樁位后側(cè)土體在樁間存在遺漏。而且樁位土體空虛，對(duì)樁身受力影響較大，樁身會(huì)在自重的作用下不斷下沉，容易發(fā)生固結(jié)強(qiáng)度不均勻或者坑底隆起冒漿問題[2]。

3.2 橫向注漿不合理

在深基坑注漿加固中，橫向注漿效果，對(duì)加固合格率有很大影響。因此，本工程在施工中，對(duì)橫向注漿過程進(jìn)行詳細(xì)檢查，按照原設(shè)計(jì)注漿，從上到下進(jìn)行高壓旋噴注漿，注漿速率、壓力、提升方式都按照指導(dǎo)書進(jìn)行。但深基坑表層出現(xiàn)了冒漿現(xiàn)象而且現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)樁中間也出現(xiàn)了滲水、土體遺漏等問題，引發(fā)了嚴(yán)重的地表塌陷，尤其是對(duì)地基、隆起冒漿造成的影響比較大，表明在注漿加固中，橫向注漿不合理，設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中的內(nèi)容和實(shí)際情況有一定出入。橫向注漿現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

3.3 漿液流動(dòng)性差

漿液流動(dòng)性也是影響注漿加固合格率的主要因素，通過施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查，發(fā)現(xiàn)施工中所選的漿液配比是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確定的，沒有進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。漿液流動(dòng)性比較差、凝固時(shí)間過早，經(jīng)常發(fā)生堵管問題，不滿足施工要求[3]。經(jīng)過重新試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同配比對(duì)漿液性能的影響程度不同，具體情況如圖5所示。

圖5 不同配比對(duì)漿液性能的影響程度

從圖5中可以看出，不同水灰比和外加劑添加量，對(duì)注漿固結(jié)體的強(qiáng)度、凝結(jié)速度有不同的影響[4]。

4 提高吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率的措施和改進(jìn)方法

4.1 按照注漿量、擴(kuò)散規(guī)律、破壞應(yīng)力，進(jìn)行孔位布置

為提升深基坑注漿加固合格率，在布置注漿孔之前，需要先對(duì)注漿噴射流進(jìn)行分析。本工程施工中所選擇的主要是沿著射流中心軸的注漿噴射流構(gòu)造，將加固范圍分成以下3個(gè)區(qū)域：初期區(qū)域、主要區(qū)域、終期區(qū)域，具體分析如圖6所示。

圖6 注漿加固噴射流分析圖

高壓噴射是通過高壓發(fā)生裝置，借助其產(chǎn)生的巨大能量，利用一定形狀的噴嘴及特定的流體運(yùn)動(dòng)方式，注入填筑土。為保證注漿加固質(zhì)量，需要合理確定注漿量，在滿足注漿質(zhì)量的基礎(chǔ)上，避免無故浪費(fèi)。在注漿過程中，可通過調(diào)節(jié)旋噴壓力來間接控制旋噴固結(jié)體的直徑，但此種方法，通常只能控制加固區(qū)域的加固效果，對(duì)提升注漿加固合格率的效果有限。在注漿孔位置布置時(shí)，需要結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理確定，在充分考慮搭接效果的基礎(chǔ)上，布置注漿孔位，本工程注漿孔位布置方式可按照搭接200 mm的方式進(jìn)行布置[5]。在具體施工中，禁止通過無限量的提升壓力來增加固結(jié)體的直徑，因旋噴嘴直徑比較小，若不斷加壓，漿液噴射出時(shí)易發(fā)生霧化，反而不利于提升加固效果。本工程噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度控制在200 mm以下，效果顯著。

4.2 定噴、旋噴相結(jié)合加固

本工程基坑深度大，為提升注漿加固的合格率，在表層50 cm以內(nèi)選擇定向噴射，超過50 cm則采取旋轉(zhuǎn)噴射加固。利用水平旋噴樁鉆機(jī)，輔助注漿加固。鉆孔到設(shè)定深度之后，以2～4 MPa的壓力輸送清水，以保證成孔質(zhì)量。在鉆進(jìn)過程中，鉆桿必須平穩(wěn)，并勻速鉆入，若遇鉆進(jìn)困難，要立即停止鉆孔，找到原因，處理之后再繼續(xù)鉆孔，本工程水平旋噴鉆機(jī)施工如圖7所示。

圖7 水平旋噴鉆機(jī)施工圖

鉆孔到達(dá)預(yù)定深度后立即收回提升鉆桿，接著依據(jù)預(yù)定的參數(shù)進(jìn)行旋噴注漿。個(gè)別樁位根據(jù)需要進(jìn)行原位復(fù)噴，復(fù)噴時(shí)噴射流沖擊的對(duì)象為首次噴射的漿土混合體，噴射流阻力小于首次噴射，可有效增加固結(jié)體的直徑[6]。采用此種方法注漿，固結(jié)體強(qiáng)度均勻，地基承載力隨著深度增加，曲線形成符合要求，其中加載和卸載135 kN時(shí)，荷載70 kPa<110 kPa，符合要求，見圖8。

(a)卸載時(shí)的土應(yīng)力傳遞規(guī)律

4.3 重新調(diào)整漿液配比

(a)卸載時(shí)的土應(yīng)力傳遞規(guī)律

5 施工效果分析

通過采取注漿量、擴(kuò)散規(guī)律、破壞應(yīng)力，進(jìn)行孔位布置；定噴、旋噴相結(jié)合加固及重新調(diào)整漿液配比等控制措施和改進(jìn)方法，本工程深基坑加固一次合格率達(dá)98.2%，大于目標(biāo)預(yù)期的97.6%，效果顯著[8]。

通過積極進(jìn)行技術(shù)革新和施工方法的改進(jìn)，該工程深基坑注漿加固一次合格率由90.0%提高到了98.2%，提前15 d完成施工任務(wù)，并將質(zhì)量控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，有效節(jié)約了地基二次加固費(fèi)用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益13.63萬元。同時(shí)，得到了建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和公司領(lǐng)導(dǎo)的一致好評(píng)，提高了企業(yè)信譽(yù)。

6 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了提高吹填地區(qū)深基坑注漿加固合格率措施分析及改進(jìn)方法，分析表明，吹填地區(qū)深基坑地質(zhì)條件復(fù)雜，含水量比較高，承載力不足，無法滿足施工要求。采用注漿加固技術(shù)，能夠很好地解決這一問題。但在應(yīng)用注漿加固技術(shù)時(shí)，影響因素比較多，不利于注漿加固合格率的提升。需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，針對(duì)影響注漿加固好合格率的主要因素，選擇有針對(duì)性的控制措施，才能提升合格率。本工程從合理布置注漿孔位、頂噴和旋噴相互結(jié)合、重新調(diào)整漿液配比，3個(gè)方面進(jìn)行整改措施，使注漿加固的合格率由90.0%提高到了98.2%，工期提前15 d，有效節(jié)約了地基二次加固費(fèi)用，而且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。