压密注浆法在多层建筑软弱地基处理中的应用
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浅谈软弱土地基的处理方法分布较广,承载力低。
根据黄土特性分析了黄土湿陷性原因,结合工程实际阐述了软弱黄土地基的处理方法。
关键词】黄土;地基处理;方法软弱黄土就是大孔土。
在我国分布很广。
软弱黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土,在自重压力或自重压力与附加压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显着下沉的现象。
它的这种特性,会对结构物带来不同程度的危害,使结构物基础大幅度沉降、折裂、倾斜,严重影响工程安全和使用。
1.湿陷性原因分析软弱黄土在形成过程中,因气候干燥,有大量碳酸钙等盐类在土粒表面析出,沉淀成胶结物使土颗间牢固联结,阻止土骨架在自重作用下被压密。
因而会有孔隙比大于1且肉眼可见的大孔结构。
在干燥状态下,它具有垂直方向分布的小管道而有较高强度和较少压缩性,几乎能保持竖直的边坡。
被水浸湿后,填充在土粒间的碳酸盐类等被溶解,土体结构迅速破坏。
土粒在自重作用下向大孔中滑动,出现显著的附加下沉现象,即湿陷。
可见,孔隙比高且有相当多可溶盐是湿陷的内因;水和压力是湿陷的外因。
如果设计、施工或使用不当,由于湿陷条件(外因)造成建筑开裂、倾斜和倒塌等事故也经常发生。
2.软弱黄土地基的处理方法存在问题及对策软弱黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。
在勘察阶段,经过现场取样,以试验数据进行分析,判定属于自重软弱黄土还是非自重软弱黄土,以及软弱黄土层的厚度、湿陷等级、类别后,通过经济分析比较,综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。
最后选择一个最合适的地基处理方法,经过优化设计后,确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。
所采用的有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法等。
2.1 垫层法2.1.1 垫层法将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度,然后以灰土或素土及级配良好的砂砾或碎石分层回填夯实。
垫层厚度一般为1.0~3.0m。
注浆加固法地基处理注浆加固法是工程地基加固最常用的方法之一,该方法利用气压或液压配以填充渗透和挤密等方式,把能凝固的浆液均匀地注入岩土层中,驱走岩石裂隙中或泥土颗粒间的水分和气体,并以其自身填充,待硬化后即可将岩土胶结成一个整体,可以改善持力层受力状态和荷载传递性能,从而使地基得到加固,防止或减少渗透或不均匀沉降。
1 工程概况项目为某车站综合楼。
拟采用钻孔灌注桩,为66 根1 000~1 200 mm 钻孔灌注桩。
桩端持力层为页岩层,工程桩静载检测结果表明,部分单桩竖向极限承载力达不到设计要求,需要对该地基进行加固处理。
施工前,在建筑物周围分别布置了 6 个勘探点(探井),探井在掘进过程中有大量的水渗入,致使少数探井没有达到预想的深度。
2 地基勘察概要根据勘探资料显示,该勘察区地层主要由素填土、角砾及强风化页岩组成,局部有粉土及中砂夹层。
各地层情况自上而下为:第一层主要为素填土,上部主要由素土充填,包括大量的煤屑、砖块以及少量的炉渣、垃圾等杂物,呈松散状态,下部填土孔隙较大,主要由层厚为 1.5~5.2m 的大量块石、片石及角砾充填;二层层厚为0.1~2.4 m的棱角状角砾与深灰色冲积再生土,粒径一般10 mm 左右,大者可达30 mm,稍密状态,该层只有在个别探井中未见,在其他数个探井中都未被发现;三层层厚为0.3~0.8 m 的深灰色页岩与强风化岩石,含水量较高,节理发育,见水后较细腻,个别已揭露探井的勘探深度内均未被发现。
3 地基加固方案3.1 编制依据编制依据的步骤为:①分析XX 车站综合楼设计图;②翻阅建筑地基基础设计规范(GB50007- 2002);③查阅建筑地基处理技术规范(JGJ79- 91);④查看既有建筑地基基础加固技术规范(JGJ123- 2000);⑤查看岩土工程勘察规范(GB50021- 2001);⑥参照使用水利水电工程基岩固结灌浆规程、规范;⑦查看现场实际地形条件。
收稿日期55作者简介男,63年生,工程师,张家口市,5灌浆技术在地基加固处理中的应用王志杰1闫继业1朱殿明21中冶地勘岩土工程有限责任公司;2张家口市鸿泽排水有限公司摘要通过工程实例,详细介绍了水泥-水玻璃注浆地基加固技术的具体应用,并对阻止和降低附加下沉进行了研究和尝试,提出了阻止和减小附加下沉的具体方法及基础加固施工的注意事项.关键词地基加固;双液注浆;附加下沉中图分类号TU40前言近年全国各地的建设项目规模庞大,由于地基问题,引发既有建筑物裂缝、倾斜的事故屡见不鲜.究其宏观原因,一方面是客观的自然地质条件的复杂性、多样性和局限性的影响,另一方面是设计、施工考虑不周或处理欠妥所致.目前,纳入国家地基处理规范的成熟方法有近20种,但是能有效解决既有建筑物地基问题的加固方法并不多.在对既有建筑物(构筑物)加固,危房纠偏,基坑支护,滑坡整治,隧道塌陷,大坝断层等加固处理的长期实践中,由于灌浆法具有适用范围广,设备专业化程度高,而且快速有效,造价较低的特点,灌浆法被同行们普遍看好并得到广泛应用.本文结合我公司应用灌浆法成功加固既有建筑物的人工填土地基和湿陷性黄土地基案例,进行如下总结和探讨.1灌浆技术加固人工填土机理探讨灌浆技术是通过灌浆泵,灌浆管和灌浆嘴,在一定压力下将事先配置好的浆液(化学或物理)灌到所要加固的地基或预定位置,注入的浆液和土体直接发生一系列化学或物理方面的填充、胶结、固化作用,使地基土得以稳定、沉降得到有效控制.灌浆形式和浆液材料可以多种多样,应根据加固目的,被加固的地基土性等条件确定,有单管灌入也有双管灌入形式,有单液也有双液或三液以上的浆液材料.目前常采用水泥浆单液注浆法,或在水泥浆液基础上,添加如水玻璃、减水剂、早强剂等外加剂的双液注浆法.其中,水泥和水玻璃浆液性能稳定,胶结效果好,价格较低,材料容易取得,且无污染,是处理软弱地基土理想的双液型灌浆材料,因此被广泛采用.水玻璃模数一般选择25~33之间,使用时应用水稀释至13~15Be 之间,太稀时,凝固时间长,处理过程产生的附加沉降大;太浓时,水玻璃材料消耗多,可灌性差,结石强度低.对于由粉土、粘性土等组成的不同回填土,分层夯实质量差异明显,随机性很大,水平方向和垂直方向的物理力学性质不同,层面与层内相比,浆液更容易从层面注入.灌浆施工时,由于灌浆管(花管)在管侧面设置多个喷浆出口,形成垂直地层的竖向压力小,土体竖向不易在压力下被劈裂;水平向的压力大,浆液在克服地层的初始压力和抗剪强度的同时,使土体首先沿水平向产生液压开裂,破坏土体原有结构.对于人工分薄层压实的填土地基而言,层面间更是很好的浆液通道,随着压力下的浆液(主要为水平向)对土层的连续扰动和压缩,使土体排气脱水,土粒移动,重新排列,并产生向上传递的辐射应力,正确诱导这股地应力,可使地基土局部膨胀,下沉部位回升,纠正建筑物的不均匀沉降.2灌浆技术在回填土地基处理中的应用实例张家口市邮政局陵园南路住宅楼15~18单元地基加固工程第28卷第3期2010年9月河北建筑工程学院学报JOURNAL O F HEBEI INSTITUTE OF ARCHI TECTU RE A ND CIVIL EN GINEERING Vol 28No 3Sep 2010:2010-0-2:190710021工程概况该住宅楼东西走向,长6320m,宽1190m,为4单元住宅楼,设计地上7层,地下1层,建筑面积约6176m 2.该建筑采用砖混结构,混凝土条形基础.室内设计地面的0000为绝对标高80464m,基底为475m.于1997年竣工并交付使用.从交付使用至2004年底间该建筑使用正常,在2005年3月南北外墙及室内多处墙体突然产生裂缝,缝宽05~3mm,北外纵墙下4~5轴间基础出现横向裂缝,宽度1mm.经观测,裂缝仍呈持续发展事态.22事故原因分析根据鉴定报告和关于市邮政局(陵园路)住宅楼墙体裂缝的情况说明,建议对该楼进行整体加固.2005年8月,我分公司应张家口市邮电局的委托,对该楼进行了补充勘察.根据补勘结果并结合已有的相关资料分析,楼房墙体产生裂缝的原因归纳为以下几点:(1)原地基碎石层层面坡度较大,呈东高西低状,特别是中西部最低,基槽开挖后将中部及西部杂填土挖除,用东部碎石回填至中西部,这样在基坑范围平面内形成人工地基和天然地基并存的现象,因人工地基与天然地基在密度方面存在差异,导致基底下主要受力层不均匀.(2)在基槽开挖时,中部局部杂填土未能全部挖除,留有约厚070~085m,形成局部软弱下卧层,造成地基的局部不均匀.(3)基底下三七灰土垫层厚度不均,灰、土拌和不匀,压实系数不高,未起到调整下伏碎石层不均匀和避水的目的.(4)在基底下500m(主要受力层内)深度内,中西部分布有090~120m 厚湿陷性粉土,压缩性高,承载力远低于同标高碎石层,造成地基的不均匀.(5)由于长期草坪大量浇灌用水和降水渗入的外部因素作用,通过基底上、墙体外未压密回填层渗入地基,这种渗水具有不定量、不定向、范围不定的无规律性,且具长期性,可导致土层含水量增高,湿陷变形,最终导致建筑物沉降开裂.从上述五点可看出造成地基不均匀沉降、墙体开裂的主要原因,之所以交付使用9年后才发生墙体开裂,是因为9年来地基变形一直处于量变过程,未达到造成结构体破坏所需能量,突然发生墙体开裂是量变到质变的结果.3基础加固方案设计根据本建筑地质情况及墙体裂缝原因,经反复论证,决定采用双液注浆法,其加固机理和技术方案如下:针对本场地存在灰土垫层,碎石层和角砾层及湿陷性土层的情况,设计采用水泥-硅酸纳作为注浆材料,其加固机理为:在较大压力作用下,将水泥浆压入或挤入回填土的裂隙和空隙中,一方面排除土层部分空隙中的水分,另一方面将土层中大于020mm 以上的空隙进行有效的充填,从而达到胶结固化和充填地基土的作用;硅酸纳(水玻璃)浆液注入土层后,促使土的颗粒表面相互溶合胶结,并在土中钙、镁离子的化学反应作用下,使这种胶结得以固化,从而增强土的结构强度,降低土的压缩性,消除土的湿陷性;水泥水玻璃浆液相互作用,大大缩短初凝时间,最大限度减小其加固施工过程中产生的附加沉降.(1)浆液比和注浆压力.本次施工水泥采用的是张家口宣化黄羊山水泥有限公司生产的PO325普通硅酸盐水泥,水泥浆液按灰水质量比108的比例进行搅拌,浆液比重控制在16~17,搅拌均匀后,通过压力泵经导管注入孔内,注浆压力控制在080~120MPa;水玻璃原液浓度,Be=40~42,相对体积质量139,依据规范及本次设计要求,将硅酸纳原液按12(体积比)用水进行稀释成相对体积质量为114~115的浆液,并用专用比重计进行控制.(2)钻孔的布置及工作量.根据浆液的有效扩散半径及建筑场地的客观施工条件,本工程在1518单元的室内、室外均设计了钻孔,总数为个,钻孔深度5~,孔间距5~,斜孔钻进角度~5,以保证最大程度地对基础下的地基土进行加固,总工作量为6(3)施工顺序及方法本次施工采用隔孔注浆方法,先打外排孔后打内排孔,先打室外孔后打室内13第3期王志杰闫继业朱殿明灌浆技术在地基加固处理中的应用4848m 10200m 1012904m..孔,以控制瞬间附加沉降量.(4)施工工艺流程.按设计点位放孔钻机就位成孔下入注浆管注浆前封孔浆液搅拌注浆注浆完毕停泵起拔注浆管注浆后封孔.4施工中异常情况处理及注意事项(1)异常情况及处理措施.当注双液浆压力突然升高时,应先分析管路是否堵塞,并停止注浆.若确定为管路堵塞,则用木棒或铁锤敲打以疏通注浆管,确实无法疏通时,则需要换管;若不是管路堵塞,则关掉水玻璃浆,往导管中注入少量清水,待泵压正常时,再进行双液注浆.施工过程中,浆液从其他孔位向外流出,这种现象叫窜浆,而且经常发生,当发生窜浆时应停止注浆,待浆液初凝后继续注浆,达到设计压力或注浆量后,停止注浆.(2)地下管沟的保护.应事先调查清楚地下管沟位置及深度,注浆施工时首先在探明的管沟外侧灌注一道水泥土防护帷幕(或称屏蔽层),然后实施注浆.注浆过程中,一旦发现对地坪面或地下管沟产生破坏性影响时,应立即停止施工.等待数十分钟后,再次在原孔实施灌注并达到规定的压力.总之,做好环境保护,及时监测,对地面的上抬观测值宜控制在10mm 左右.5结语通过此项工程的实践,我们在以下几方面取得了成果和经验:(1)合理的设计方案,正确的施工方法,有效地克服了压力注浆时给建筑物本身带来的新的附加沉降问题,在施工过程中和施工后,未见已有裂缝有扩大的现象.(2)在后期施工的钻孔中,37灰土垫层顶、底面处,全部发现有315mm 厚的水泥层,并在层间发现有23条细薄层状水泥脉.在场地碎石层和角砾层中,大部分钻孔发现10100mm 直径的团状水泥胶结体和少量的细薄层水泥脉.在黄土状粉土的中下部,可见水泥脉完全充填在原垂直裂隙中.(3)施工结束28天后,通过3个验证孔的标准贯入试验及圆锥动力触探试验,地基土密实度明显得到提高,达到加固预期效果.(4)该地基加固竣工使用已两年多,经沉降观测,地基变形稳定,未发生新的沉降,证明该方法的应用是成功的,值得推广.参考文献[1]曾国熙主编.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社,1998[2]建筑地基处理技术规范.JGJ792002[3]闫明礼主编.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社,1998[4]陈希哲主编.土力学地基基础.北京:清华大学出版社,2004Application of Perfusion Serosity Technique in Foundation ReinforceWa ng Zhijie 1,Y a n J iye 1,Zhu D ia nm in g 21Geological P rospect ing and Geotechnical Engineering Co.Ltd,China M etallur gy Gr oup;2Zhangjiakou Hongze Dr ainage Co.LtdAbstract T his thesis fir st introuduces the application of cement sodium silicate grouting foundationreinforcement technique through practical project cases.Then,it studies how to prevent and re duce the additional sinking.At last,it puts forward the specific techniques and concerns in rein forcement constr uction of foundation.K y f ;;14河北建筑工程学院学报第28卷e wo r ds groundsill rein orce cement silicate grouting additional subside。
压密注浆法在多层建筑软弱地基处理中的应用
摘要:苏州古城区建筑场地浅部千百年来堆积厚层砖瓦碎石杂填土,其孔隙大,压密注浆法加固处理后能形成良好水泥结实体,处理效果明显,可作为多层建筑较好的复合地基,且其施工机械小巧、灵活、方便,是一种适应“多窄长街巷、大型施工机械无法进入”建筑场地以及交通线路路基灾害治理的有效的地基处理方法。
关键词:压密注浆法;多层建筑;填土地基处理;
abstract: for thousands years of accumulation by brick and gravel miscellaneous, the construction site of ancient city area of suzhou is of large hole, which after being reinforcement by compaction grouting can form excellent cement entity. for the significant effects, it can be used as the composite foundation of multistory building. due to its small, flexible and convenient construction machinery, the compaction grouting is appliable to the construction site with long and narrow lanes where large construction machinery can’t enter, it is the effective foundation treatment method fot the disasters processing of traffic line.
keywords: compaction grouting mehod; multistory building; soil filling foundation treatment
中图分类号:tu47 文献标识码:a文章编号:2095-2104(2012)
苏州古城区普遍分布有2.50m-6.00m含大量的砖瓦碎石杂填土层(历史文化层),结构松散不均匀,未经处理一般不可作为基础持力层;当建造3~4层建筑,如采用筏板基础,要求地基承载力在80kpa即可。
随着社会经济的发展,古城区不少建筑需翻修或重建,但为保留苏州古城风貌,城区多保留狭长街道、街巷或小的弄堂,大型施工机械无法进入施工场地,这样便限制了许多当今较为成熟的地基处理方法的实施和应用。
而翻修或重建时又不得不对含砖瓦碎石杂填土层进行有效的处理,这给设计和施工单位带来新的课题。
为此,笔者以苏州双塔街道滚绣坊社区活动用房翻建工程为例,在综合研究苏州古城填土的特性以及各类地基处理技术特点的基
础上,提出压密注浆地基加固处理方法。
1 概述
苏州双塔街道滚绣坊社区投资兴建活动用房翻建工程,位于苏州市古城区十全街南侧五龙堂弄1-1号,拟建活动用房地上3层,南北向宽16.60m,东西向长9.10m。
场地东侧为一条宽约3.0m的弄堂,西侧为一幢控保古建筑,南北均为古建筑。
拟采用筏板基础,地基承载力要求大于100 kpa。
为保证周围古建筑的安全,拟建建筑需避免深基坑开挖,基础尽量浅埋。
2地基岩土特征
根据岩土工程勘察资料,拟建建筑场地土层分布如下:
①杂填土:杂色,松散,含大量建筑垃圾和生活垃圾,结构松散。
场地内均有分布,层厚约2.80m~4.30m,土质不均,工程性能差,未经处理,不宜作天然地基。
②粘土:褐黄色~灰黄色,硬塑,刀切面光泽,干强度、韧性高,无摇震反应。
该土层拟建场地内均有分布,层厚2.40m~3.60m,压缩性中等,工程性能良好,fak=200kpa。
③粉质粘土:灰黄色,可塑,无摇振反应,稍有光泽,干强度和韧性中等,夹薄层粉土。
场地内均有分布,揭露厚度4.50 m~7.50 m,压缩性中等,工程性能中等,fak=160kpa。
3地基加固处理方案分析
根据拟建建筑场地周围工程环境条件以及地基岩土条件,拟建建筑场地浅部为含较多砖瓦的杂填土,第②粘土层为良好的天然地基基础持力层,但其顶板埋深在2.80 m~4.30m,若采用第②粘土层为基础持力层,基槽开挖深度最大达到4.30m,在基坑开挖过程中,坡体将产生一定的变形,将对周边建筑物地基基础产生不利影响,需要对基坑边坡进行有效的支护。
由于场地狭窄,周围古建筑又不允许地基基础有很大变形,考虑本工程建筑层高为3层,基础对地基的承载力要求不高,根据结构设计验算要求,fak=80kpa即可满足设计要求。
因而,经过多种方案比较,最后采用筏板基础,并要求对浅部杂填土进行地基处理,经处理后的复合地基承载力(fak)需达到80kpa。
根据笔者所在公司对苏州市旅游中学教学大楼、苏州市景帆中学体育教学活动房、苏州市二十四中学教学大楼等地基压密注浆加固设计与施工经验,对杂填土进行压密注浆加固处理后,其复合地基承载力可以达到fak=100 kpa~140kpa。
因此,采用压密注浆法加固杂填土是可行的,可以满足设计要求。
4地基加固处理设计
4.1加固原理
软弱土层经注浆后,注浆孔处形成一个个砼小柱,且浆液呈脉状充填于四周土层孔隙中,使土体连成一个整体,从而挤密了软弱土体,有效地缩短了土体固结时间,降低土体后期固结所产生的沉降量。
同时,砼小柱与土体颗粒共同承受来自上部的荷载,复合土体的承载力大大提高,从而达到地基处理加固的目的。
4.2注浆孔布置及注浆深度确定
根据以往施工经验,注浆孔浆液扩散半径一般为0.4 m~0.8m。
因此,在基础底及基础周边外1.00m范围内设置压密注浆孔,排间距0.60m,孔间距0.60m,呈梅花型布置(见图1 平面布置图),共布置了640个注浆孔。
注浆深度原则上以进入②粘土层0.50m,即注浆深度为3.50m~4.00m。
4.3施工工艺
由于场地周边环境复杂,大量注浆可能对周边的建筑和路面造成隆起等不利影响,因此,采用先四周封闭注浆,后施工场地内的施
工工艺,即先施工场地外侧三排注浆孔,形成一个相对封闭注浆围幕,再施工内侧注浆孔。
在施工时采用间隔跳注,分批次对其进行注浆,控制好注浆压力、浆量,增加加固体半径,提高注浆效果。
施工设备及施工现场见照片1、2。
4.4注浆要求
1)压密注浆施工时,采用普通硅酸盐水泥,水灰比0.6,浆液搅拌均匀。
2)注浆量控制在80kg/m3,注浆压力0.2 mpa~0.4mpa。
第一次(外围段)
注浆压力≤0.2 mpa,第二次注浆孔,注浆压力0.2~0.4 mpa,以克服粉土的抗拉强度,迫使原状土张开裂隙实行劈裂灌浆,改善其物理力学性能提高其内聚力。
3)单孔注浆停止条件:①达到设计用浆量80kg/m3;②水泥浆冒出地表;③注浆压力大于0.4mpa稳定3分钟以上。
满足以上任意一条即可停止注浆。