某礦工業(yè)車間糾偏及地基加固工程實(shí)例

趙 亮

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

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某礦工業(yè)車間糾偏及地基加固工程實(shí)例

趙 亮

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

通過(guò)觀測(cè)某建筑物沉降變形情況，分析了其不均勻沉降的原因，采用旋噴樁托換、小直徑樹根樁圍箍加固，并結(jié)合豎向鉆孔排擠土迫降糾偏的方式，綜合加固和糾偏已發(fā)生不均勻沉降的建筑物，取得了較為理想的施工效果和經(jīng)濟(jì)效益。

地基土，沉降變形，旋噴樁，圍箍理論

1 工程概況

某大型國(guó)有煤礦動(dòng)篩車間建成于2013年7月，建筑物結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，南北方向長(zhǎng)44 m，東西方向?qū)?6 m，基礎(chǔ)形式為混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度為現(xiàn)地面下3.20 m，基底下鋪設(shè)3.0 m灰土墊層。該建筑物建成使用3年后于2015年9月發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生不均勻沉降，南北兩側(cè)墻體開裂，裂縫呈倒“八”字裂縫，加固前期車間西南、西北兩處的沉降速率介于0.8 mm/d～1.7 mm/d，建筑物整體向西南側(cè)傾斜。通過(guò)補(bǔ)充勘察結(jié)果表明，車間西側(cè)地基性狀較原始狀態(tài)發(fā)生較大變化，地基土含水量明顯增高。工程要求在車間不停工停產(chǎn)的條件下，盡快控制沉降速率，同時(shí)對(duì)建筑進(jìn)行加固糾偏。

2 沉降變形觀測(cè)

根據(jù)建筑物沉降變形特征，我們建立了沉降觀測(cè)系統(tǒng)，在車間南北墻上建立了11個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(如圖1所示)，觀測(cè)從2015年9月下旬開始，此時(shí)不均勻變形已經(jīng)發(fā)展到較嚴(yán)重的程度(如表1所示)。

表1 加固前建筑物沉降情況表

觀測(cè)點(diǎn)沿動(dòng)篩車間南北兩側(cè)東西向呈“一”字布置，各沉降點(diǎn)南、北墻兩兩對(duì)應(yīng)，從數(shù)據(jù)分析得出變形特征為：

1)沉降最嚴(yán)重的地方為建筑物的西側(cè)L10/L11號(hào)點(diǎn)，且西北角沉降量最大，沉降速率較大。而建筑物東段沉降較小，甚至最東端北側(cè)抬升，南側(cè)下降。

2)整體建筑向西南方向傾斜。各兩兩對(duì)應(yīng)點(diǎn)沉降差較大，沉降速率大小不同，故產(chǎn)生了不均勻變形情況。

3 不均勻沉降原因分析

在建立沉降觀測(cè)的同時(shí)，我們對(duì)建筑進(jìn)行了補(bǔ)充勘察，結(jié)合補(bǔ)充勘察資料及沉降變形監(jiān)測(cè)資料綜合分析得出建筑物不均勻沉降的主要原因有以下幾點(diǎn)。

3.1 地基土含水量變化的影響

土層的物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見表2。

表2 土層的物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪了解，動(dòng)篩車間在生產(chǎn)期間用水量大，由于水的使用和排放管理不到位，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間大量工業(yè)廢水或自來(lái)水無(wú)序排放，任其在廠房外漫流，動(dòng)篩車間外地面長(zhǎng)期積水；另一方面由于整個(gè)場(chǎng)地地面沒有硬化，沒有合理的防排水設(shè)施，雨季來(lái)臨時(shí)，大量雨水也會(huì)積聚、下滲，特別是該地段原為沖溝溝心部位，屬于自然匯水和排水的渠道，現(xiàn)在動(dòng)篩車間基礎(chǔ)及地基處理阻礙了原有的排水渠道，造成排水不暢，一部分積聚，導(dǎo)致積水現(xiàn)象。這些積水，一部分蒸發(fā)，大部分下滲，而黃土的滲透試驗(yàn)表明，天然狀態(tài)下的土樣，黃土垂直滲透系數(shù)是水平滲透系數(shù)的20倍～50倍，這也為水的下滲提供了優(yōu)先條件。在補(bǔ)充勘察中，發(fā)現(xiàn)地表下2.0 m處，填土非常濕，呈飽和狀態(tài)，局部鉆孔在5.5 m深處灰土墊層底的黃土狀粉土含水量均比以前提高約50%。

地基土增濕，引起土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致地基土強(qiáng)度下降，根據(jù)已有試驗(yàn)資料表明，黃土地區(qū)的黃土狀粉土含水量增加，黃土在無(wú)側(cè)限條件下抗壓強(qiáng)度值會(huì)降低70%左右。而地基土在附加荷載作用下，產(chǎn)生豎向壓縮變形的同時(shí)還伴隨有一定的側(cè)向擠出變形，增大了建筑物的沉降變形及傾斜變形。

3.2 地基土的不均勻性影響

從本次補(bǔ)充勘察的地質(zhì)剖面圖上可以看出，在動(dòng)篩車間南北向上，②-1層土厚薄不同，南側(cè)為沖溝溝心，該層土沉積較厚，北側(cè)靠近山麓斜坡，沉積較薄。該層土在南北向上構(gòu)成的坡度為13%～21%，構(gòu)成不均勻地基。根據(jù)墊層底該層土厚薄情況的不同，剩余濕陷量分別為0 mm～216 mm，在地基土增濕的情況下，產(chǎn)生的濕陷變形量也不同，西北段濕陷土層厚，剩余濕陷量較大，故產(chǎn)生的沉降變形量較大；東南段濕陷土層較薄，產(chǎn)生的沉降變形也較小，這也是造成地基不均勻變形的主要內(nèi)因之一。

4 治理方案設(shè)計(jì)

基于不均勻沉降原因分析，地基加固需從提高地基土抗剪強(qiáng)度、增強(qiáng)地基土壓縮模量、控制建筑物不均勻沉降這幾方面考慮。

1)對(duì)沉降大的基礎(chǔ)采用小型樁進(jìn)行基礎(chǔ)托換，以達(dá)到快速控制較大沉降的目的。同時(shí)在基礎(chǔ)周邊采用小直徑的剛性樁進(jìn)行圍箍，增強(qiáng)地基周邊土體的側(cè)限能力，減小地基土的側(cè)向擠出變形而引起的沉降。

2)在沉降較小甚至有輕微反翹抬升的地段采用豎向鉆孔排擠土的方式迫降糾偏[1]，建筑物目前整體剛度良好，未發(fā)現(xiàn)有梁、柱、基礎(chǔ)板的開裂斷筋現(xiàn)象，對(duì)采用排土糾偏是十分有利的。豎向鉆孔排擠土?xí)箓?cè)傾一側(cè)的地基土中應(yīng)力得到緩減，并會(huì)產(chǎn)生一定的卸載回彈，有利于基底壓力的均化，穩(wěn)定地基。豎向鉆孔使基礎(chǔ)邊緣高應(yīng)力區(qū)受力面積消弱，并形成一定的臨空面，孔間土的應(yīng)力增加，引起一定范圍內(nèi)的地基土產(chǎn)生側(cè)移擠出，同時(shí)造成基底中部豎向應(yīng)力短暫提高，地基土豎向應(yīng)力沿水平方向由基底中部向邊緣梯度增加，逐步擠出使之達(dá)到暫時(shí)平衡。繼而掏土失衡、擠土平衡，往復(fù)循環(huán)直至扶正。

3)對(duì)建筑周邊室外場(chǎng)地地面進(jìn)行防水硬化，完善場(chǎng)區(qū)排水系統(tǒng)，保證排水系統(tǒng)的暢通，杜絕因人為的生產(chǎn)生活用水亂排放引起的地基土增濕情況。

5 設(shè)計(jì)施工

5.1 旋噴樁設(shè)計(jì)

在建筑物的西北側(cè)和東北側(cè)沉降較大的地段首先采用旋噴樁托換止沉。旋噴樁可在基礎(chǔ)下施工并形成有效樁體，可有效提高基礎(chǔ)下局部地基的承載力，相對(duì)快速減小建筑物的沉降及沉降速率。旋噴樁緊貼基礎(chǔ)四周設(shè)置，樁徑600 mm，樁間距1.25 m～2.3 m，樁長(zhǎng)17.0 m，共布置88根，自基礎(chǔ)底面開始成樁。

施工要點(diǎn)：1)鉆孔的傾斜度不得大于1.5%，插管和噴射過(guò)程中，注意防止噴嘴堵塞。2)采用單管旋噴工藝，壓力不小于20 MPa，水泥漿液水灰質(zhì)量比控制在1.0，每延米水泥用量300 kg。3)旋噴的旋轉(zhuǎn)速度20 r/min,提升速度為10 cm/min～20 cm/min。

5.2 樹根樁設(shè)計(jì)

樹根樁采用圍箍理論，限制地基土的側(cè)向變形，樁身混凝土采用靜漿裹石混凝土工法制成，強(qiáng)度不低于C20，碎石粒徑5 mm～10 mm，孔內(nèi)埋設(shè)2φ25鋼筋，1根φ25中空注漿鋼管，采用P.O42.5水泥，水泥漿液水灰質(zhì)量比為0.6～0.65。

施工要點(diǎn)：1)樁平面位置偏差不得超過(guò)20 mm，垂直度偏差不大于1%。2)樹根樁成孔應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行泥漿護(hù)壁、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的施工工藝。3)成孔后及時(shí)下鋼筋，注漿管一并插入孔底以上20 cm。4)向孔內(nèi)投入碎石，投入量不小于成孔體積的90%，投完碎石后通過(guò)注漿管沖水清洗，至孔中泛清水為止。5)起始注漿壓力不小于0.80 MPa，漿液出管后，一般控制壓力為0.1 MPa～0.3 MPa。6)注漿時(shí)應(yīng)間隔兩孔、大間距施工，防止冒漿、竄孔。

5.3 施工順序

施工時(shí)應(yīng)遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)信息法”施工原則，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的沉降速率及沉降量，控制施工速度及施工順序；并及時(shí)調(diào)

整變更原設(shè)計(jì)，做到控制施工期最小附加變形的條件下，使建筑物沉降趨于收斂并穩(wěn)定(建筑物沉降穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)為0.04 mm/d)。

第一序次：首先施工建筑物西南側(cè)的旋噴樁，施工時(shí)應(yīng)大間距跳打，以沉降速率控制施工速度，同時(shí)施工西北側(cè)的部分樹根樁，施工的樁位現(xiàn)場(chǎng)確定。這部分樹根樁施工成孔后不填料及注漿，作為應(yīng)力解除孔對(duì)建筑物進(jìn)行適量糾偏。

第二序次：在建筑物西南側(cè)沉降趨于穩(wěn)定后進(jìn)行，主要施工西南側(cè)的樹根樁及北側(cè)的旋噴樁。

第三序次：施工剩余的北側(cè)樹根樁及東側(cè)樹根樁。

6 加固效果分析

1)從圖2曲線走勢(shì)上看，該61 d變形呈三個(gè)階段，第一階段直線緩慢發(fā)展階段，該階段為施工前；第二階段直線急劇發(fā)展階段，該階段為施工加固期，由于施工引起的附加沉降較大，故變形較為劇烈；第三階段變形緩慢且收斂階段，該時(shí)期地基加固已起到了一定的作用，限制了變形的發(fā)展。

2)沉降最嚴(yán)重的地方為建筑物的西段，且西南角沉降量最大，沉降速率較大，而建筑物東段沉降較小。

3)整體建筑向西南方向傾斜，各兩兩對(duì)應(yīng)點(diǎn)沉降差較大，沉降速率大小不同，故產(chǎn)生了不均勻變形情況。

4)從沉降速率來(lái)看，總體沉降已趨于收斂，趨勢(shì)較好。

7 結(jié)語(yǔ)

1)采用旋噴樁加固沉降較大的黃土地基可快速達(dá)到止沉的效果，但旋噴過(guò)程中對(duì)土顆粒的擾動(dòng)較大，附加沉降大，不宜控制。2)采用掏土迫降和小樁圍箍對(duì)建筑物糾偏和提高地基土強(qiáng)度有較為顯著的工程效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3)地基加固和建筑糾偏過(guò)程中，未影響車間的正常生產(chǎn)活動(dòng)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)同類的工程起到了分析借鑒的重要意義。

[1] 陳友明，王步云，趙秀芹.太原建材學(xué)校住宅樓糾偏及地基加固巖土工程實(shí)錄[A].第五屆全國(guó)巖土工程實(shí)錄交流會(huì)巖土工程實(shí)錄集[C].北京：兵器工業(yè)出版社，2000：543-549.

[2] 溫曉貴，魏 綱.某軟土地基上傾斜建筑物的糾傾與加固實(shí)例[J].土木工程學(xué)報(bào)，2004，37(8)：61-65.

[3] 吳為民.建筑物糾傾與加固工程實(shí)踐[J].施工技術(shù)，2002,31(10)：27-28.

The rectifying and foundation reinforcement engineering instance of a mine industrial workshop

Zhao Liang

(Coal Industry Taiyuan Design and Research Institute, Taiyuan 030001, China)

Through the observation on the subsidence deformation situation of a certain building, this paper analyzed the reasons of uneven settlement, using the jet grouting pile underpinning, small diameter root pile enclose hoop reinforcement, and combining with the vertical drilling exclude dirt landing rectification method, comprehensive reinforcement and rectification occurred uneven settlement building, gained ideal construction effect and economic benefit.

foundation soil, settlement deformation, jet grouting pile, enclose hoop theory

1009-6825(2016)12-0077-02

2016-02-18

趙 亮(1986- )，男，助理工程師

TU472

A