高壓注漿法和高壓旋噴樁在地基基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

高壓噴射注漿法高壓下噴注漿法是一項新開發(fā)的場地基礎(chǔ)改進(jìn)技術(shù)。1963年首先在巴基斯坦一個水壩工程試用,1965～1970年間在日本得到完善發(fā)展,此后被各國推廣應(yīng)用。高壓噴射注漿法包括旋噴注漿、定噴注漿和擺噴注漿三種方法。由于高壓噴射注漿法使用的壓力大,當(dāng)它連續(xù)和集中地作用在土體上,壓應(yīng)力和沖蝕等多種因素便在很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生效應(yīng),對土體產(chǎn)生巨大的沖擊破碎和攪動作用,使注入的漿液和土拌合均勻凝固為新的固結(jié)體,研究表明,高壓噴射注漿法對于各種地基都有良好的處理效果。1、樓東南角地基土層沉降某中學(xué)教學(xué)樓始建于1994年12月,1995年10月竣工驗收并交付使用。該樓為一層(局部二層)框架結(jié)構(gòu),采用鋼筋混凝土柱下條形基礎(chǔ)。部分基礎(chǔ)下7.2m深處有一個已廢棄的防空洞。2000年11月發(fā)現(xiàn)該教學(xué)樓西北角地基出現(xiàn)較為嚴(yán)重的不均勻沉降,致使上部墻體出現(xiàn)裂縫及錯位,最大的墻體裂縫寬度已達(dá)到10mm。部分框架梁出現(xiàn)裂縫,影響了正常的使用功能?，F(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),該樓西北角的地下廢棄防空洞出現(xiàn)小范圍塌方,塌方位置圖見圖1。本工程地基土層自上而下依次為:1)人工填土:以粘性土為主要,基本上不含雜物,土層厚度約1.50m,fk=120kPa。2)粘土:含少許砂礫,呈硬塑狀,坡積層,土層厚度約1.30m,fk=160kPa。3)輝綠巖:殘積粉質(zhì)粘土,風(fēng)化極嚴(yán)重,土層厚度約9.70m,fk=250kPa。4)花崗巖殘積砂質(zhì)粘土:風(fēng)化極嚴(yán)重,fk=180～300kPa。該工程的原設(shè)計基礎(chǔ)持力層為粘土層。2、巖石學(xué)和地質(zhì)量分析該工程地基不均勻沉降原因,主要有以下幾點:(1)該工程選址不當(dāng),地質(zhì)勘察資料不詳。該教學(xué)樓有8根柱子下方的基礎(chǔ)(總數(shù)的40%)位于防空洞頂上(洞寬2.0m,高2.2m,洞頂距離地面7.2m)。在西北角防空洞的主洞與支洞交接處出現(xiàn)一處小范圍塌方,地基穩(wěn)定性受影響。(2)雨季影響。2000年6月以來該地區(qū)連降大雨,作為持力層的粘土層經(jīng)雨水浸泡,含水量增加,地基承載力和穩(wěn)定性下降。3、錨桿靜壓樁加固法分析該工程地質(zhì)情況和周邊建筑條件,其基礎(chǔ)的加固包括兩部分,第一是對已出現(xiàn)塌方地段進(jìn)行加固處理,第二是為了防止塌方區(qū)周邊地基繼續(xù)出現(xiàn)塌方,尚需對周邊地基也進(jìn)行加固處理。防空洞已局部塌方的地方采用封倉加固法將其封堵。對于塌方部位的基礎(chǔ),甲方提出采用錨桿靜壓樁抬升下沉的基礎(chǔ)。雖然錨桿靜壓樁具有施工時無振動和噪音、設(shè)備簡單、施工作業(yè)面小等優(yōu)點,可不停課、不搬遷,但由于錨桿靜壓樁加固需利用建筑物的自重,憑借錨桿反力,用液壓千斤頂將預(yù)制樁壓入樁孔,本工程為一層框架,自重小,其反力不足以將樁壓入至需要的深度,且該建筑下方有人防工程,亦不適合采用此加固法。分析決定在塌方區(qū)采用高壓噴射注漿法加固地基土,在塌方區(qū)周邊基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁進(jìn)行支護(hù)加固。3.1卸荷拱的巖土層厚度和土重封堵前需考慮建筑荷載對防空洞的影響,防空洞頂?shù)耐翆訛檩x綠巖層。根據(jù)卸荷拱的理論,當(dāng)防空洞頂覆土層厚度H>(2.0～2.5)h1時,可在土層中形成卸荷拱。卸荷拱高h(yuǎn)1與毛洞跨度l0、毛洞高度h0及巖土層的內(nèi)摩擦角φ、堅固系數(shù)fj(fj=tgφ)有關(guān),如圖2。h1由下式計算:h1=l0/2+h0tg(45°?φ/2)fj=2.94mh1=l0/2+h0tg(45°-φ/2)fj=2.94m卸荷拱的承載力Px為:Px=1KRutg(45°?φ2)(hx?h1)?2Qxlx=464.6kPaΡx=1ΚRutg(45°-φ2)(hx-h1)-2Qxlx=464.6kΡalx=2[l02+(h0+12hx)tg(45°?φ2)]=8.145mQx=lx2hxγ?23h1[l02+h0tg(45°?φ2)]=430.5kN/m2lx=2[l02+(h0+12hx)tg(45°-φ2)]=8.145mQx=lx2hxγ-23h1[l02+h0tg(45°-φ2)]=430.5kΝ/m2式中Ru—巖土的極限抗壓強(qiáng)度,巖石取Ru=10000tgφ;土取Ru=3000tgφkPa;k—安全系數(shù),巖石取1.5～2.0,土取1.0;lx—卸荷拱的平均跨度,m;hx—形成卸荷拱的巖土層厚度,m;Qx—半個卸荷拱的自重,kN/m;γ—巖土層的容重,kN/m3。由于Px>上部巖層土重q=180kN/m,因此上部巖層土重可以全部由卸荷拱承擔(dān),不影響防空洞被覆結(jié)構(gòu)。為了保證在對塌方區(qū)進(jìn)行注漿時不出現(xiàn)漏漿,在防空洞塌方區(qū)兩側(cè)進(jìn)行封堵,如圖3所示,在兩洞相交處的兩側(cè)砌1.5m厚的擋墻,擋墻由M7.5水泥砂漿、Mu20以上塊石砌筑而成,并在洞中塌陷土中預(yù)埋注漿管,注漿管引出擋墻外。3.3高壓注漿加固法高壓注漿是通過在基底和基底周圍土壤鉆孔,高壓注入水泥和水玻璃漿液,漿液以填充、滲透和擠密等方式排出土層空隙內(nèi)的部分或大部分空氣和水分,并占據(jù)其位置,經(jīng)過一段時間的漿液凝固和化學(xué)、物理變化之后,將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體,形成一個強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)新、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”,使土壤固結(jié)穩(wěn)定,提高其抗壓、抗剪和抗振動液化能力,從而抑制或阻止建筑物的不均勻沉降。本工程中對塌方區(qū)地基采用高壓注漿加固方法進(jìn)行加固。在塌方區(qū)5m范圍內(nèi)先采用中、細(xì)砂密實填充塌方段,再采用二排高壓注漿工藝加固地基土。注漿孔布置見圖4。施工中按圖5所示在基礎(chǔ)兩側(cè)分別鉆斜孔,斜孔角度為(=30(,預(yù)埋注漿花管直徑60mm,長9m,每隔500mm設(shè)置。注漿管上部露出地面約200mm,管頭過絲并加裝銅球閥,以防止注漿結(jié)束后壓力衰減,封口采用水泥-水玻璃漿液封口,封口深度約2m,密封48小時后方可進(jìn)行注漿。注漿材料為水泥-水玻璃,水灰比為0.8～0.5分級進(jìn)行,水玻璃模數(shù)為3,摻加量為水泥用量的5%,拌和前應(yīng)控制混合液的初凝時間,以保證注漿效果。注漿應(yīng)按跳孔、間歇式多次注漿方式進(jìn)行注漿施工,注漿終壓為0.65MPa。間歇式注漿可以使土體破碎性增加,從而加大有效加固長度和提高固結(jié)體強(qiáng)度。注漿前應(yīng)先做3根試驗樁,通過注漿壓力及注漿量情況來檢驗地基土的可灌性。在注漿初凝前應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)漿,以減防漿液的流失,增強(qiáng)漿液加固效果。由于周圍地基可能出現(xiàn)在漿液未硬化前因受到擾動而強(qiáng)度降低,產(chǎn)生附加下沉,因此在施工過程中要注意控制施工速度和順序以減小附加變形。同時,為了防止因漿液凝固收縮,產(chǎn)生加固地基與建筑基礎(chǔ)不密貼或脫空現(xiàn)象,對該加固區(qū)進(jìn)行二次注漿處理。3.4注漿管和旋轉(zhuǎn)為了防止塌方區(qū)周邊基礎(chǔ)繼續(xù)出現(xiàn)塌方,在塌方區(qū)周邊基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁進(jìn)行支護(hù)加固。旋噴樁布置如圖4所示,在塌方區(qū)周邊每間隔1m布置一根(500高壓旋噴樁。施工采用單管法,單管旋噴注漿法是利用鉆機(jī)等設(shè)備,把安裝管(單管)底部側(cè)面的特殊噴嘴,置入土層預(yù)定深度后,用高壓裝置把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體,同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運動,使?jié){液與土體上崩落下來的土攪拌混合,經(jīng)過一定時間凝固,在土中形成圓柱狀的固結(jié)體。施工時,注漿壓力不得小于20MPa,水灰比1:1,旋轉(zhuǎn)速度15～18轉(zhuǎn)/分,提桿速度15cm/min。高壓旋噴樁單樁水泥用量經(jīng)試驗確定,采用高效減水劑和摻粉煤灰以增強(qiáng)漿體工作度,減小水泥用量,降低工程造價。施工過程中應(yīng)當(dāng)注意,當(dāng)注漿過程中間發(fā)生故障時,應(yīng)停止提升和噴射以防樁體中斷,并立即進(jìn)行檢查排除故障,如發(fā)現(xiàn)漿液噴射不足,影響樁體的設(shè)計直徑時,應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴。同時,相鄰兩樁旋噴間隔時間應(yīng)不小于48h,間距應(yīng)不得小于1～2m。由于本工程基礎(chǔ)下方有防空洞,因此當(dāng)注漿過程中出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時,應(yīng)不提升注漿管繼續(xù)注漿直至冒漿為止或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。由于高壓噴射注漿處理地基的強(qiáng)度較低,一般28d的強(qiáng)度在2～10MPa之間,強(qiáng)度增長速度較慢,因此檢驗時間應(yīng)控制在噴射注漿后28d進(jìn)行,以防由于固結(jié)體強(qiáng)度不高時,因檢驗而受到破壞。4、教學(xué)改革及維護(hù)該工程經(jīng)過高壓注漿和高壓旋噴樁加固處理,塌方區(qū)及周圍地區(qū)的地基沉降明顯得到控制。通過在該教學(xué)樓E、K軸埋設(shè)沉降標(biāo),