压力注浆法加固地基分析与处理
2015-07-06
工程概况
山西平山保利煤业股份有限公司工业场地地处太行山脉南段，侵蚀低山区沟谷发育，地质情况较为复杂。该工业场地整体沿河谷走向（北向南偏东）布置，前左右侧皆为山梁环绕，工程环境条件较差。拟施工的装车仓纵轴东西向75.2米，含一个三联Φ15米和一个单体Φ15米钢筋混凝土圆筒仓及仓上建筑，横跨河道及河床，最大建筑高度39.6米。该工程由煤炭工业XX设计院勘察设计，采用第4层土（夹块石粘性土）作为基础持力层，因部分地基为第5层土（强风化砂岩与砂质泥岩互层）出露，为保证受力均匀筏板基础下设500毫米厚碎石褥垫层。此设计与2010年12月版《山西××××煤业股份有限公司改扩建项目工业场地岩土工程详细勘察报告》中地基基础方案建议稍有出入，该报告以煤仓所处位置基岩埋藏不深建议采用天然地基，以第5层土为基础持力层。
由于施工正逢雨季，基坑分二次开挖 三联仓地基条件（夹块石粘土及碎石土层）经观察与设计条件基本相符，东侧有岩层向西土层渐厚。参加验收的设计代表要求三联仓基坑西侧局部加深1米采用碎石换填（压实系数0.97），对原夹块石粘土及碎石土地基进行压实，基础按图施工。单体仓下因原有排水涵管需要改道留待二次开挖。排水涵管改道位置位于三联仓与单体仓中间，改造时经参建各方共同商定，对西侧独立单仓基础下的第4层土开挖并按1:1向外放坡以验明第4层土深度，即发现单体仓及其东侧风化岩实际埋深比原地勘报告判定深度深较多，且有向三联仓位置延伸趋势。因工期紧，此时三联仓筏板基础钢筋已安装，遂决定在西侧补充勘探孔5个。由于该处二次勘探数据与原地勘报告结论存在较大出入，参建四方专题会议决定三联仓垫层下地基采用注浆法加固，由施工单位编制地基注浆施工方案经建设、监理、设计单位共同审查后实施。
于是三联仓筏板基础浇筑混凝土时根据初步方案预留了注浆孔，独立仓东侧深基坑采用C20素混凝土换填至设计褥垫层底，其后施工继续按施工图设计进行。
二、原理分析：
加固思路如下述：以水灰比不大于2的素水泥浆作为固结料，空压机加注浆泵施加压力将浆液注入筏板垫层下，以渗流挤密方式填充地基中可能存在的裂缝，驱走碎石及土粒间的空气，通过浆液扩散胶凝固化连同碎石岩土形成一个固结体，以减少夹石土层压缩变形，保证承载力。采用仿竖向截水方案，先沿基础外缘环状布置注浆管，压浆固化，然后通过筏板中间预留的注浆孔压浆。目的提高地基侧限，保持浆液在相对封闭的空间内带压渗透，减少流失从而保证基土具有整体性，水稳定性和一定的强度，最终形成不低于设计要求的200KPa承载能力的均匀地基。
三、处理方案
1、加固方法：采用钻孔花管压力灌浆法加固地基
2、注浆范围：基岩以上至基础板底
3、孔位布置：孔中心距基础外缘300MM，以间距1米环绕三联仓布置
4、材料要求：
①花管Φ48MM镀锌钢管打孔，一次性震冲钻入土层内，输浆管采用硬质塑料管，可重复使用；
②水泥：普硅42.5；
③水：拌和用水，符合混凝土拌和用水标准，现场采用生活自来水。
5、制浆相关数据要求：
①水灰比控制在1；(0.5-0.8)，水称重后以桶量取，水泥按袋计量,加料误差不大于5%;
②浆液必须搅拌均匀,采用搅拌机制浆，搅拌时间不小于2分钟;
③根据各灌浆孔的不同位置需要，输浆压力控制在0.3-0.5MPa，流速控制在1.4-2.0m/s;
④浆液在使用前应过筛且向制备好至用完的时间应小于4小时否则应作为废浆处理；
⑤浆液温度保持在5-40℃，使用煤油温度计测温，根据气候条件采取相应的防寒及保温措施；
6、钻孔施工:根据标识好的孔位,采用振动方法将花管逐段沉入，高度以方便连接输浆管为宜。
7、详细工艺要求
①用混凝土浆花管端部固结之后在进行灌浆，自下而上先四周后中间，先渗透系数较大的土层。
②压力控制：脉动灌浆压力常规为0.3-0.5MPa ,深度较大部位输浆压力适当提高。
③在灌浆过程中如发现漏浆等异常现象时，采取加浓浆液、降低压力，间歇灌浆、掺加石英粉等方法处理
④在持续稳定的压力下以不劈裂地基土为原则，确保灌浆量
⑤灌浆结束标准：在规定的压力下灌浆孔停止吸浆，加压继续注浆5分钟可结束灌浆
⑥封孔：灌浆作结束后，排除孔内的积水和污物，采用浓浆将管孔封堵密实并抹平；整个花管灌浆体系的标高保持在地坪一下。
四、质量控制措施
1、采用压缩空气为动力振动沉管，保证沉入深度。东端至基地下约1米向西渐深，西端应沉至基底标高下约4米，中间若遇块石应改变位置直至贴近基岩不再下沉为止。
2、周边孔位最终注浆压力必须达到0.3MPa持续5分钟压力仍未提高视为漏浆，采取改用浓浆、间歇注浆等方式处理。
3、通过控制总注浆量保证基底碎石土的固结质量，参照其他工程加固基坑被动区土体的措施，经验水泥用量约为加固区土体重量的5%-8%，本工程注浆水泥计划用量最低应控制在60吨以上。
五、效果点评
注浆地基的最终加固效果与土质有关，淤泥质粘土差 ，粉质土效果好。根据勘察资料，，本工程第3层土为粉质粘土夹粉土，地基侧限效果可以保证，第4层为夹块石粘土及碎石土经水泥浆固结后形成复合地基，抗压强度足够。作为重要建筑物基础，应通过承载力检验和长时间沉降观测来判断地基承载力是否满足了设计要求。
可记取的经验是：山梁河谷间由于各岩土层的类型、深度、工程特性不同，有限的勘察资料难以反映地基的分布和变化规律，为保证重要建筑物安全，应尽可能平行山梁河谷走向布置。需要进行沉降计算的建筑物，尽可能采用天然地基，以节约基础处理费用，保证承载力均匀又有利于降低工程投资。
