高壓注漿在高層建筑軟弱地基加固中的應用

劉義建

(湖南省建設工程勘察院, 湖南懷化市 418000)

高壓注漿在高層建筑軟弱地基加固中的應用

劉義建

(湖南省建設工程勘察院, 湖南懷化市 418000)

通過4棟高層建筑工程實例,用水泥、土高壓注漿技術加固高層建筑軟弱下臥層,承載力特征值可提高90%～120%,最終沉降由295mm降低為10～15mm,地基變形大幅度降低,且施工簡便,經濟效益佳,可供類似工程參考。

軟弱下臥層;高壓注漿;地基加固

湖南省懷化市華欣房地開發有限公司2003年開發的4棟“云龍花園”24層高層住宅,屬市級重點工程。4棟住宅均為同一設計,總建筑面積8.4萬m2,每棟建筑面積21000m2,鋼筋砼框架剪力墻結構,地下室一層,±0.001以上24層,層高3m,鋼筋砼筏板基礎,筏板面積1215m2。場區土層較厚,下伏石灰巖,經勘探查明,每棟距筏基底12m以下局部范圍夾雜有軟弱下臥層,承載力特征值僅為100 KPa,達不到設計最小值190KPa的要求,最終沉降值計算為264～295mm,均大于文獻[1]規范允許值,因此,必須對軟弱下臥層進行加固處理。

1 注漿前場區各土層土工及靜載試驗結果

經過詳勘,云龍花園場區持力層土層從上往下,主要分布有第四沖擊相含卵石粉質粘土層Qa1,殘積相可塑狀粉質粘土層、軟塑狀粉質粘土層Qe1,下伏石灰巖P2w,各土層均無地下水,巖面含水層微弱,無液化土層,為Ⅱ類場地土。由于鉆孔振沖取芯,取樣位置偏差,土樣擾動,加之土工試驗值偏差,主要持力層承載力特征值fak和相應壓縮模量Es偏低,反應不了工程實際。為了反應各土層精度較高的物理力學特征值,對持力層深度三種土層進行了每層不少于3處的淺層平板靜載試驗[2],由懷化市工程質量檢測給出結果。各土層土工試驗與靜載試驗的物理力學特征值見表1。

從表1可看出,靜載試驗與土工試驗相比較,其承載力特征值平均值提高了1.28倍,影響沉降的變形模量平均值提高了5.89倍。

2 軟弱下臥層加固

2.1 方案選擇

表1 土層物理力學特征值

場區為原氮肥廠生產區,部分深層軟弱下臥層附積有大量碳胺液體,為安全起見,選用了3種加固方案。

(1)人工挖孔樁方案,人工挖孔樁有質量易控制優點,但場區土層厚度深達45m,因有害氣體、缺氧等因素難以施工,施工工期每棟需3個月,工程費用每棟80萬元。

(2)水泥旋噴樁方案可滿足設計要求,由于樁需滿布,每棟工程費高達140萬元,工期需2.5個月,但場區位于市中心,周邊排污系統尚未形成,泥漿無法排放,施工難度較大。

(3)水泥·土注漿加固對城市周邊環境產生污染很少,可局部加固軟弱下臥層,深層巖面0.3m含水層也可加固到位,工程費僅30萬元,每棟工期2個月。

3個方案比較,水泥·土注漿加固方案工期短,費用低,施工方便,因此優先選用該加固方案。

2.2 高壓注漿技術措施[4]

(1)根據探明的軟弱層范圍,范圍以內,注漿孔間距按1～2m布置,范圍以外,考慮到土質均勻性,減少不均勻沉降,注漿孔間距采用4m布置。

(2)鉆桿直徑Φ110mm,噴管直徑Φ50mm,高壓泵75kW,注漿壓力15～20MPa。為防止漿液流失,注漿順序堅持先基坑外圈,逐步往內圈注漿,從下往上每1.5m提升一次,地表冒漿停止注漿。

(3)選用本地42.5#普通硅酸鹽早強水泥,38～43Be水玻璃,水灰比1∶1.2。

(4)檢測方法采用土工試驗與標準貫入相結合,檢測數量不小于3%[5],所檢測孔位達不到承載力要求時,繼續在孔周加密布孔注漿,直到滿足設計要求為止。

(5)4號樓離筏基11.7m以內,6.28m厚軟弱層,附積有大量碳胺液體,即使加密孔距,承載力也難以提高。采用中心距15m挖3個直徑為1m,深17m的集水井,集水井砼護壁沿周邊上下預留Φ15@500泄水孔,一邊高壓注漿,一邊抽排集水,承載力特征值迅速得到提高,該法類似于排水固結法。

2.3 加固后的承載力特征值

注漿加固后,云龍花園1～4號樓軟塑狀粉質粘土層天然容重、壓縮模量、承載力特征值平均值比注漿加固前土工驗試值分別提高了7%,70%,107.5%,詳見表2。

表2 軟弱下臥層注漿加固后的力學特征值

每棟樓加密區水泥消耗重量與加固土層重量的比值,即水泥、土比用β表示[6],承載力特征值提高率用α表示,可繪出β-α關系曲線見圖1。

圖1 水泥·土比β與承載力特征值提高率α關系曲線

從圖1可看出,水泥、土比β在1.1%～2.4%之間α為線性增長,提高率在90%～120%之間,β超過2.4%后,α趨于一個定值,也就是承載力特征值最多提高120%。

2.4 沉降值和綜合變形模量[7]

(1)實側沉降值。1～4號樓竣工使用3年多,實測最終沉降值分別為15,13,10,12mm,水泥、土比β與沉降S的關系曲線見圖2。

(2)綜合變形模量。計算表明,注漿加固后,1號樓由于3層土層力學性態都有加強,綜合變形模量分別比土工試驗壓縮模量Es及靜載試驗變形模量Eo提高30.3倍和5.11倍。用1號樓注漿加固后的實測最終沉降與按文獻[7]沉降計算值可計算出調整系數,ξ=15/82=0.183。

圖2 水泥、土比β與沉降S的關系曲線

3 結 論

(1)水泥、土高壓注漿復合地基適用于無地下水軟弱下臥層地基加固,施工簡便,工期短、經濟效益顯著。

(2)高層建筑地基宜選用靜載試驗或其它精度更高的試驗方法確定各土層的承載力特征值和變形模量,使設計更符合工程實際。沉降計算中,對粉質粘土層或礫石含量較高的粘土層,選用靜載試驗的變形模量Eo替換壓縮模量Es,用文獻[7]方法計算最終沉降,取沉降調整系數ξ=0.183,計算精度較好。

(3)注漿加固后的軟弱下臥層承載力特征值提高率α為90%～120%,當水泥、土β百分率在1.1～2.4之間時,α呈線性增大,α=23.077β+64.615,當β為2.4以上時,α趨于一定值120%。注漿加固后的沉降S隨β增長按S=17.115-1.923β呈線性下降,下降峰值為5mm。

[1]GB50007-2002.建筑地基基礎設計規范[S].

[2]GBJ7-89.建筑地基基礎設計規范[S].

[3]周漢榮.土力學地基與基礎[M].湖北:武漢工業大學出版社,1988.

[4]JGJ123-2000.既有建筑地基基礎加固技術規范[S].

[5]JG6-99.高層建筑箱形與筏形基礎技術規范[S].

[6]龔曉南.復合地基理論及工程應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[7]JGJ72-90.高層建筑巖工工程勘察規范[S].

2009-10-28)

劉義建(1963-),男,湖南寧遠人,高級工程師,從事水文地質、工程地質、環境地質、巖土工程方面的工作。