郭 良

(龍巖鐵路建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 龍巖 364000)

0 引言

地基承載力不足、不均勻下沉等是建筑工程中經(jīng)常遇到的問題，此時(shí)為保護(hù)地表建筑物，必須對(duì)地基進(jìn)行加固，提高地基承載力。高壓噴射注漿是目前常用的技術(shù)手段，有著工期短、成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)，目前在帷幕防滲、地基加固、邊坡防護(hù)等方面有著廣泛應(yīng)用。由于該技術(shù)涉及到材料、施工等眾多參數(shù)，因此前期的設(shè)計(jì)工作十分重要。

1 工程概況

福建龍巖市武平縣某中學(xué)教學(xué)樓建設(shè)于1995年10月，該教學(xué)樓為2層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，整體布局為矩形。2018年5月，在該大樓東南角處發(fā)現(xiàn)了一個(gè)面積約為20 m2的不均勻沉降區(qū)，造成2層靠近該處墻體出現(xiàn)5 cm～10 cm裂縫，經(jīng)檢測(cè)部分框架也出現(xiàn)一定裂縫，若不及時(shí)處理會(huì)嚴(yán)重影響大樓使用安全。

2 高壓噴射注漿分類及地基加固形式

高壓噴射注漿技術(shù)本質(zhì)是利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管送至預(yù)定深度，利用高壓(20 MPa～40 MPa)將水泥漿噴射進(jìn)入土體，破壞土體原有結(jié)構(gòu)，將漿液和土體進(jìn)行混合后凝固，可在土體中形成固結(jié)體。按照噴射類型不同，主要可分為三種：旋噴、定噴、擺噴(見圖1)，旋噴適合地基加固工程，而后兩者適合帷幕防滲，故在此不再詳述。

高壓旋噴樁主要應(yīng)用于地基加固，可以單個(gè)樁分散施工，也可以聚集樁體，具體如圖2所示。由于本項(xiàng)目地面已有建筑，采取樁體分散施工合理。旋噴形成樁體的結(jié)構(gòu)見圖3，從里到外依次為：硬化劑、混合部、壓縮土體[1]。

3 高壓噴射注漿技術(shù)主要參數(shù)設(shè)計(jì)分析

為防止本項(xiàng)目教學(xué)樓部分墻體和框架裂縫擴(kuò)大化，設(shè)計(jì)在主框架周圍布設(shè)高壓旋噴樁，依靠樁體承載力和對(duì)土體的擠壓力來加固地基[2]。

3.1 高壓噴射注漿參數(shù)設(shè)計(jì)分析

3.1.1水泥漿水灰比的確定

高壓噴射注漿技術(shù)漿液主要材料為水泥，如果工程沒有特殊要求，一般選用32.5級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥完全滿足使用要求。此外，若地質(zhì)條件或其他要求，還可以在漿液中添加附加劑(本項(xiàng)目不涉及，因此不再詳述)。

1)水灰比方案。

水灰比是漿液最重要的參數(shù)，水泥比重越大，形成樁體強(qiáng)度越高，但是也會(huì)造成漿液擴(kuò)散范圍小，無法達(dá)到規(guī)定直徑。膠凝時(shí)間、結(jié)石率等均會(huì)產(chǎn)生較大差別。在此采取試驗(yàn)手段確定本項(xiàng)目最佳水灰比，對(duì)比方案見表1[3]。

表1 水灰比對(duì)比方案

2)試驗(yàn)結(jié)果分析。

本次試驗(yàn)主要對(duì)注漿體檢驗(yàn)的參數(shù)包括：抗壓強(qiáng)度、擴(kuò)散半徑、結(jié)石率。試驗(yàn)結(jié)果見圖4,表2。

由圖4可知：

1)隨著水灰比的減小，試件抗壓強(qiáng)度在逐步增大，其中1號(hào)、2號(hào)最終維持在3 MPa～5 MPa，3號(hào)、4號(hào)維持在10 MPa左右，5號(hào)最終可達(dá)23 MPa；

2)固結(jié)體在7 d～28 d期間是凝固主要期，其中5號(hào)方案在7 d～14 d期間抗壓強(qiáng)度增大了3倍，3號(hào)、4號(hào)方案在14 d～28 d期間抗壓強(qiáng)度增大2.5倍。

表2 各配比擴(kuò)散半徑和結(jié)石率數(shù)據(jù)

由表2可知：

1)隨著水灰比的減小，擴(kuò)散半徑在逐漸減小，而結(jié)石率在逐漸增大；

2)擴(kuò)散半徑均能達(dá)到設(shè)計(jì)值，結(jié)石率越高樁體整體性越強(qiáng)，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)相對(duì)合理。

綜合分析：5號(hào)方案在抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、擴(kuò)散半徑、結(jié)石率等方面均滿足要求，而且本項(xiàng)目會(huì)在重點(diǎn)加固區(qū)域配合注漿施工，因此對(duì)旋噴范圍要求較小，所以建議本項(xiàng)目選擇漿液水灰比為0.5∶1。

3.1.2噴漿參數(shù)設(shè)計(jì)

1)注漿壓力和注漿量的計(jì)算。

目前高壓噴射注漿技術(shù)的注漿量Q有兩種理論算法：體積法、噴量法，最后取兩者較大值作為施工參考，計(jì)算公式分別見式(1)，式(2)[4]。經(jīng)過計(jì)算：Q=4.3 m3。

(1)

其中，D為旋噴樁體直徑，m；K為填充率，0.75～0.9；H為旋噴長(zhǎng)度，15 m；α為折減系數(shù)，0.6～1.0；β為損失系數(shù)，0.1～0.2。

(2)

其中，v為注漿管提升速度，m/min；q為單位時(shí)間噴漿量，m3/min。

2)樁體直徑及長(zhǎng)度。

旋噴樁體直徑確定較為復(fù)雜，只能依靠經(jīng)驗(yàn)和其他類似工程相結(jié)合，根據(jù)大量相關(guān)工程總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，高壓旋噴樁體設(shè)計(jì)直徑參考值如表3所示。本項(xiàng)目地基屬于粘性土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為3，所以設(shè)計(jì)直徑0.6 m。

樁體長(zhǎng)度以進(jìn)入堅(jiān)硬地層為標(biāo)準(zhǔn)，且要滿足地基變形允許值。本項(xiàng)目穩(wěn)定地層為粉質(zhì)砂巖，埋深約13 m，設(shè)計(jì)進(jìn)入穩(wěn)定巖體2 m～3 m，暫定樁體長(zhǎng)度為15 m。

3.2 樁體承載力及地基變形計(jì)算分析

1)單樁豎向承載力。

由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用單樁加固，確定單樁豎向承載力Ra可以采用“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)+理論計(jì)算”確定，其中理論計(jì)算見式(3)，在此估算Ra=396 kN，強(qiáng)度足夠滿足本項(xiàng)目加固要求。

Ra=η×fc×Ap

(3)

其中，η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，0.7；fc為試塊28 d養(yǎng)護(hù)后抗壓強(qiáng)度；Ap為樁體橫截面。

2)地基變形計(jì)算。

當(dāng)對(duì)地基加固時(shí)，必然會(huì)壓縮土體，使其產(chǎn)生一定的變形，若變形量較大，則會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生破壞，得不償失，因此在加固前必須對(duì)地基變形量進(jìn)行計(jì)算，壓縮模量Bs計(jì)算公式見式(4)，經(jīng)計(jì)算地基變形量在100 mm以下，若注漿處理好，必然不會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生影響，因此滿足要求，以上設(shè)計(jì)均科學(xué)合理。

(4)

其中，Ec為樁間土壓縮模量；Ep為樁體壓縮模量；Ae為單根樁體處理面積；Ap為樁體橫截面。

4 結(jié)語

經(jīng)過高壓旋噴樁和重點(diǎn)區(qū)域的注漿加固，該教學(xué)樓地基加固項(xiàng)目取得了很好的效果。施工結(jié)束3個(gè)月后對(duì)地基沉降進(jìn)行觀測(cè)，沉降量很小，完全在允許值范圍內(nèi)，教學(xué)樓整個(gè)框架處于穩(wěn)定狀態(tài)，將墻體裂縫處理后已經(jīng)投入正常使用。高壓噴射注漿技術(shù)使用范圍很廣，但需要緊密結(jié)合工程地質(zhì)設(shè)計(jì)，保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的科學(xué)合理，否則加固效果無法保證。