徐燕飛,陶國棟,王宏宇

(1.湖南科技大學(xué), 湖南湘潭市 411201;2.湖南恒盾巖土工程注漿科技有限公司,湖南長沙 410004)

雙液高壓注漿技術(shù)在基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

徐燕飛1,陶國棟2,王宏宇1

(1.湖南科技大學(xué), 湖南湘潭市 411201;2.湖南恒盾巖土工程注漿科技有限公司,湖南長沙 410004)

簡述雙液高壓注漿加固地基的機(jī)理,結(jié)合湖南省廣播技術(shù)大樓基礎(chǔ)加固工程,闡述了運(yùn)用該技術(shù)的工藝流程和技術(shù)要領(lǐng)。采用雙液高壓注漿技術(shù)成功地完成了湖南省廣播技術(shù)大樓基礎(chǔ)加固工程,說明該技術(shù)運(yùn)用于地基加固中是可靠的、有效的。該技術(shù)具有凝結(jié)速度快、結(jié)石強(qiáng)度高、凝固時(shí)間可調(diào)的特點(diǎn),可廣泛推廣到大裂隙、溶洞等漏失地段堵漏,破碎、松散地帶的加固、封閉和堵水,地下水漏失通道封堵等工程中,對堵水、加固、封閉工程有一定的借鑒作用。

水泥、水玻璃漿液;注漿技術(shù);基礎(chǔ)加固;帷幕止水;承臺加固

1 雙液高壓注漿加固基礎(chǔ)機(jī)理

“雙液”即水泥、水玻璃混合漿液,屬于水泥注漿材料的一種,具有價(jià)格低廉、無毒、凝結(jié)速度快、結(jié)石強(qiáng)度高、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)等特點(diǎn)。水泥與水玻璃漿液混合后會發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng):水泥中的硅酸二鈣發(fā)生水解和水化反應(yīng),生成氫氧化鈣,氫氧化鈣與水玻璃發(fā)生反應(yīng),生成細(xì)分散狀的凝膠體—水化硅酸鈣,凝固后形成強(qiáng)度較高、水穩(wěn)定性較好的水泥結(jié)石體?；旌蠞{液在高壓的作用下注入巖土體中,主要發(fā)揮著兩方面的作用,一方面,漿液通過滲透作用填充巖土體中的空隙和裂隙,排擠出孔隙和裂隙中的水和氣體,使?jié){液充填裂隙和孔隙;另一方面,漿液通過劈裂作用克服巖土體抗拉強(qiáng)度和初始應(yīng)力,引起巖土體結(jié)構(gòu)的破壞和擾動,使其沿最大主應(yīng)力方向劈裂,并使原有的裂隙和孔隙脹開,為漿液在巖土體中進(jìn)一步擴(kuò)散提供新的通道;同時(shí)高壓漿液對周圍巖體也起著填充和擠密的效應(yīng)。當(dāng)“雙液”對周圍巖土體產(chǎn)生滲透、劈裂、填充和擠密這四方面的補(bǔ)強(qiáng)加固作用時(shí),漿液會包裹巖土體團(tuán),填充巖土體間的孔隙和裂隙,從而將基礎(chǔ)充填、擠密、膠結(jié),使基礎(chǔ)固化,消除其濕陷性,從而達(dá)到防滲堵漏和加固基礎(chǔ)的效果[1～4]。

該技術(shù)應(yīng)用于樓房基礎(chǔ)加固中,對基礎(chǔ)擾動小、土體固結(jié)均衡、固化強(qiáng)度高、固結(jié)時(shí)間短;房內(nèi)鉆孔時(shí)對房屋的影響小,作業(yè)時(shí)住戶不需搬家;且可采用YT-1型鉆機(jī),室內(nèi)鉆孔不受層高限制。

2 工程概況

2.1 工程簡介

湖南省廣播技術(shù)大樓位于長沙市開福區(qū)馬欄山,大樓高 7層,地下室為 2層,用地面積 7225 m2。其原始地貌為瀏陽河沖積階地后緣,經(jīng)填土整平,場地平坦。隨著大樓旁邊的建筑施工,該辦公樓梁和墻體出現(xiàn)裂縫,基礎(chǔ)發(fā)生較大沉降。因現(xiàn)需對大樓進(jìn)行增層改造,考慮到原有基礎(chǔ)承載力不夠,需對其地基進(jìn)行加固處理。

大樓產(chǎn)生不均勻沉降的主要原因?yàn)?

(1)大樓附近,人工挖孔樁基礎(chǔ)施工中,人工低位降水引起地下水變化,從而導(dǎo)致地基土承載能力下降,產(chǎn)生不均勻沉降;

(2)作為建筑物基礎(chǔ)持力層的人工填土層,其成分和強(qiáng)度不均勻,且尚未完成自重固結(jié),引發(fā)不均勻沉降問題。

2.2 工程地質(zhì)水文概況

場地地層主要由第四系素填土、淤泥質(zhì)土、沖積粉質(zhì)粘土、礫砂及中粗砂,殘積粉質(zhì)粘土和白堊系礫巖組成,各層巖土特征見表1。場地地下水主要為賦存于第四系沖積卵石層中的孔隙潛水,水量豐沛,且略具承壓性質(zhì),水位較穩(wěn)定;上覆人工填土層中亦存在少量上層滯水,主要接受大氣降雨及生產(chǎn)、生活廢水的補(bǔ)給,受季節(jié)及氣候變化影響較大。

據(jù)勘察,場地內(nèi)未見影響場地穩(wěn)定的不良地質(zhì)現(xiàn)象,場區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度,各地層參數(shù)見表2。

表1 地層巖性特征

表2 地層巖性特征

3 施工、工藝流程[5～7]

施工流程包括:場地底板止水、承臺基礎(chǔ)加固、筏板基礎(chǔ)加固、地下室底板防滲注漿。首先在地基外圍進(jìn)行注漿止水,使整個(gè)場地形成封閉的止水帷幕,隔絕與外界的水力聯(lián)系;再對承臺四周進(jìn)行加固處理;然后對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行滿堂注漿;最后對地下室底板裂縫進(jìn)行防滲注漿。為了防止注漿上浮,造成應(yīng)力集中,施工時(shí)力求均衡打孔、均衡注漿,在場地四角處和中間各安放一套打孔、注漿設(shè)備,同時(shí)鉆孔、注漿;施工時(shí)采用皮尺放線定孔,油漆標(biāo)記;用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔;下注漿管,連接好管路,用雙液注漿泵進(jìn)行注漿,先采用高壓水沖洗注漿管至?xí)惩ê?再進(jìn)入注漿作業(yè),施工設(shè)備見表3。

表3 施工設(shè)備

3.1 場地帷幕止水

場地帷幕止水時(shí),在場地四周布置 2排注漿孔,外側(cè)一排與地面成 75°,孔徑Φ60 mm,孔深 14 m,深入粉質(zhì)粘土 1.0 m,F軸以上孔距 2 m,F軸以下孔距 4 m;內(nèi)側(cè)一排布設(shè)垂直注漿孔,孔徑Φ60 mm,孔深 8 m,穿透粉細(xì)砂層,達(dá)到粉質(zhì)粘土層頂板處,F軸以上孔距 2 m,F軸以下孔距 4 m,傾斜孔和垂直孔排距 1 m,注漿孔施工布置如圖1所示。

圖1 注漿孔施工布置

3.2 承臺、筏板加固

對承臺進(jìn)行加固時(shí),在距承臺 0.5 m處打設(shè)注漿孔,F軸以上承臺四周打設(shè) 4個(gè)注漿孔,F軸以下承臺打設(shè) 2個(gè),孔徑Φ60 mm,孔深 14 m。承臺注漿孔布置見圖2。

圖2 承臺注漿孔布置

場地筏板基礎(chǔ)采用滿堂注漿加固,注漿孔采用3.0 m×3.0 m三花眼布置方式,孔深 14 m,孔徑Φ60 mm,注漿孔穿過粉質(zhì)粘土層 1.0 m。見注漿孔施工布置圖1。

3.3 地下室底板防滲注漿

地下室裂縫貫通地下室底板基礎(chǔ),引起積水下滲,對場地基礎(chǔ)進(jìn)行整體注漿加固之后,為了確保對底板裂縫的封閉,對地下室底板及墻體裂縫進(jìn)行防滲及補(bǔ)強(qiáng)注漿。沿裂縫兩邊,交錯布置Φ20 mm的鉆孔,間隔 1 m,采用低壓注入漿液,裂縫口處嵌入U(xiǎn)形槽鋼,水泥充實(shí),之上鋪設(shè)玻璃纖維布,最后澆筑 100 mm的混凝土,如圖3所示。

圖3 底板防滲注漿

3.4 技術(shù)參數(shù)

(1)漿液參數(shù)。注漿時(shí),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用全孔一次性自下而上上行式孔內(nèi)注漿。當(dāng)發(fā)生冒漿、漏漿時(shí)應(yīng)采用嵌縫、表面封堵、間歇注漿等措施進(jìn)行處理;發(fā)生串漿時(shí),若串漿孔具備注漿條件,應(yīng)一泵一孔同時(shí)進(jìn)行注漿。注漿過程應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行,因事故中斷,應(yīng)沖洗鉆孔后方可注漿;當(dāng)無法沖洗或沖洗無效時(shí),則應(yīng)先進(jìn)行掃孔,再恢復(fù)注漿,注入量較中斷前下降較大,并在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿時(shí),應(yīng)采取補(bǔ)救措施。注漿作業(yè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)漿液配比操作。

漿液配比和注漿參數(shù)見表4。

(2)鉆孔參數(shù)。鉆孔時(shí),巖層中采用清水洗孔鉆進(jìn),遇到易垮孔時(shí),采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)。在施工過程中,進(jìn)行地質(zhì)編錄和簡易水位測量,對鉆孔漏水、掉鉆及坍塌位置均作詳細(xì)記錄。鉆孔技術(shù)參數(shù)和要求見表5。

表4 漿液配比和注漿參數(shù)

3.5 沉降觀測[8,9]

在場地四周布置 4個(gè)沉降觀測點(diǎn),聘請專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行觀測,專人、專儀器;施工期間每天一組數(shù)據(jù)。觀測重點(diǎn)是場地不均勻沉降的問題,大樓的整體沉降要有 1個(gè)平衡,根據(jù)平衡來控制注漿。

表5 鉆孔的技術(shù)參數(shù)和要求

4 結(jié) 語

本次注漿鉆孔共施工 2107個(gè),累計(jì)鉆進(jìn) 28688 m。其中深孔 1885個(gè),淺孔 135個(gè),傾斜鉆孔 117個(gè),對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果為:通過淺層平板載荷試驗(yàn)來檢測樁間地基承載力,達(dá)到設(shè)計(jì)承載力特征值 200 kPa;采用單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)檢測單樁承載力,達(dá)到設(shè)計(jì)承載力特征值 410 kN;采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)檢測樁、土復(fù)合地基承載力,達(dá)到設(shè)計(jì)承載力特征值 350 kPa。

檢測結(jié)果顯示,各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用雙液高壓注漿技術(shù)成功地完成了湖南省廣播技術(shù)大樓基礎(chǔ)加固工程,說明雙液高壓注漿技術(shù)運(yùn)用于地基加固工程中是可靠的、有效的。因?yàn)椤半p液”注入地層中,能起到加固和堵漏的雙重效果,又有凝結(jié)速度快、結(jié)石強(qiáng)度高、凝固時(shí)間可調(diào)的優(yōu)點(diǎn),可將該技術(shù)廣泛推廣到大裂隙或溶洞漏失地層堵漏,破碎、松散地帶的加固、封閉和堵水,地下水漏失通道的封堵等工程中去,對堵水、加固、封閉工程有一定的借鑒作用。

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2011-05-02)

徐燕飛 (1987-),男,安徽亳州人,研究生,從事巖石破碎方面研究,Email:xuyanfei2304@163.com。