注漿技術(shù)在某既有高層建筑樁基軟弱下臥層加固中的應(yīng)用

朱文匯,石立國(guó),吳殿昌

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司北京100054）

注漿技術(shù)在某既有高層建筑樁基軟弱下臥層加固中的應(yīng)用

朱文匯,石立國(guó),吳殿昌

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司北京100054）

本文介紹了注漿加固機(jī)理和工藝流程,并結(jié)合工程實(shí)例闡述了注漿加固應(yīng)用于既有高層建筑樁基軟弱下臥層處理的特點(diǎn)難點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)、施工技術(shù)要點(diǎn)以及注漿加固工程實(shí)踐中應(yīng)注意的問題。

注漿加固；暨有高層建筑；軟弱下臥層

前言

注漿加固法適用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。注漿法具有如下特點(diǎn)：對(duì)地基的擾動(dòng)破壞小和在施工過程中建筑物產(chǎn)生的附加沉降?。ê透邏盒龂娮{法相比）；能有針對(duì)性地特別是能對(duì)深層軟弱土層進(jìn)行加固；施工操作易于掌握,當(dāng)用水泥漿液進(jìn)行注漿時(shí)配方簡(jiǎn)單、取材容易、無環(huán)境污染。但是注漿也有注漿范圍不易控制,注漿效果不易科學(xué)評(píng)價(jià)等缺點(diǎn)。

1 注漿加固機(jī)理及工藝流程

1.1 注漿加固機(jī)理

用鉆機(jī)成孔至要加固的土層,然后用高壓灌漿設(shè)備將配制好的水泥化學(xué)漿液灌入地層,通過劈裂、擠壓作用、擴(kuò)散擠壓和充填,并伴隨一定的物理化學(xué)作用,一方面促使?jié){體在土體中形成脈狀充填；另一方面又使軟土產(chǎn)生壓縮和脫水固結(jié)，使土層與漿液產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)而膠結(jié),從而達(dá)到改善土體結(jié)構(gòu)和性能,提高土體的強(qiáng)度，以達(dá)到加固的目的。

1.2 工藝流程

鉆機(jī)就位→鉆孔→孔底沉渣清理→放置注漿管→孔內(nèi)投入粘土球封孔→注入濃水泥漿封孔→洗孔→注入水泥漿→注漿量或注漿壓力滿足要求→下一孔施工。注漿采用低壓、慢灌、多量工藝,以便注入較多的漿液。在軟土較厚的孔段可以采用重復(fù)注漿。

2 工程概況及工程地質(zhì)情況

2.1 工程概況

該工程為單元式高層住宅群體建筑中的一棟住宅樓,共兩個(gè)單元,最高18層,三層以上建筑面積13755.72m2。基礎(chǔ)采用預(yù)制混凝土方樁。主樓采用截面為400×400的方樁384根,共有39個(gè)樁基承臺(tái)。上部結(jié)構(gòu)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu),底部?jī)蓪硬捎每蚣芙Y(jié)構(gòu),三層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,三層以上采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,并結(jié)合本次室外注漿試驗(yàn)的鉆探揭露,土層特征如下：

吹填砂：以中粗砂為主,為新近填土,松散,層厚2.5～4.0m,均厚3.2m。承臺(tái)部位基本已被挖除。

淤泥層,黑色、灰黑色,富含有機(jī)質(zhì),流塑狀。層厚12.9～15.3m,均厚14.4m。

淤泥質(zhì)粘土層,灰黃色～棕灰色,可塑狀,層厚1.4～3.9m,均厚3.0m。

粘土層,上部為綠灰色,下部為棕黃色,含粉細(xì)砂,可塑～硬塑狀,層厚2.5～6.0m,均厚4.5m。

中粗砂層,黃色、棕黃色,分選性差,大小混雜,鐵、泥質(zhì)膠結(jié),中密～密狀,層厚1.3～5.0m,均厚3.3m。

粘土層,暗灰色～灰黑色,可塑狀,層厚4.2～7.9m,均厚6.1m。

細(xì)中砂層,灰白色,以中砂為主,分選性較差,中密狀,層頂埋深37.0～40.6m,鉆探未揭穿。

2.3 注漿加固的提出

在該住宅樓主體結(jié)構(gòu)基本完成時(shí),被發(fā)現(xiàn)沉降過大,經(jīng)過論證分析,確認(rèn)建筑物的結(jié)構(gòu)是安全的,主要是因?yàn)檐浫跸屡P層的壓縮造成的。

住宅樓樁基采用了384根單樁,100根的施工樁長(zhǎng)30m,占施工總樁數(shù)的26%,該部分方樁樁端大部分落在⑤號(hào)粘土層內(nèi),只有小部分的樁端落在⑥號(hào)細(xì)中砂層或剛剛沉入該層底面；284根方樁由于沉樁阻力較大,樁尖深26.5～28.0m左右,樁端落在④號(hào)中粗砂層內(nèi),占總樁數(shù)的74%。樁端落在④號(hào)中粗砂層的預(yù)制樁,必然也受下臥軟土層的影響,而進(jìn)入下臥⑤號(hào)軟粘土層的樁,將直接受到下臥粘土層壓縮變形的控制。

經(jīng)過計(jì)算分析及評(píng)估,樁端阻力約占單樁承載力的40%以上,中粗砂層頂面以下的土層提供給預(yù)制樁的承載力占單樁承載力的56%以上。經(jīng)過綜合考慮,決定采用注漿法加固軟土下臥層。

3 注漿設(shè)計(jì)

注漿設(shè)計(jì)前在場(chǎng)外進(jìn)行了注漿試驗(yàn),以確定設(shè)計(jì)參數(shù)和檢驗(yàn)施工方法及設(shè)備。

3.1 注漿漿液選用

選用凈水泥漿,為保證地層的可灌性,同時(shí)灌足結(jié)石體有足夠的強(qiáng)度,本次注漿施工采用2～3個(gè)比級(jí)的水泥漿進(jìn)行注漿施工。

3.2 注漿孔位布置

注漿孔布置在各承臺(tái)的周邊,距承臺(tái)外邊沿0.2～0.3m,孔間距1.5m,在布孔時(shí)考慮地下管線的位置影響。

3.3 注漿加固段范圍的確定

按照“靜壓注漿加固第一砂層和下臥軟粘土層3.0m”的原則,考慮“止?jié){塞在粗砂層內(nèi)不能形成孔內(nèi)止?jié){”的施工要求,確定注漿段范圍為“中粗砂層頂面以上1.5m至下臥軟粘土層頂面以下3.0m”為注漿范圍。注漿孔平均孔深31.3m,單孔平均注漿段長(zhǎng)度7.8m。

3.4 注漿施工工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)

實(shí)行單孔多次灌漿。每個(gè)注漿孔灌漿次數(shù)為4～6次,每次灌漿時(shí)間不少于30分鐘,然后停止灌漿20～90分鐘,再進(jìn)行下一次灌漿。

控制注漿壓力。第一、第二次注漿,以滲透、擠密作用為主,控制孔內(nèi)注漿壓力小于0.2MPa；第三、第四次注漿以擠密、劈裂作用為主,控制孔內(nèi)注漿壓力為0.3～0.4MPa。沉降最大的區(qū)域,進(jìn)行先行施工。施工順序按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行,分為Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

3.5 注漿終止的標(biāo)準(zhǔn)

注漿次數(shù)已達(dá)到6次；孔內(nèi)壓力大于0.4MPa,且停止注漿后,孔內(nèi)壓力穩(wěn)定15分鐘后才開始下降；純注漿時(shí)間超過6小時(shí)后孔內(nèi)壓力仍不回升。

4 注漿施工

4.1 施工機(jī)械及設(shè)備

本工程選用鉆孔設(shè)備共15臺(tái),非高峰期間鉆機(jī)8臺(tái),1臺(tái)BW-150中低壓注漿泵,配套機(jī)具有攪拌機(jī)、注漿管、閥門和壓力表等。施工現(xiàn)場(chǎng)備用1臺(tái)注漿泵。

4.2 施工要點(diǎn)及技術(shù)措施

4.2.1 鉆孔施工要點(diǎn)及技術(shù)措施

鉆孔深度約32～36.0m,開孔直徑Φ130mm,終孔直徑Φ91mm,變徑深度在粘土層中以距第一砂層頂面1.5m左右為準(zhǔn)（孔深約21m）,孔深以穿過第一砂層進(jìn)入下臥第二粘土層3.0m為準(zhǔn)。清孔應(yīng)達(dá)到孔口返出泥漿比重小于1.30kg/l為止。

4.2.2 封孔施工要點(diǎn)及技術(shù)措施

止?jié){采用外徑Φ130,內(nèi)徑Φ49的橡膠止?jié){塞,高度5～8cm。止?jié){塞上部為注漿PVC管,下部為注漿花管。

PVC管周充填物的要求：Φ91孔段與PVC花管間的空隙,用鉆孔泥漿自然填充。止?jié){塞以上2.0m范圍,投置直徑1～3cm的粘土球或水泥球反壓止?jié){塞,待遇水膨脹后封閉止?jié){塞以上2.0m的管內(nèi)孔壁。

注漿封孔的要求：止?jié){塞安放以后,應(yīng)在安放PVC注漿管時(shí),同步放入6″軟橡膠水管,水管底口用皮筋綁扎在PVC塑料管上。

封孔的檢查,封孔結(jié)束后1～2小時(shí),向注漿管內(nèi)注入清水約100～150升洗孔,檢查鉆孔的封閉情況。封孔結(jié)束后8～10小時(shí),才能灌漿。

4.2.3 注漿施工要點(diǎn)及技術(shù)措施

（1）水泥漿的制作

每孔第一、第二次注漿采用粘度較小的稀水泥漿,漿液水灰比為（1.35～1.40）∶1,漿液比重1.38～1.40kg/l。第三、第四次注漿采用中等濃度的水泥漿,漿液水灰比（1.15～1.0）∶1,漿液比重1.45～1.50kg/l。若注入漿液量較大,經(jīng)過第三、第四次注漿后,孔內(nèi)壓力不上升,進(jìn)行第五、第六次注漿,漿液水灰比（0.8～1.0）∶1,漿液比重1.50～1.60kg/l。施工Ⅱ序孔時(shí),直接采用（1.15～1.0）∶1和（0.8～1.0）∶1兩個(gè)比級(jí)的水泥漿進(jìn)行注漿施工。

（2）水泥漿的灌注

每孔注漿前先用大泵量清水洗孔。第一、二兩桶水泥漿灌注時(shí),注漿流量38l/min；第三、四兩桶水泥漿灌注時(shí),注漿量32l/min；當(dāng)孔內(nèi)壓力大于0.3MPa時(shí),間隔45分鐘以后再次灌漿。每個(gè)注漿孔灌注前,當(dāng)班工長(zhǎng)必須查清該孔的封孔時(shí)間,封孔與灌注前的時(shí)間間隔不得少于8小時(shí)。

5 注漿加固處理情況及加固效果

5.1 注漿加固處理情況

注漿實(shí)際施工歷時(shí)一個(gè)月（不包括注漿試驗(yàn)階段）,完成注漿孔167個(gè),注入水泥562.15t,累計(jì)注入水泥漿764078.4升。

5.2 注漿加固效果

注漿加固的效果主要是通過沉降觀測(cè)并輔以觀察所取土樣中水泥漿的分布情況來進(jìn)行評(píng)價(jià)。注漿施工結(jié)束后,主樓區(qū)域沉降平均值第二個(gè)月為第一個(gè)月的46.6%（變化范圍29.9%～57.2%）,沉降遞減的趨勢(shì)明顯。

6 注漿施工應(yīng)注意的問題

6.1 建筑物監(jiān)測(cè)及信息化施工

應(yīng)做好注漿施工期間的建筑物監(jiān)測(cè)工作,特別是沉降的監(jiān)測(cè),合理布置沉降觀測(cè)點(diǎn),計(jì)算相鄰觀測(cè)點(diǎn)的沉降差,并檢查核實(shí)沉降差是否在規(guī)范充許的范圍內(nèi),如發(fā)現(xiàn)沉降差異?；虺^規(guī)范的要求,應(yīng)及時(shí)采取措施；對(duì)重要的或?qū)Τ两涤袊?yán)格限制的建筑,尚應(yīng)在加固后繼續(xù)進(jìn)行沉降觀測(cè),直至沉降穩(wěn)定為止,沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》（JGJ/T 8-2007）確定。另外在注漿施工期間還要每天進(jìn)行肉眼巡視檢查工作。用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)施工,同時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)。

6.2 注漿進(jìn)度控制

應(yīng)對(duì)注漿產(chǎn)生的附加應(yīng)力的消散時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,從而確定附加應(yīng)力的消散時(shí)間,應(yīng)在相鄰孔的附加應(yīng)力消散后才能進(jìn)行注漿,從而避免應(yīng)力疊加,因附加應(yīng)力過大建筑物產(chǎn)生過大抬升現(xiàn)象；不可因進(jìn)度要求的原因而突擊在建筑物的某個(gè)區(qū)域集中進(jìn)行注漿,必須要考慮技術(shù)上的因素和其不利的影響。

6.3 控制注漿范圍

通過技術(shù)分析的理論計(jì)算來確定理論注漿量,并應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn),為了控制注漿的影響范圍,可采取控制注漿液的流量流速、注漿壓力及注漿液的凝固時(shí)間等措施。不同土層,特別是滲透系數(shù)差別很大的土層同時(shí)進(jìn)行注漿,應(yīng)考慮注漿液影響范圍的差異性。

6.4 合理安排鉆孔和注漿的順序

時(shí)間上和空間上合理安排鉆孔和注漿的順序,避免互相影響；可采取分片施工的方法,減少這種互相影響；注漿過程中要對(duì)相鄰的待注漿孔進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)返水泥漿要及時(shí)進(jìn)行處理。

7 結(jié)語

應(yīng)用注漿法對(duì)既有建筑物地基的軟弱土層進(jìn)行加固是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作,要對(duì)注漿加固進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì),合理確定技術(shù)參數(shù),同時(shí)建筑物監(jiān)測(cè)和信息化施工對(duì)于注漿加固的成功和保證既有建筑物的安全是十分重要和必不可少的。

[1]JGJ 123-2000,既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[2]建筑施工手.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[3]JGJ/T 8-2007,中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

責(zé)任編輯：余詠梅

Grouting Technology Applied in Flaccid Substratum Reinforcement of Some High-Rise Buildings'Pile Foundation

This paper introduces grouting reinforcement mechanism and the technological proceedings.Also described in this paper are the features and difficulties,design parameters,key points of construction technology and the problems that should be paid attention to during the grouting reinforcement into the flaccid substratum of some existing high-rise buildings'Pile foundations,together with living project examples.

grouting reinforcement;existing high-rise buildings;flaccid substratum

TU473.1

A

1671-9107（2011）11-0011-03

10.3969 ／ j.issn.1671-9107.2011.11.011

2011-09-30

朱文匯（1970-）,男,中國(guó)建筑第二工程有限公司副總經(jīng)理,高級(jí)工程師,1993年畢業(yè)于清華大學(xué)水利水電工程建筑專業(yè),主要從事施工生產(chǎn)、質(zhì)量安全管理工作。