壓密注漿工藝在高填方區輕型工業建筑中應用

陳 斌

(福建省華廈能源設計研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著現代工業的發展，不同規模的工業園區在全國各地落地生根。為解決該類園區的用地問題，常見圍海造地或是削坡移山平整場地用于園區的建設，以致在園區場地表部常分布有大厚度的填土層。該類填土層強度底，變形大，均勻性差，若直接作為園區建筑物的天然地基，其強度和變形均難以滿足要求。另外，工業園區中的建筑往往以單層輕型鋼構廠房、車間為主，具建筑荷載小而占地面積大的特點，若采用樁基礎方案，基礎造價高，經濟合理性欠佳。

本文結合工程實例，分析探討了壓密注漿工藝在高填方區輕型工業建筑中的應用，并通過現場檢測、監測驗證了其可靠性。實踐表明，在高填方區的輕型工業建筑中采用壓密注漿地基處理方案，技術上可行，建筑基礎沉降量及不均勻沉降差均可控制在規范允許范圍內，且經濟合理，具有良好的經濟效益，從中得出的一些結論供相關基礎設計參考與借鑒。

1 工程實例

1.1 工程概況

該工程位于南平市某工業園區內，擬建1幢單層輕型鋼構車間，建筑高度8.60m，占地面積165m×66m，正常柱距6.00m～8.25m，單柱荷載201kN～523kN，位于B軸位置最大柱距16.50m，單柱荷載998kN～1061kN。

工程場地屬剝蝕殘山地貌，原為山坡地，因園區規劃需要，整個園區由山包削坡回填到溝谷地帶平整而成。該工程車間建設位置剛好位于溝谷高填方區域，分布有素填土層厚度達25m～31m。素填土層按建設期計算的回填時間約7年，呈松散狀態，稍濕～飽和，以溝谷兩側山坡開挖出來的坡殘積砂質黏性土回填為主，混含少量碎石，碎石粒徑一般為10cm～20cm，土層均勻性差。場地典型巖土層分布如圖1所示，各巖土層相關計算參數如表1所示。地下水位埋深約在室外地面設計標高下2m，地下水及地基土對建筑材料具微腐蝕性。

圖1 典型工程地質剖面圖

1.2 基礎選型

該工程車間為單層輕型鋼架結構，荷載小，大部分單柱荷載僅201kN～523kN，最大單柱荷載的B軸位置僅998kN～1061kN。擬建場地表部的素填土層①厚度達25m～31m，回填時間僅7年，呈松散狀態，強度低，且壓縮模量2.2MPa～4.5MPa，承載力特征值60kPa～90kPa，土層性質很不均勻，屬工程地質性能差的中～高壓縮性土，后期必將存在固結沉降及不均勻沉降等問題，不能直接作為擬建車間的天然地基。車間若采用樁基礎，以場地下部的風化巖層作為樁端持力層，頗有“殺雞用牛刀”之感，基礎造價高，經濟合理性差，而且表部填土層會對樁體產生負摩擦力，使單樁提供的有效承載力大打折扣。

綜合各類基礎方案的施工經驗、適用條件和基礎造價等因素，該工程選擇壓密注漿地基處理方案，對場地表部的素填土層①進行地基加固處理，調節填土層均勻性后作為車間的淺基礎持力層。

表1 巖土層設計參數

1.3 地基加固設計

場地表部的素填土層①的性質很不均勻，不同地段的承載力特征值及壓縮模量差異很大。因此，該工程地基加固設計的主要目的是補強地基薄弱環節，調節地基均勻性，減少基礎不均勻沉降，控制柱基沉降量以及相鄰柱基的沉降差。

地基基礎設計時，對注漿加固處理后的素填土層①綜合取承載力特征值80kPa、壓縮模量4.0MPa，依此進行車間基礎的布置與驗算。車間采用鋼筋混凝土獨立基礎，基礎埋深取1.50m。

根據地基變形初步計算，該工程地基最終變形沉降量80%以上基本位于基礎底面以下約5m的深度范圍內，5m深度之下的地基土層變形很小且承載力也能滿足要求，故該工程地基注漿加固深度確定為基底以下5m。同時，結合巖土層滲透性及有關要求，該工程注漿孔采用正方形布置，每注漿孔點間距取1.0m，每注漿孔點加固面積為1.0m2，最外側注漿孔位超出基礎底面邊緣0.5m。

另外，依據現場配比試驗及地區經驗，確定注漿材料配合比為水0.6∶水泥1.0∶粉煤灰0.8∶擴散劑0.05∶凝固劑0.002，注漿水泥摻量為80.0kg/m，注漿壓力按0.2MPa～0.5MPa控制，采用二次注漿施工。

地基加固及基礎布置如圖2～圖3所示。

圖2 基礎下壓密注漿孔布置示意圖

圖3 基礎平面布置圖

1.4 地基驗算

本文以柱下獨立基礎J-4為例，進行地基承載力、基礎變形等方面的驗算，J-4基礎的底面寬度b=4.40m(X方向)，長度l=4.60m(Y方向)。根據規范[1]，注漿加固處理后的地基土修正后的地基承載力特征值fa=97kPa。

1.4.1承載力驗算

由結構設計軟件計算，相應于作用的標準組合時，J-4基礎位置上部結構傳至基礎頂面的豎向力Fk=1061kN，基礎自重和基礎上的土重Gk=614.7kN，作用于基礎底面的力矩值Mkx=189.6kN·m，Mky=127.2kN·m。

(1)軸心荷載作用下

(2)偏心荷載作用下

(3)雙向偏心荷載作用下

按以上方法對其它各獨立基礎進行承載力驗算，均滿足規范[1]要求。驗算過程中，若局部承載力不能滿足要求，也可通過調整基底面積(尺寸)來調節基底壓力和抵抗矩，從而控制基底壓力值達到要求。

1.4.2基礎沉降變形驗算

表2 沉降量計算過程表

按以上方法計算其它各獨立基礎位置地基最終變形量S的范圍值為45.6mm～57.0mm，滿足單層排架結構柱基沉降量不大于120mm的要求。另外，車間柱距6.00m～16.50m，基礎沉降差57.0-45.6=11.4mm<0.002l=0.002×6000～0.002×16 500=12.0mm～33.0mm，相鄰柱基的沉降差也滿足要求。驗算過程中，若局部沉降不能滿足要求，也可通過調整基底面積(尺寸)來調節基底附加壓力，從而減少地基沉降變形量，最終達到控制沉降及不均勻沉降的目的。

2 現場檢測

2.1 重型圓錐動力觸探試驗

根據規范[2]，在地基注漿加固施工完成28d后，該工程采用重型圓錐動力觸探試驗方法進行加固地層的均勻性檢測，并進行注漿前后對比。

該工程檢驗點數量按不少于總注漿孔數3%控制，共隨機均勻抽選了108個注漿孔位測試點，同時在場地內注漿孔以外選取了54個未注漿的天然地基測試點，分別進行重型圓錐動力觸探試驗(簡稱“動探”)檢測，檢測深度范圍均為1.5m～6.5m，每貫入10cm計一次擊數。

注漿前后的土層動探試驗數據對比如表3所示。由表3可知，注漿后的動探擊數有一定程度增大，尤其最小擊數增大的幅度較大，且擊數的極差、變異系數縮小，說明地基土強度得到提高，薄弱地段得到補強，地基土均勻性得到較好改善。

表3 注漿前后的土層動探試驗對比表

2.2 淺層平板載荷試驗

在地基注漿加固施工完成28d后，采用淺層平板載荷試驗檢驗注漿加固處理后的地基承載力和變形參數。在現場內隨機均勻抽選了5處注漿加固后的地基進行淺層平板載荷試驗，方形承壓板面積1.0m2，按設計要求最大試驗荷載160kPa，p-s曲線均位于直線變形階段，試驗結果如表4所示。

表4 載荷試驗結果

由此可見，該工程壓密注漿加固后的地基土承載力特征值不小于80kPa，且根據變形模量與壓縮模量的關系[3]計算土的壓縮模量Es=4.7～6.2MPa>4.0MPa，滿足設計要求。

2.3 沉降觀測

該工程在車間角點及沿周邊每隔6m～12m，以及柱距大于 15m的內部柱上共設置46點沉降觀測點。根據施工期及竣工后不間斷的連續觀測，目前各觀測點的總沉降量范圍值38.6mm～49.8mm，與設計計算值基本吻合，各柱基沉降量及相鄰柱基的沉降差均滿足規范[1]要求，截止目前車間運行良好。

3 結論與建議

在高填方區，采用壓密注漿工藝對建筑場地表部的填土層進行地基加固處理，地基強度會得到提高，尤其地基薄弱地段得到補強，能在很大程度上改善地基均勻性，滿足建筑物對地基承載力和變形要求。

填土地基處理是一項技術性很強的工作，只有在精心設計、精心施工的條件下，才能獲得高質量的填土地基。大面積施工前，應在場地代表性區域進行相應的現場試驗或試驗性施工，檢驗設計參數和處理效果。施工時，必須進行施工全過程的施工質量監測和質量檢驗。注漿檢驗應在注漿結束28d后進行，沉降觀測應觀測到建筑物沉降穩定為止。

參考文獻

[1] GB 50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2] JGJ 79-2012 建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 陳希哲.土力學地基基礎[M].北京：清華大學出版社，1997.

[4] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.