毛平堯， 蘇俊鵬

(中化(舟山)興海建設(shè)有限公司， 浙江 舟山 316021)

在沿海地區(qū)的項(xiàng)目建設(shè)中，深厚軟基處理對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量、投資、工期影響較大，尤其是在特殊復(fù)雜的軟土地基的設(shè)計(jì)方案，如設(shè)計(jì)考慮不周，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的社會(huì)影響，軟土地基處理方案研究是沿海項(xiàng)目建設(shè)中的工作重點(diǎn)和難點(diǎn)。在江蘇沿海某石油化工品庫(kù)項(xiàng)目中，附屬配套建筑物基礎(chǔ)遇到人工拋石回填過(guò)的地基土，采用壓密注漿處理方案，達(dá)到對(duì)地基土的處理效果。壓密注漿加固的目的主要是提高地基的承載力、減小地基的沉降和不均勻沉降、對(duì)建筑物進(jìn)行糾傾和對(duì)原有建筑的地基加固[1]。壓密注漿不僅在新建工程，而且在改擴(kuò)建工程中都有廣泛的應(yīng)用空間。但是由于壓密注漿施工屬于隱蔽性作業(yè)，注漿對(duì)象又都是地下的，具有不均勻性和裂隙的不規(guī)律性以及復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)，使其難以模擬，所以漿體的擴(kuò)散就與巖土體的物理、力學(xué)特征密切相關(guān)，具有不確定性，是一種概率型分布[2]。而在深厚軟土地基上，有人工拋石層的軟土層進(jìn)行壓密注漿加固處理方案國(guó)內(nèi)成功案例較少。本文通過(guò)對(duì)人工拋石地基進(jìn)行壓密注漿加固實(shí)踐，對(duì)壓密注漿過(guò)程中的方案設(shè)計(jì)、施工工藝進(jìn)行總結(jié)，為今后遇到類似地質(zhì)條件可提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

某石化項(xiàng)目選址于江蘇沿海，擬建場(chǎng)地原為海灣，經(jīng)吹填形成陸域，項(xiàng)目用地外形呈規(guī)則矩形，東西向?qū)?90 m，南北進(jìn)深560 m，用地總面積約為106 274 m2，合159畝。項(xiàng)目按功能劃分為整體工程、儲(chǔ)罐區(qū)、裝卸區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、管理區(qū)五大部分。其中輔助生產(chǎn)區(qū)的區(qū)域變電站布置在原防洪堤圍堰邊緣上，原防洪堤圍堰上部為厚度約1～3 m新近人工回填的風(fēng)化砂土回填層，局部含有少量碎石、塊石；回填層以下是厚度約5～10 m的拋石層，大部分以塊石回填為主，主要為筑防洪堤時(shí)拋石擠淤形成，塊石塊徑一般在50～200 cm，拋石層以下還是深厚淤泥及淤泥質(zhì)軟土。由于管樁基礎(chǔ)無(wú)法直接穿透拋石層，原設(shè)計(jì)方案為采用沖擊鉆成孔穿透拋石層，再進(jìn)行管樁施工。但是施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于拋石層過(guò)厚，回填層和拋石層有大量粒徑80～150 cm塊石，分布散亂。既無(wú)法通過(guò)大規(guī)模開挖，也無(wú)法短時(shí)間通過(guò)沖擊方式穿透拋石層，但由于該防洪堤建設(shè)期已有10余年，原構(gòu)筑防洪堤時(shí)拋石擠淤形成，防洪堤已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)設(shè)計(jì)、勘察、業(yè)主、施工及監(jiān)理單位分析研究確定，將樁基礎(chǔ)改為復(fù)合地基，地基承載力的特征值應(yīng)達(dá)到fak≥100 kPa。

2 注漿方案設(shè)計(jì)

2.1 加固方案選擇

由于區(qū)域變電站周邊建筑物及管線均已施工完成，場(chǎng)地狹小，其基礎(chǔ)不具備大規(guī)模開挖條件，特別是需要考慮對(duì)周邊建筑物及管線的影響。同時(shí)由于回填層中含有大量大粒徑塊石無(wú)法取出，持力層強(qiáng)度低且不均勻，無(wú)法滿足上部建筑物荷載要求。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)不同處理方案的對(duì)比分析，結(jié)合工期、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、周邊作業(yè)環(huán)境等綜合因素考慮，本工程采用壓密注漿法對(duì)地基進(jìn)行加固，以提高承載力，場(chǎng)地地基加固后地基承載力的特征值應(yīng)達(dá)到fak≥100 kPa。

2.2 注漿方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)荷載、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，注漿加固土層為拋石層上的素填土、沖(吹)填土層，加固土層厚度約4～5 m；注漿孔深度應(yīng)穿透加固土層進(jìn)入下一土層0.5～1.0 m。

在軟土地基注漿加固中，注漿壓力和注漿擴(kuò)散半徑是非常重要的參數(shù)，它對(duì)注漿工程質(zhì)量及工程造價(jià)有著非常重要的影響。注漿壓力及擴(kuò)散半徑小將導(dǎo)致加固效果不明顯或失敗，但是如果注漿壓力過(guò)大，漿液沿水平剪切方向流動(dòng)會(huì)在地表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，同樣會(huì)影響注漿效果，并造成浪費(fèi)[3]。

參照《地基處理》書中推薦美國(guó)ASCE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[4]，一般注漿壓力選擇為作用面積范圍土層自重的2倍左右。在-5.5 m標(biāo)高注漿時(shí)，覆土厚度5.5 m，土質(zhì)地基土壓力每米約18 kPa，而注漿過(guò)程中，注漿的壓力是變化的，在一般情況下每深1 m壓力增加20～50 kPa，每下降0.5 m注漿，壓力設(shè)計(jì)選擇增加0.01～0.05 MPa,注漿壓力P在0.3 MPa至0.4 MPa之間比較合理。同時(shí)根據(jù)《巖土注漿理論與工程實(shí)例》提供的計(jì)算公式冒漿時(shí)的極限壓力值應(yīng)滿足[5]:

P≤PS=γsltan2(45°+φ/2)+2CStan(45°+φ/2)

其中：P—注漿壓力(kPa)；PS—冒漿極限壓力(kPa)；l—注漿點(diǎn)深度(m)；γs—土體的重力密度(kN/m3)；φ—土體的內(nèi)摩擦角(°)；CS—土體的粘聚力(kPa)。

根據(jù)地勘報(bào)告相關(guān)參數(shù)可算得PS小于設(shè)計(jì)注漿壓力。為了保證注漿質(zhì)量和效果，注漿前在上部做封漿板，封漿板為100 mm厚C20素混凝土，后續(xù)封漿板可兼做筏板基礎(chǔ)墊層。

考慮加固效果以及土層厚度并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)后，設(shè)計(jì)確定：采用用工程鉆機(jī)成孔或打入式注漿孔，注漿孔徑為100 mm，注漿管埋地深度為5.5 m，且外露地表500 mm，注漿壓力為0.3～0.4 MPa，注漿有效影響半徑R=0.5～0.75 m，孔距1.2 m,成方網(wǎng)格布置，注漿孔距擴(kuò)底直徑周邊100～150 mm，本工程布置注漿孔共計(jì)246個(gè)。漿液選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比可為0.8～1.0。本工程加固土層厚度約4～5 m。所需注漿量可由下列公式推算：

Q=Kπl(wèi)R2e0

式中： Q—漿液總用量(L)；πl(wèi)R2—加固土的體積(m3)；e0—土的孔隙率；K—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.10～0.20。

為防止相鄰兩孔竄漿，采用跳孔間隔注漿、且先外圍后中間的注漿順序相鄰孔注漿間隙不小于3 h。當(dāng)注漿孔邊有水泥漿冒出時(shí)應(yīng)采取水泥袋封堵等措施，冒漿(竄漿)嚴(yán)重時(shí)應(yīng)停注。

3 施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

壓密注漿施工工藝流程見圖1，主要流程為孔位放樣→鉆孔→安裝注漿管→拌制低坍落度黏土水泥漿→擠密注漿→注漿結(jié)束。

圖1 壓密注漿的工藝流程

3.2 孔位放樣

鉆孔前，先采用紅油漆按設(shè)計(jì)要求的排間距和孔間距進(jìn)行孔位放樣。并對(duì)各孔位進(jìn)行編號(hào)，要求各孔編號(hào)唯一且格式統(tǒng)一，并繪制施工平面示意圖，圖中標(biāo)注孔位、孔編號(hào)、施工先后次序，以便指導(dǎo)后續(xù)鉆孔、注漿施工?？孜环艠禹殭z查無(wú)誤后才能進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

3.3 鉆孔埋管

可采用氣鉆、回轉(zhuǎn)鉆等方法鉆孔，鉆孔過(guò)程中不宜加水。鉆孔孔位與設(shè)計(jì)孔位允許偏差為±50 mm，鉆孔允許偏斜率為1%；孔徑允許偏差為±5 mm,鉆孔深度須達(dá)到設(shè)計(jì)深度5.5 m。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄孔位、孔深、土層變化等特殊情況及其處理措施。鉆孔結(jié)束后，需檢驗(yàn)孔深合格后才能進(jìn)行下一步作業(yè)。鉆孔完成后，應(yīng)及時(shí)埋設(shè)注漿管。考慮注漿深度要求，注漿管長(zhǎng)度為6米長(zhǎng)，且外露地表500 mm。注漿管采用直徑φ100 mm，管壁厚1.5 mm，管壁下端鉆孔制作成花管，底部管口焊接封堵。

圖2 注漿孔埋管布置圖

圖3 現(xiàn)場(chǎng)埋管圖

3.4 澆筑封漿板

澆筑100 mm厚C20素混凝土封漿板前，將注漿管外漏管口進(jìn)行臨時(shí)封堵，防止?jié)仓r(shí)，滴落管口導(dǎo)致堵塞；待封漿板強(qiáng)度達(dá)到80%左右后，再進(jìn)行后續(xù)注漿作業(yè)。

3.5 制漿與儲(chǔ)漿

就地制備水灰比為1∶1的水泥漿液，密度為1.45～1.55 g/cm3。輸漿管道內(nèi)流速宜為1.4～2.0 m/s。制漿材料應(yīng)按規(guī)定的漿液配比計(jì)算，并對(duì)制漿容器進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)量容許誤差為5%。制漿過(guò)程中，水泥漿液的攪拌時(shí)間應(yīng)大于3 min。漿液在使用前應(yīng)過(guò)濾，漿液自制備至用完的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)其初凝時(shí)間(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定漿液的初、終凝時(shí)間)，且不宜大于2 h。漿液應(yīng)攪拌均勻并采用比重計(jì)測(cè)定漿液密度。配制漿液時(shí)，各配漿容器應(yīng)保持清潔，不得存留殘液。制好的漿液由專門的儲(chǔ)漿罐儲(chǔ)存，儲(chǔ)存罐需具有二次攪拌能力，防止?jié){液沉淀析水。

3.6 注漿

注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及設(shè)計(jì)要求，初定為0.3～0.4 MPa。注漿泵排量應(yīng)控制在10～60 L/min。注漿時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)觀察封漿板及周邊變化，防止封漿板抬升斷裂。每次注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若需間斷，則間斷時(shí)間應(yīng)小于漿液的初凝時(shí)間。

注漿過(guò)程中：①當(dāng)注漿壓力達(dá)到最大注漿壓力2倍后仍注不進(jìn)漿液時(shí)，即可結(jié)束注漿；②當(dāng)注漿量大于2 m3/孔時(shí)，仍可以持續(xù)注漿且沒(méi)有漏漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)停止注漿并及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位；③當(dāng)出現(xiàn)冒漿、漏漿現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)封堵，并停止注漿一個(gè)小時(shí)，然后重新注漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到最大注漿壓力的2倍時(shí)仍注不進(jìn)漿時(shí)，結(jié)束注漿。

4 注漿效果檢測(cè)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79—2012規(guī)定，注漿結(jié)束28天后應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，以檢驗(yàn)施工質(zhì)量及設(shè)計(jì)效果。本項(xiàng)目檢驗(yàn)方法采用壓板靜荷載試驗(yàn)、鉆孔取芯檢測(cè)、靜力觸探試驗(yàn)以進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 壓板靜載荷試驗(yàn)

靜載荷試驗(yàn)采用平板靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)采用1.25 M×1.6的荷載板，加壓荷載由一臺(tái)2 000 kN級(jí)的千斤頂實(shí)施，荷載等級(jí)值由壓力傳感器與樁基靜載荷分析系統(tǒng)連接顯示，處理后地基承載力特征值不小于100 kPa，最大加載量200 kPa，采用慢速維持荷載法，從P-s和s-lgt曲線上看均未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。根據(jù)規(guī)范判定該地基承載力特征值不低于100 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果匯總見表1。

表1 靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總

圖4 P-s和s-lgt曲線

4.2 靜力觸探試驗(yàn)

本次靜力觸探試驗(yàn)共計(jì)8孔，每孔深度為6 m。地基加固深度為5 m, 0～5 m 范圍內(nèi)每層土Ps值以及土層參數(shù)見表2。由表2可以看出，0～5 m 范圍內(nèi)的地基土層均勻性較好，承載力特征值均大于或等于100 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 各土層PS值平均值及土層參數(shù)

4.3 注漿地基土加固機(jī)理

壓密注漿處理地基土是指通過(guò)機(jī)具鉆至地層預(yù)定深度后，利用較高的壓力將濃度較大的水泥漿或化學(xué)漿液灌入地層中。在注漿過(guò)程中，注漿伴以多種運(yùn)動(dòng)方式作用于地基土，通過(guò)對(duì)地基土連續(xù)注漿，漿液先充填較大的空隙，然后在的壓力下滲入土體孔隙，形成橢球狀泡體。隨著土層孔隙水壓力升高擠壓土體，直至出現(xiàn)剪切裂縫，產(chǎn)生劈裂，漿液隨之充填裂縫，形成漿脈，再垂直向上發(fā)生抬起以至地面，串漿使得土體內(nèi)形成新的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。最終注漿體在地層中呈串珠和網(wǎng)狀骨架，漿脈在形成過(guò)程中由于占據(jù)了土體中一部分空間，加上土層內(nèi)孔隙被漿液所滲透，從而將土體擠密，構(gòu)成了新的漿脈復(fù)合地基(見圖5)，改善了土體的強(qiáng)度和防滲性能，同時(shí)也改變了土體物理力學(xué)性質(zhì)，提高了軟土地基的承載力，從而達(dá)到加固軟土的目的[6]。

圖5 注漿加固機(jī)理圖

5 處理效果

本工程已生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)多年，經(jīng)壓密注漿處理后的地基，其上部建筑物未出現(xiàn)較大差異沉降，表明本次采用壓密注漿加固地基是成功的。

通過(guò)對(duì)壓密注漿機(jī)理分析及從檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，對(duì)拋石地基土進(jìn)行壓密注漿加固處理，并非純滲透注漿，是滲透壓密、劈裂灌漿、充填和擠密相結(jié)合，并使其脫水固結(jié)，形成了骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合地基，地基可以大幅度提高地基的承載力和降低壓縮性。