塊石拋填地基灌漿加固效果評價

董 倩，況龍川，孔凡林

(1.重慶科技學院建筑工程學院，重慶401331;2.重慶市建筑科學研究院，重慶400020)

在新一輪發展規劃的推動下，基礎設施建設進入了高速發展階段。然而伴隨經濟發展及城市規模的急劇擴大，西南地區一些典型的山地城市可直接利用的天然地基日漸枯竭，為滿足工程建設的需要，越來越多的人工地基(塊石拋填土)被采用。拋填料主要成份為頁巖、粉砂巖等石料，石質堅硬，粒徑大小不等，有時還含有建筑垃圾、工業礦渣、廢料、粉煤灰等中的一種或幾種，堆積雜亂，層厚變化大，整個場地分選性差，顆粒大小懸殊，土石比例不穩定。

由于山地城市塊石拋填土地基情況比較復雜，所以塊石拋填場地地基處理與一般場地的處理相比有較大區別，而且范圍大，大部分為新的、厚度不等、不規范填筑、成分復雜，該類場地處理的難度大，國內外類似工程可以借鑒的經驗很少。處理的關鍵是采取適宜、經濟、可行的加固處理措施，控制沉降達到場地正常使用要求，并作好防排水系統，防止地表水大量下滲加大濕陷沉降，目前除強夯法外，對此經濟可行加固處理技術還較少，尤其是既有建筑物的地基加固［1]。

灌漿法由于加固效果顯著、施工設備簡單、施工迅速和工程造價低廉等優點在地基處理中得到廣泛應用［2]，但目前采用灌漿法加固山區塊石拋填地基的應用技術研究還不深入，其中塊石拋填地基灌漿加固技術指標和加固效果是目前科研和工程技術人員最為關注的問題。因此，開展山區塊石拋填地基灌漿加固效果評價研究工作，會對山地城市塊石拋填地基工程的設計和施工起指導作用。

1 地基機理分析及灌漿參數

塊石拋填地基土孔隙較大、滲透性較好，在灌漿壓力的作用下，一般只會發生滲透過程，其機理屬于滲透灌漿。滲透灌漿時漿液沿著土體孔隙均勻擴散，基本上不改變地層顆粒位置，類似水在其中滲透，因此，漿液在土層中的流變性不僅取決于漿液性質和流速，而且在很大程度上還取決于土層的結構、孔隙連通性、顆粒直徑等。根據達西定律。

式中 Vs—滲透速度;Kg—水在土中滲透系數。Jω—水力坡度。

推導出漿液的滲透公式

式中dP—灌漿壓力;h—灌漿壓差;dr—擴散半徑;Q—漿液流量;β—漿液粘度水粘度比;γg—漿液的容重;As—滲透面積;Kω—水在土中滲透系數。

當漿液作滲透擴散時，實際工程中根據灌漿方式不同，漿液擴散形狀主要有球面、柱面兩種形式。根據總灌漿量QT和液擴散范圍內的漿液體積V相等的關系可確定球面和柱面滲透擴散半徑R和灌漿時間T的相互關系。

式中ns—土體孔隙比;r0—灌漿孔半徑。

已知灌漿壓差h和灌漿時間T確定擴散半徑R、已知擴散半徑R和灌漿壓差h計算出灌漿時間T。以及已知灌漿擴散半徑R和灌漿時間T計算灌漿壓差 h 等工程問題［3－5]。

2 加固效果評價方法探討

作為灌漿加固地基主要控制技術指標和選擇地基處理方案的重要依據，灌漿有效加固范圍是加固效果的主要評價指標，是灌漿設計與施工中最為關鍵的問題之一。實際上，大多數工程中，由于影響灌漿的因素較多，所以上述設計理論計算的擴散半徑與實際相差較大，特別是對于塊石拋填地基土，理論計算方法多是只能定性，難以定量，因此目前多采用試驗檢測方法來確定灌漿有效加固范圍［6－8]。

由于灌漿固結體在地層中直接形成，屬于隱蔽工程，灌漿質量主要檢測內容有［9－10]:固結體的整體性和均勻性;固結體的有效直徑;固結體的垂直度;固結體的強度特性;固結體的溶蝕和耐久性能等。

灌漿加固效果試驗檢測主要有荷載板、靜力觸探、標準貫入、動力觸探等試驗方法。在實際工程中，山區塊石拋填地基具有基底起伏變化較大、回填物質復雜、塊石較多等特點，使得回填區在水平方向及垂直方向存在極大的不均勻性，而且往往面積較大。因此，采用載荷板試驗雖然可靠性高，但時間長、檢測工程量大、成本高。動力觸探試驗測試點間距過大時，容易漏測地基較薄弱部位，且受填料和地基性能影響大，特別塊石拋填地基灌漿處理后表層致密，不容易進尺，深層遇到未擊碎的塊石時，也會遭遇進尺困難問題，只有采用重型或超重型動力觸探才具有可行性。可見由于施工工藝參數、土質條件等很多因素都會影響地基加固效果，若單獨采用一種檢測方法，很難經濟、準確地評價，特別是地基處理面積和厚度較大時。目前，瑞利波法作為快速無損檢測，具有成本低、效率高、檢測點可根據需要隨意調節，檢測結果直觀易懂和可獲取總貌等優點，宜作為大面積廣泛檢測的手段。因此，綜合以上三種方法檢測評價山區塊石拋填地基灌漿加固效果可易獲得滿意結果。

通過上述灌漿質量5項主要檢測內容確定灌漿后一定范圍內對應的指標增量或承載力、變形等指標均達到設計值，表明該范圍以內的土體得到了有效加固。

鑒于山區塊石拋填地基土條件不確定因素多，工程實踐中可根據現場情況，先采用瑞雷波法初步掌握地基承載力分布情況、地基均勻性等基本信息，以確定測區內覆蓋層分層厚度及灌漿后的效果，為工程施工提供一定的物探依據，然后進行一定數量的荷載板和重型動力觸探試驗，探明該場地的工程地質特性，獲取相關物理力學指標，得到灌漿后地基真實而可靠的結果，進行定量分析，以驗證灌漿后是否滿足地基承載力設計要求。

3 工程實例

重慶某工程項目占地2.78×105m2，場地覆蓋土層厚度為0—43 m，為近2年的新近填土，填料主要由碎石土、素填土及少量生活垃圾組成，含有一定量的褐色粉質粘土和黃褐色沙土，塊石粒徑不均，回填不均。

在該場地地基處理范圍內有一條長約350 m的箱涵，涵洞留設檢查井和排氣井，由于土石方回填施工時未形成保護土拱，為保護箱涵、檢查井和排氣井不受破壞，對該部分范圍進行灌漿處理，鉆孔總進尺約為10 000 m，灌漿總進尺約為 5 200 m。

由于該場地全部都是拋填后形成的施工場地，場地內新填土內存在的大量空隙給施工中的灌漿控制帶來困難，特別是回填料中夾帶著大量的塊狀巖石，極有可能存在架空現象，容易造成鉆孔施工過程中垮孔，且在灌漿施工中容易跑漿，造成吃漿量過大，加上施工場地內部存在箱涵以及檢查井、排氣井，形成了大量的臨空面，若箱涵以及檢查井、排氣井的密封性能不好，容易形成跑漿通道，給定向定量的灌漿控制帶來很大困難，影響灌漿加固效果。

為確保灌漿加固效果，滿足設計文件對地基的技術要求，施工過程中對灌漿前灌漿后的地基土體物理力學參數進行測試分析，主要運用了瞬態瑞雷波探測、靜荷載和動力觸探試驗多種手段，評價灌漿地基加固的效果。圖1為荷載板試驗曲線，圖2為灌漿后瑞雷波深度速度曲線。試驗測試成果如下:

1)瑞雷波試驗:檢測結果表明地基處理后標高－3 m—－6 m地基承載力特征值≥200 kPa，變形模量≥15.0 MPa;標高－6 m—－9 m地基承載力特征值≥150 kPa，變形模量≥10.0 MPa。據場地設計要求給合規程，標高－3 m—－9 m地基承載力特征值及變形模量滿足設計要求。

2)荷載板試驗:該地塊的承載力特征值及變形模量滿足設計要求:即地基處理后標高－1 m—－3 m地基承載力特征值≥250 kPa，地基的變形模量≥20 MPa。

3)動力觸探試驗:灌漿后承載力平均值為318.0 kPa。比較試驗結果可以看出，動力觸探的試驗結果差異較大，且變化不大，其主要原因為試驗層位塊石較多，且個別粒徑偏大，回填不均所致。

4)試驗性灌漿效果檢驗:檢驗方法為在該試驗灌漿孔旁1.5 m處開挖探坑至8 m觀察，觀察結果表明:5 m處地基周圍空洞基本被水泥砂漿填充密實，未發現較大空洞。8 m處地基周圍填石空洞絕大部分被水泥砂漿填充密實，局部存在細小空洞，孔洞內留有水泥砂漿并將孔洞上下連為一體(見圖3)。

綜上所述，瑞雷波、靜荷載、動力觸探和試驗性灌漿效果檢驗得出的結論基本一致，而且工程完工后的長期變形觀測資料表明:建筑基礎的平均沉降量≤200 mm，筏板基礎的整體傾斜≤0.003，說明綜合采用瑞雷波、荷載板和重型動力觸探試驗獲得檢測結論正確。但值得注意的是雖然動力觸探試驗結果與靜荷載試驗結果基本相符，但由于重型觸探試驗成果依據規范確定的值偏大，因此需采用載荷試驗標定后來確定，準確度較差，建議承載力主要以荷載板試驗結果及瑞雷波波速推算值作為依據。

4 結語

地基灌漿加固效果的評價，采用單一試驗檢測評價方法可靠性低、成本高，只有采用綜合檢測評價法，對比分析和綜合互補，得到的評價結論才準確、可靠。對于山區塊石拋填地基，試驗檢測時，地基承載力及變形模量是綜合評價的判定指標，瑞雷波、荷載板和動力觸探綜合檢測是經濟、適用、有效的評價方法。

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