压密注浆在地基处理中的应用

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  【摘 要】 目前,压密注浆技术已越来越广泛应用于土建工程,取得的效益也越来越明显。本文通过相关工程实践,先对压密注浆技术进行了分析,对注浆工艺和注浆技巧进行相关阐述,为注浆技术应用积累了经验。
  【关键词】 压密注浆;地基加固;施工;质量控制
  1.压密注浆技术与应用
  1.1压密注浆技术。压密注浆是利用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或化学浆液,注浆开始时浆液总是先充填较大的空隙,然后在较大的压力下渗入土体孔隙。随着土层孔隙水压力升高挤压土体,直至出现剪切裂缝,产生劈裂,浆液随之充填裂缝,形成浆脉,使得土体内形成新的网状骨架结构。浆脉在形成过程中由于占据了土体中一部分空间,加上土层内孔隙被浆液所渗透,从而将土体挤密,构成了新的浆脉复合地基,改善了土体的强度和防渗性能,同时也改变了土体物理力学性质,提高了软土地基的承载力。在注浆管端部附近形成浆泡,当浆泡的直径较小时,灌浆压力基本沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大,便产生较大的上抬力而使地面抬动。压密注浆常用于中砂地基及粘土地基中,若有适宜的排水条件也可采用。如遇排水困难可能在土体中引起高孔隙水压力时,这就必须采取很低的注浆速率。压密灌浆可用于非饱和的土体,以调整不均匀沉降进行托换技术以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固。
  1.2压密注浆技术主要应用。(1)纠正建筑物不均匀沉降和建筑物纠倾;(2)场地狭窄处建筑物基础的托换;(3)加固松软的土体,在土体中形成柱状注浆体(桩体)与周围土体形成复合地基,提高地基承载力,减少基础沉降;(4)地层液化的预防和整治。
  2.工程地质与加固方案
  2.1某工程概况。
  2.1.1该工程地质概况。第一层为杂填土,厚度约0.7~1米,性能不稳定;第二层为粉质粘土层,厚度0.5~0.8米,压缩模量4MPa,地基承载力特征值80Kpa;第三层为淤泥质土,厚度18~25米,压缩模量2MPa,地基承载力特征值60Kpa;第四层为粘土层,压缩模量11MPa,地基承载力特征值180Kpa
  2.1.2设计情况和施工情况:该工程为两栋建筑面积均为5360平方米厂房,结构形式为单层双跨钢结构,跨度30米,柱距为6.8米,檐口高度5.5米。基础为钢筋砼条形基础,基础埋深1.6米,基础持力层选用粉质粘土或淤泥质土层。主体结构为轻型钢结构柱、梁,墙面、屋面均为彩板结构。设计较为简约,设计为软弱地基,而基础施工时期为四~五月,正是南方多雨季节,对地基土扰动可能性很大,从而可能影响了地基承载力。厂区及周边园区开工建设或投入使用后,雨、排水管线大量增加,场地地下水位改变后恰在基础持力层标高左右,频繁抽排水可能对地基土产生扰动。根据《建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)》“5.3.4”條要求,不符合相邻柱基沉降差0.003L的有82跨,占总跨数94跨的87.2%,现有变形已远超出规范要求,钢结构已因此产生变形、形成内应力,必须立即进行结构加固处理,确定压密注浆处理方案。
  2.2压力注浆施工设计
  2.2.1、需处理基础的选定。该钢结构单层厂房,柱距6.800m、跨度30m、抗风柱柱距7.500m,相邻柱跨数94跨。以相邻柱不均匀沉降量差不超过3‰作为选定需处理基础的主要指标,第一批选定对沉降量大的24个柱基部位进行压力注浆,其余基础计划在沉降差减小后第二次处理。加固的土层为基础底板以下4米内的土层,考虑沉降影响,加固的土层应为自室内地坪以下1.800~5.800m土层。
  2.2.2注浆设备选择。(1)两台SYB50型液压注浆泵;(2)两套注浆管:均为Φ25×4无缝钢管,每节管长1.5m,两端有丝扣供连接。其中一节为带孔眼管,顶端有圆锥管尖,其作为第一节注浆管;(3)灰浆搅拌机一台;(4)与注浆管配套、连接注浆泵与注浆管高压输送胶管两套,每套长40米左右;(5)配套电动地质钻孔机一台。
  2.2.3压力注浆布管。柱基四周按梅花型布置双排压力注浆管,所布管点管距约1米,两排管排距约0.8米,内排管距离基础边约200mm布置。每管点打入双管,双管间距100~200mm左右,一套管注水泥浆液,另一套管注水玻璃浆液。
  2.2.4压力注浆施工。(1)压力注浆的施工工艺。压力注浆施工工序:钻孔→清管→打管→注浆→拔管→清管。a、钻孔:电动钻孔机在布孔位置钻孔,钻至设计标高;b、清管:注水清理胶管、无缝钢管,检查能否保证注浆通畅;c、打管:分次按设计要求,将无缝钢管插至设计标高位置;d、注浆:灰浆搅拌机搅拌水泥浆,吸入注浆泵内,通过胶管,注入无缝钢管。水玻璃则放入容器,加入另一台注浆泵。压密注浆按先注浆外排、后注浆内排,按先外后内的顺序进行组织,内外排注浆间隔时间大于24小时。这样施工,外排管注浆后形成新的结合体挡墙,避免内排管注浆时在压力作用下浆体外溢,更加保证注浆效果。外排管压力注浆:压力注浆应自上而下进行,这样使浆体分布均匀,且浆体不易外冒。故先钻孔深度至室内地坪以下5.8m,后打管。压力注浆自上而下,从室内地坪以下2.3m开始注浆,每往下500mm左右注浆一次,计注浆八次。如果在设计压力的注浆过程中发生冒浆现象,注浆顺序改为跳孔注浆施工,或暂停一下等浆体固结后再施工。内排管压力注浆:内排注浆管钻孔打管时,注浆管应斜入基础底板以下。其斜入的角度根据基础的宽度来确定。本工程基础3.5m×4m,故斜管进入基础约1.5m(-5.8m标高处)左右,压力注浆自上而下,注浆方法同外排管压力注浆。如基础地面尺寸过大,可考虑在基础周边另增加一排注浆管,斜入基底注浆。或在基础面上钻孔,钻至持力土层,再打管注浆加固。水泥浆液注浆、水玻璃注浆液基本同时注入,已达到促使水泥浆速凝作用。水玻璃溶液灌注速度根据水玻璃消耗数量控制,水玻璃用量约占水泥重量的2%左右。而水玻璃溶液灌注速度又与灌浆压力、土层凝结状况有关,故现场需不时调节水玻璃注浆压力。e、拔管:每孔注浆完成后随即安排拔管,以防止管孔堵塞,一般间歇时间不超过10分钟;f、清管:当不能连续施工时,须立即对管道冲洗,防止胶结堵管,一般间歇时间不超过2小时。(2)浆液要求一套注浆泵注水泥浆液,水泥为PO32.5R、水灰比为1:1。   2.2.5另一套注浆泵注水玻璃溶液,作为速凝剂。水玻璃溶液模数2.5左右,浓度40Be′。(3)注浆压力注浆压力选择以不破坏四周地坪、绿化带、道路为选择,如果发生冒孔现象,则影响注浆效果。注浆压力国内没有相应技术标准,参照《地基处理》书中推荐美国ASCE规定的标准,一般注浆压力选择为作用面积范围土层自重的2倍左右。在-2.3m标高注浆时,覆土厚度2.3m,土质地基土压力每米20KPa,上部覆土考虑45度扩散效应。在-2.3m标高时,作用范围(棱台型)土的自重:N=1/3×[1×1+3.3×3.3+√—(1×1×3.3×3.3)]×2.3×20=232.9KN每平方米土的自重压力0.23Mpa,故对于外排管,打管深度自室内地坪以下2.3m时,注浆压力设计为0.5Mpa。而注浆过程中,注浆的压力是变化的,《地基处理》书中介绍“在一般情况下每深1m压力增加20~50Kpa”,故每下降0.5m注浆时,压力设计选择增加0.02Mpa。对于内排管,考虑上部基础自重,且四周土层以加固,其作用反力直接作用基础底面,注浆时以不冒浆为准,注浆压力可调高20%,初始注浆压力选择0.6Mpa左右,每下降0.5m,压力设计选择增加0.02Mpa。(4)水泥用量:本地区水泥粉喷桩处理淤泥质土层地基经验数据:置换率0.2左右,地基处理后承载力达到100~130KPa,每米土层水泥用量约55~60kg。参照此经验数据,对于外排管,本工程按每500mm厚土层注浆一次、水泥用量在30kg左右控制。而内排管压密注浆后的效果,将直接改善基底持力层的强度,提高土层压缩模量,故水泥用量考虑适当提高15%左右。本工程在4.7m×5.2m作用范围内,内排布管16根,经计算按每500mm厚土层注浆一次、水泥用量在40kg左右控制。
  2.2.6后续施工。1、在第一批24个柱基加固完成后,每10天测量一次,发现已处理地基沉降速度明显下降,一果显著。三个月后,大部分柱相邻沉降差控制在跨度3‰以内,有16跨相邻柱沉降差在3~5‰之间;2、3个月后,对未处理的柱基础、条基进行处理。采取沿柱基、条基周边布置两排压力注浆管同时进行处理的方式。管孔间距1米、排距0.8米,注浆方法同前;3、安排钢结构施工单位对屋面钢结构进行仔细检查,对变形构件进行更换或加固;4、安排土建单位对开裂墙体进行修补,防渗处理,重新抹灰,涂刷涂料。五、加固后效果该工程地基加固处理后已超过两年,后施工的墙体墙面完整,未发现明显裂缝,无渗漏现象。该工程在经历2008年初罕见雪灾后,又组织施工单位复查,该工程结构正常,故可以认为通过压密注浆方案对该工程成功地实现地基加固处理。个月后沉降基本为零,相邻柱沉降差逐渐减小,地基加固效
  3.施工技术要求
  3.1钻孔:要求保证钻孔的垂直度
  3.2下袖阀管:下袖阀管包括下套壳料、下袖阀管并连接、钻孔封口等工作。套壳料一定要按比例配制,并保证把孔内泥浆置换完方能下袖阀管;袖阀管的连接一定要保证质量,连接紧密、不得有断开现象;封口按设计进行封口料的制作,并保证封口的长度在1.5m以上。下锌管:先检查注浆头的状况,如单向阀的状态是否良好;检查管路不能有堵塞现象,并保证各节管路的连接质量;如果袖阀管出现堵塞,应先进行洗管,尽量使锌管下放至孔底。
  3.3浆液制作:按设计和现场值班工程师提供的配合比拌制好浆液,浆液的比重符合要求,添加剂的按试验人员确定的参量进行添加,经保证水泥浆液的配制质量。
  3.4开注浆机:在一切工作都做好后方可开注浆机进行注浆,注浆过程中主要通过听声音、看压力、看注浆量来判断注浆的实施效果;听声音是否有异常,看压力是否过高,看注浆量是否达到设计的注入量;这个过程主要靠注浆司机来控制,另外注浆司机还要做好注浆记录,并保证记录的真实性。
  3.5双液混合:双液注浆一般把浆液的凝固时间控制在60~120s,主要根据注浆要求和作用的不同,通过调整浆液的配比和水泥液的浓度比重,来调整浆液的凝固时间。双液浆是在注浆机的混合器处混合的,理论上浆液比例是1:1,但有時由于注浆机的一些原因,会造成比例相差较大。所以现场要经常做试验,必要时从混合器处取浆液来做试验,以保证合理的浆液凝固时间。
  3.6锌管上提:注浆锌管的上提一般是在压力升高、达到注浆量时进行,所以要求上提锌管要用力均匀、及时快速、并按一定的步距。
  3.7清洗及文明施工:在注浆完毕后要及时清洗注浆机、搅拌机和各种管路,这是一项非常重要的工作,不能马虎。另外就是要做好现场的文明施工工作,做到工完料净场地清。
  4.施工注意事项
  4.1施管工人员必需按技术交底和作业指导书组织施工。在注浆施工中应通过现场试验对布孔方式、注浆参数及浆液配比作进一步试验调整,并在以后注浆施工过程中根据现场实际情况进行适当调整,以确保注浆效果。如出现堵管,堵管的处理要快速及时,不能慌乱,要按顺序一步步尽快处理。
  4.2注浆过程中要采取相应的措施来防止堵管,如多做试验选定合理的凝结时间,注意压力的变化,如压力升高要及时提升锌管。水泥浆液若发生沉淀、离析现象,应进行二次搅拌。
  4.3施工过程中做好注浆施工的各种记录,及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析,判断注浆效果是否满足设计要求,注浆作业时,每500mm记录一次注浆参数。在钻孔和注浆施工过程中,要做好各种机械设备和电路的检查工作,消除各种不安全因素的存在。
  4.4在拆除管路及注浆操作时应戴防护眼镜,以免浆液溅入人眼,并做好劳动防护,作业人员必须佩带胶手套。
  4.5搞好现场的文明施工,及时做好泥浆清理工作,不得直排入海,施工完毕及时清理现场。
  5.结束语
  注浆技术加固填土地基,技术上可行,设备简单,操作面小,结石率高,结石体强度强,地基承载力和稳定性将得到较大的提高。实践表明,注浆工程的机动性特别高,采用不同的设计方案,选用不同的注浆和工艺,其加固效果大不相同,必须注重注浆工艺和注浆技巧,为今后类似工程加固处理的设计、施工积累经验。
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