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【摘 要】本文介绍了软弱地基加固的复合注浆技术的特点,重点探讨了复合注浆技术的施工方法,并结合了具体案例进行复合注浆技术的应用研究。
【关键词】软弱地基加固;复合注浆
Study compound note syrup technique in the flabbiness the foundation the processing of application
Jiang Suan-xi
(Foshan city chengzhi engineering superintendency limited company Foshan Guangdong 528000)
【Abstract】This text introduction weak the foundation reinforce of compound note syrup technique of characteristics, point study compound note syrup technique of construction method, and combine concrete the case carry on compound to note syrup technique of application study.
【Key words】The weak foundation reinforce;Compound note syrup
随着工程建设投资规模的不断增长以及可用基建用地面积的不断减少等矛盾的出现,大量用于基本建设的软弱地基处理技术的应用越来越广泛。如何根据当地的地理环境和经济条件选择合适的地基处理方案成为技术工作者的重要任务。本文介绍的复合注浆技术在软弱地基处理中的应用研究就是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序上的结合,分别发挥两种注浆加固方法各自的优点,又可克服各自的技术和工艺缺陷的一种加固方法。
1. 地基加固的复合注浆技术的特点
1.1 复合注浆适用加固地层、加固工程范围广。
1.2 复合注浆浆液扩散范围大,不仅对高压喷射流喷射破坏土体的极限范围之内土体进行置换加固,而且对喷射破坏土体的极限范围之外的土体以充填、渗透、挤密和劈裂等方式进行注浆加固,在成桩的同时对地基土有灌浆加固作用。
1.3 复合注浆能定向定位,能形成连续的圆柱状的旋喷桩体,旋喷桩直径为400~1200mm,其注浆固结体顶部无收缩,与原基础混凝土或桩混凝土结合紧密,形成的单桩承载力较高。
1.4 复合注浆钻孔施工口径较小,对既有建筑物基础和地面损害和扰动很小,可调节浆液凝固时间,施工期建筑物附加沉降小。经济可靠,且耐久性好。
1.5 复合注浆施工简便,施工时直接在原基础承台下形成旋喷桩,不需开挖地面,对地面和基础破坏小,且施工时基本无噪音。
2. 地基加固的复合注浆技术的施工方法
2.1 复合注浆施工前的准备。
复合注浆法加固地基的效果好坏,关键在于能否按设计的方案进行施工。要注意做好施工前的现场调查和施工准备工作。
2.1.1 复合注浆法实施前的现场调查。
复合注浆法在地基和桩基础加固中应用时,需在加固实施前对加固对象做必要的调查。
(1)地质条件及周围环境的调查。
调查通常指地质条件调查,但也包括地下埋设物、环境等各种调查项目,主要有:地层土质调查,防止实际施工中因土质浆差异,致使注浆效果发挥不好或粘土矿物与浆液发生化学反应等;地下水调查,测定调查孔的自然水位和实施渗水实验,求出渗透系数K;周边环境调查,如邻近建筑物基础及结构现状和工程地点周围的生活环境、道路状况等。
(2)对需加固的建筑物基础与上部结构现状进行调查。
加固前应先对既有建筑物的基础和结构进行鉴定,以便得到一个较为准确的结论,主要工作有:
①详细了解建筑物地基基础和上部结构和管线设计施工资料和竣工图,了解建筑各部位基础的实际荷载。
②对主体结构进行检验:对上部结构进行裂缝调查,对其进行观测并记录,取样进行强度检测,对混凝土采用抽芯或回弹方式进行检测。
③对基础进行现场检验,通过开挖探坑验证基础类型、材料、尺寸及埋置深度,检查其损坏程度。
2.2.2 施工准备。
(1)组织施工人员。
复合注浆法加固地基施工时,设备班需配备施工队长、工程技术人员、高压泵工、电工、修理工等。
(2)现场施工前准备。
施工前应组建队伍、清理施工场地、作好机械检修、布置好孔位及搭设工棚、备料等。
(3)确定施工程序。
施工程序一般为:钻孔、建立孔口灌浆装置、采用高压旋喷注浆法进行喷射注浆、利用孔口注浆装置封孔进行静压注浆、对孔进行封闭处理。
(4)根据设计选定复合注浆参数及浆液配方。
(5)配置复合注浆施工机械设备。主要施工设备见下表1:
(6)确定复合注浆施工中常见问题的处理方案,明确施工质量检查的重点,同时注意作好注浆施工资料记录。
2.2.3 复合注浆技术的施工工艺。
(1)复合注浆的工艺类型。
当前复合注浆的工艺类型主要有:单管法、二重管法、三重管法及多重管法等,这里主要介绍单管法复合注浆。
单管法复合注浆是利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴,置入土层预定深度后,用高压泵等装置,以大于20MPa的压力,把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,同时借助注浆的旋转和提升运动,使浆液与从土体中崩落下来的土搅拌混合。然后以大于是0.3~2.0MPa的压力进行静压注浆,使浆液进一步扩散,经过一定时间凝固,在土中形成圆柱状固结体。
(2)复合注浆的成孔。
复合注浆的成孔包含两方面的内容:注浆钻孔和建立孔口注浆装置。
①注浆钻孔。
对既有建筑物地基进行加固时,先采用地质钻机钻穿既有建筑物原基础或承台,然后根据设计注浆深度要求和地质情况,选择采用地质钻机或高压旋喷钻机钻孔到设计深度。钻孔垂直度保证<1%。
②建立孔口注浆装置。
注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置需既满静压注浆要求又满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。孔口注浆装置可采用单管接头式或混合器式,单管接头式用于单液注浆,混合器式用于双液注浆。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在注浆孔口,采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。
(3)复合注浆的注浆方法。
复合注浆的注浆方法由高压旋喷注浆和静压注浆组成:
①高压旋喷注浆方式注浆。
孔口注浆装置埋设满足要求后,先采用高压旋喷注浆方式按设计规定的工艺参数进行注浆,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷注浆按从下而上的方式。为减小建筑物的附加沉降,旋喷一般采用单管旋喷注浆方式,下钻时尽量快速且尽量小压力小流量喷水,旋喷时不喷水而直接喷浆一遍,在底部和顶部需喷浆2遍。
②静压注浆方行注浆。
高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆,扩大浆液的注入范围,防止旋喷固结体收缩增加旋喷体与原基础混凝土结合紧密性。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。
(4)复合注将的封孔。
静压注浆结束后,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出。若孔内浆液有流失需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。复合注浆顺序有时需根据实际情况进行调整,有时需采用先静压注浆后高压旋喷注浆的方式进行注浆。
3. 应用研究
3.1 工程概况。
广东佛山110KV穆院变电站工程,总占地面积约10000平方米,位于砖厂采土坑回填地基上,总回填厚度约9米不等。厂房建筑面积约6000m2,双等跨式三层框架结构, 采用直径300的灌注桩基础。工程竣工一年后发现砖墙砌体严重开裂,外墙窗角有严重的八字形裂缝;首层地面设备基础均出现大面积不规则沉降,导致整个变电站不得不停止运行,对社会影响非常严重,必须立即进行加固处理。
3.2 事故原因分析。
(1)外墙的裂缝形态呈八字型,二层外墙有少量水平向,裂缝主要分布呈对称分布,可以认为建筑物墙体裂缝主要是由于基础沉降差过大引起的。
(2)沉管灌注桩的上半部分位于松散状态的回填土中,平均达9. 4米,占整个桩基平均深度的50%,该层回填土对桩基承载力和桩基沉降产生重大影响。回填土在工程竣工时尚未完成固结,导致沉管灌注桩沉降不均匀,引起上部结构开裂。
(3)桩基承载力验算。根据《建筑桩基技术规范》,考虑回填土的负摩阻作用,计算得原沉管灌注桩单桩竖向承载力设计值为294KN,而本厂房在满载作用单桩荷载均为500KN以上,导致厂房发生不均匀沉降以及沉降过大,引起厂房开裂。
3.3 地基加固设计与方案选择。
(1)方案选择。
针对本工程特点,相对其它地基加固方法复合注浆法有以下优点:
①本工程有多桩承台,采用复合注浆法可直接在承台下形成高压旋喷桩并能与承台牢固衔接,承担上部荷载,成桩质量可靠。不需开挖承台,钻孔施工口径较小,对基础和地面破坏很小。浆液凝固时间可调,施工期附加沉降小。
②采用复合注浆法可能对本工程上部较厚的填土层进行注浆加固,消除原沉管灌注桩在填土层负摩阻力的影响。此外,复合注浆法对桩侧其它土层及桩底持力层均有加固效果,可较大地增加原沉管灌注桩的承载力,充分发挥原桩基承载力,节省加固费用。
经分析比较,选择采用复合注浆法进行加固处理。
(2)加固设计。
旋喷桩承载力计算:本工程复合注浆法采用先单管高压旋喷后静压灌浆方式,设计旋喷桩桩底持力层为地层的第四层一硬塑状粉质粘土层,旋喷桩长18~20米。经旋喷桩承载力计算并参照以往经验数据,旋喷桩单桩竖向承载力设计值取300KN。
3.4 加固施工方案及注浆参数。
本加固工程复合注浆孔位均布置在柱下的承台上,与原沉管灌注桩相距50~100cm。孔位对称布置,使荷载分布均匀,施工时为防止对基础产生较大影响,均采用跳孔施工方法,同一承台上两孔施工间隔时间需三天以上。采用在原基础承台上钻孔并设立孔口注浆装置,然后在基础下直接进行高压旋喷注浆,旋喷注浆结束后再封住孔口进行静压注浆,静压注浆需进行1-2次,确保桩顶无收缩以及桩间土体得到加固。注浆采用425#普通硅酸盐水泥浆液,共加固基础承台33个,综合注浆共95孔。喷射施工时在桩底和桩顶各复喷2米,以扩大旋喷桩桩底和桩顶直径,增加端阻力和桩顶沉与承台接触面积。
高压旋喷和静压注浆采用以下参数进行施工:喷射泵压:20MPa;提升速度:20cm/min;回转速度:约20r/min;静压注浆压力:0.5～1.0MPa;浆液水灰比:喷射注浆1～1.1:1,静压注浆0.7～1.0:1。
3.5 复合注浆加固效果。
加固结束28天后,对旋喷桩开挖3米检查,检查结果为旋喷桩与基础承台连接紧密,桩径达600mm以上。经对旋喷固结体进行抽芯检查,结果为桩身连续,桩与承台连接良好。本加固工程已使用多年,墙体和结构未出现裂缝,基础采用复合注浆法加固取得了良好的效果。
复合注浆是一种新型的基础加固技术,经工程实例检验,它具有良好的加固效果。
4. 总结
软弱地基处理技术是工程建设地基处理技术中的关键技术。无论是在设计阶段还是施工阶段,技术人员必须对软弱地基的危害性有高度的重视和认识,必要时,在借鉴前人的技术经验基础上,应进行适当的现场原位实验。而对于由于设计和施工环节技术处理不当造成的地基质量隐患的治理,必须依据当地的地质环境和经济条件慎重选择可靠的技术处理方案,在做好反复比选后,应委托有专业资质的施工队伍进行施工。
[文章编号]1006-7619(2010)06-29-666
[作者简介] 江双喜(1966-),男,一级注册建造师、注册监理工程师和注册造价工程师,汉族,湖北省浠水县人,现供职于佛山市诚智工程监理有限公司,先后在大型国有建筑安装企业和佛山南海电力设计院从事过工程技术管理和设计工作。
【关键词】软弱地基加固;复合注浆
Study compound note syrup technique in the flabbiness the foundation the processing of application
Jiang Suan-xi
(Foshan city chengzhi engineering superintendency limited company Foshan Guangdong 528000)
【Abstract】This text introduction weak the foundation reinforce of compound note syrup technique of characteristics, point study compound note syrup technique of construction method, and combine concrete the case carry on compound to note syrup technique of application study.
【Key words】The weak foundation reinforce;Compound note syrup
随着工程建设投资规模的不断增长以及可用基建用地面积的不断减少等矛盾的出现,大量用于基本建设的软弱地基处理技术的应用越来越广泛。如何根据当地的地理环境和经济条件选择合适的地基处理方案成为技术工作者的重要任务。本文介绍的复合注浆技术在软弱地基处理中的应用研究就是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序上的结合,分别发挥两种注浆加固方法各自的优点,又可克服各自的技术和工艺缺陷的一种加固方法。
1. 地基加固的复合注浆技术的特点
1.1 复合注浆适用加固地层、加固工程范围广。
1.2 复合注浆浆液扩散范围大,不仅对高压喷射流喷射破坏土体的极限范围之内土体进行置换加固,而且对喷射破坏土体的极限范围之外的土体以充填、渗透、挤密和劈裂等方式进行注浆加固,在成桩的同时对地基土有灌浆加固作用。
1.3 复合注浆能定向定位,能形成连续的圆柱状的旋喷桩体,旋喷桩直径为400~1200mm,其注浆固结体顶部无收缩,与原基础混凝土或桩混凝土结合紧密,形成的单桩承载力较高。
1.4 复合注浆钻孔施工口径较小,对既有建筑物基础和地面损害和扰动很小,可调节浆液凝固时间,施工期建筑物附加沉降小。经济可靠,且耐久性好。
1.5 复合注浆施工简便,施工时直接在原基础承台下形成旋喷桩,不需开挖地面,对地面和基础破坏小,且施工时基本无噪音。
2. 地基加固的复合注浆技术的施工方法
2.1 复合注浆施工前的准备。
复合注浆法加固地基的效果好坏,关键在于能否按设计的方案进行施工。要注意做好施工前的现场调查和施工准备工作。
2.1.1 复合注浆法实施前的现场调查。
复合注浆法在地基和桩基础加固中应用时,需在加固实施前对加固对象做必要的调查。
(1)地质条件及周围环境的调查。
调查通常指地质条件调查,但也包括地下埋设物、环境等各种调查项目,主要有:地层土质调查,防止实际施工中因土质浆差异,致使注浆效果发挥不好或粘土矿物与浆液发生化学反应等;地下水调查,测定调查孔的自然水位和实施渗水实验,求出渗透系数K;周边环境调查,如邻近建筑物基础及结构现状和工程地点周围的生活环境、道路状况等。
(2)对需加固的建筑物基础与上部结构现状进行调查。
加固前应先对既有建筑物的基础和结构进行鉴定,以便得到一个较为准确的结论,主要工作有:
①详细了解建筑物地基基础和上部结构和管线设计施工资料和竣工图,了解建筑各部位基础的实际荷载。
②对主体结构进行检验:对上部结构进行裂缝调查,对其进行观测并记录,取样进行强度检测,对混凝土采用抽芯或回弹方式进行检测。
③对基础进行现场检验,通过开挖探坑验证基础类型、材料、尺寸及埋置深度,检查其损坏程度。
2.2.2 施工准备。
(1)组织施工人员。
复合注浆法加固地基施工时,设备班需配备施工队长、工程技术人员、高压泵工、电工、修理工等。
(2)现场施工前准备。
施工前应组建队伍、清理施工场地、作好机械检修、布置好孔位及搭设工棚、备料等。
(3)确定施工程序。
施工程序一般为:钻孔、建立孔口灌浆装置、采用高压旋喷注浆法进行喷射注浆、利用孔口注浆装置封孔进行静压注浆、对孔进行封闭处理。
(4)根据设计选定复合注浆参数及浆液配方。
(5)配置复合注浆施工机械设备。主要施工设备见下表1:
(6)确定复合注浆施工中常见问题的处理方案,明确施工质量检查的重点,同时注意作好注浆施工资料记录。
2.2.3 复合注浆技术的施工工艺。
(1)复合注浆的工艺类型。
当前复合注浆的工艺类型主要有:单管法、二重管法、三重管法及多重管法等,这里主要介绍单管法复合注浆。
单管法复合注浆是利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴,置入土层预定深度后,用高压泵等装置,以大于20MPa的压力,把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,同时借助注浆的旋转和提升运动,使浆液与从土体中崩落下来的土搅拌混合。然后以大于是0.3~2.0MPa的压力进行静压注浆,使浆液进一步扩散,经过一定时间凝固,在土中形成圆柱状固结体。
(2)复合注浆的成孔。
复合注浆的成孔包含两方面的内容:注浆钻孔和建立孔口注浆装置。
①注浆钻孔。
对既有建筑物地基进行加固时,先采用地质钻机钻穿既有建筑物原基础或承台,然后根据设计注浆深度要求和地质情况,选择采用地质钻机或高压旋喷钻机钻孔到设计深度。钻孔垂直度保证<1%。
②建立孔口注浆装置。
注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置需既满静压注浆要求又满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。孔口注浆装置可采用单管接头式或混合器式,单管接头式用于单液注浆,混合器式用于双液注浆。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在注浆孔口,采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。
(3)复合注浆的注浆方法。
复合注浆的注浆方法由高压旋喷注浆和静压注浆组成:
①高压旋喷注浆方式注浆。
孔口注浆装置埋设满足要求后,先采用高压旋喷注浆方式按设计规定的工艺参数进行注浆,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷注浆按从下而上的方式。为减小建筑物的附加沉降,旋喷一般采用单管旋喷注浆方式,下钻时尽量快速且尽量小压力小流量喷水,旋喷时不喷水而直接喷浆一遍,在底部和顶部需喷浆2遍。
②静压注浆方行注浆。
高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆,扩大浆液的注入范围,防止旋喷固结体收缩增加旋喷体与原基础混凝土结合紧密性。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。
(4)复合注将的封孔。
静压注浆结束后,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出。若孔内浆液有流失需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。复合注浆顺序有时需根据实际情况进行调整,有时需采用先静压注浆后高压旋喷注浆的方式进行注浆。
3. 应用研究
3.1 工程概况。
广东佛山110KV穆院变电站工程,总占地面积约10000平方米,位于砖厂采土坑回填地基上,总回填厚度约9米不等。厂房建筑面积约6000m2,双等跨式三层框架结构, 采用直径300的灌注桩基础。工程竣工一年后发现砖墙砌体严重开裂,外墙窗角有严重的八字形裂缝;首层地面设备基础均出现大面积不规则沉降,导致整个变电站不得不停止运行,对社会影响非常严重,必须立即进行加固处理。
3.2 事故原因分析。
(1)外墙的裂缝形态呈八字型,二层外墙有少量水平向,裂缝主要分布呈对称分布,可以认为建筑物墙体裂缝主要是由于基础沉降差过大引起的。
(2)沉管灌注桩的上半部分位于松散状态的回填土中,平均达9. 4米,占整个桩基平均深度的50%,该层回填土对桩基承载力和桩基沉降产生重大影响。回填土在工程竣工时尚未完成固结,导致沉管灌注桩沉降不均匀,引起上部结构开裂。
(3)桩基承载力验算。根据《建筑桩基技术规范》,考虑回填土的负摩阻作用,计算得原沉管灌注桩单桩竖向承载力设计值为294KN,而本厂房在满载作用单桩荷载均为500KN以上,导致厂房发生不均匀沉降以及沉降过大,引起厂房开裂。
3.3 地基加固设计与方案选择。
(1)方案选择。
针对本工程特点,相对其它地基加固方法复合注浆法有以下优点:
①本工程有多桩承台,采用复合注浆法可直接在承台下形成高压旋喷桩并能与承台牢固衔接,承担上部荷载,成桩质量可靠。不需开挖承台,钻孔施工口径较小,对基础和地面破坏很小。浆液凝固时间可调,施工期附加沉降小。
②采用复合注浆法可能对本工程上部较厚的填土层进行注浆加固,消除原沉管灌注桩在填土层负摩阻力的影响。此外,复合注浆法对桩侧其它土层及桩底持力层均有加固效果,可较大地增加原沉管灌注桩的承载力,充分发挥原桩基承载力,节省加固费用。
经分析比较,选择采用复合注浆法进行加固处理。
(2)加固设计。
旋喷桩承载力计算:本工程复合注浆法采用先单管高压旋喷后静压灌浆方式,设计旋喷桩桩底持力层为地层的第四层一硬塑状粉质粘土层,旋喷桩长18~20米。经旋喷桩承载力计算并参照以往经验数据,旋喷桩单桩竖向承载力设计值取300KN。
3.4 加固施工方案及注浆参数。
本加固工程复合注浆孔位均布置在柱下的承台上,与原沉管灌注桩相距50~100cm。孔位对称布置,使荷载分布均匀,施工时为防止对基础产生较大影响,均采用跳孔施工方法,同一承台上两孔施工间隔时间需三天以上。采用在原基础承台上钻孔并设立孔口注浆装置,然后在基础下直接进行高压旋喷注浆,旋喷注浆结束后再封住孔口进行静压注浆,静压注浆需进行1-2次,确保桩顶无收缩以及桩间土体得到加固。注浆采用425#普通硅酸盐水泥浆液,共加固基础承台33个,综合注浆共95孔。喷射施工时在桩底和桩顶各复喷2米,以扩大旋喷桩桩底和桩顶直径,增加端阻力和桩顶沉与承台接触面积。
高压旋喷和静压注浆采用以下参数进行施工:喷射泵压:20MPa;提升速度:20cm/min;回转速度:约20r/min;静压注浆压力:0.5～1.0MPa;浆液水灰比:喷射注浆1～1.1:1,静压注浆0.7～1.0:1。
3.5 复合注浆加固效果。
加固结束28天后,对旋喷桩开挖3米检查,检查结果为旋喷桩与基础承台连接紧密,桩径达600mm以上。经对旋喷固结体进行抽芯检查,结果为桩身连续,桩与承台连接良好。本加固工程已使用多年,墙体和结构未出现裂缝,基础采用复合注浆法加固取得了良好的效果。
复合注浆是一种新型的基础加固技术,经工程实例检验,它具有良好的加固效果。
4. 总结
软弱地基处理技术是工程建设地基处理技术中的关键技术。无论是在设计阶段还是施工阶段,技术人员必须对软弱地基的危害性有高度的重视和认识,必要时,在借鉴前人的技术经验基础上,应进行适当的现场原位实验。而对于由于设计和施工环节技术处理不当造成的地基质量隐患的治理,必须依据当地的地质环境和经济条件慎重选择可靠的技术处理方案,在做好反复比选后,应委托有专业资质的施工队伍进行施工。
[文章编号]1006-7619(2010)06-29-666
[作者简介] 江双喜(1966-),男,一级注册建造师、注册监理工程师和注册造价工程师,汉族,湖北省浠水县人,现供职于佛山市诚智工程监理有限公司,先后在大型国有建筑安装企业和佛山南海电力设计院从事过工程技术管理和设计工作。