壓力注漿碎石土地基加固技術(shù)的應(yīng)用袖閥管

PAGEPagePAGE14ofNUMPAGES14壓力注漿碎石土地基加固技術(shù)的研究應(yīng)用立項(xiàng)背景現(xiàn)階段壓力注漿應(yīng)用到工程中的有：日本青函隧道施工過(guò)程中采用注漿的方法處理了突水、突泥等復(fù)雜地質(zhì)；大瑤山隧道F9斷層采用注漿措施加固軟弱圍巖是可行的；漢口老城區(qū)雜填土采用壓力注漿處理的效果也很明顯。當(dāng)擬建建筑物下的地基局部存在軟弱地基時(shí)，多采用局部換填或樁基礎(chǔ)的施工方法進(jìn)行地基加固。壓力注漿作為一種地基加固處理技術(shù)，已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是在特殊復(fù)雜地質(zhì)條件下成功運(yùn)用并達(dá)到相應(yīng)的建筑地基承載力仍面臨諸多困難。項(xiàng)目簡(jiǎn)介2.1工程簡(jiǎn)介xx博國(guó)際會(huì)議中心位于xx共和國(guó)首都xx博市東部海濱地塊sipopo地區(qū)，距malabo城區(qū)約20Km，總建筑面積27073㎡，地上5層，局部4層，建成后將承擔(dān)舉行各種會(huì)議的功能。辦公及附屬用房主體結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，大中型會(huì)議區(qū)主體采用鋼筋混凝土框架+剪力墻結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)形式?；A(chǔ)型式除中心圓形會(huì)議大廳部分采用筏板基礎(chǔ)外，其他為獨(dú)立柱基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，±0.00標(biāo)高為12.50m（當(dāng)?shù)豅UBA高程系統(tǒng)）。本工程基坑長(zhǎng)度為138m，寬為82m，建筑物的占地面積為當(dāng)?shù)刈畲蟆Ｓ捎赟IPOPO地區(qū)所在場(chǎng)地地貌屬火山噴發(fā)形成，是典型的火山島地形特征向大西洋海岸延伸形成緩坡。2.2工程地質(zhì)條件根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告顯示，本場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自上而下為：①第四系全新統(tǒng)耕土層：灰黑色，松散，稍濕。主要由火山渣、火山礫、火山灰及粘性土組成，植物根莖極發(fā)育，含許多腐爛的樹(shù)根及樹(shù)葉，具朽木臭味。厚度0.4～1.4m，全場(chǎng)地分布。②白堊系中等風(fēng)化玄武巖層：青灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣孔構(gòu)造。氣孔一般呈拉長(zhǎng)的橢圓形，孔徑一般1～2mm，最大達(dá)35mm。礦物成分為長(zhǎng)石、輝石等，偶見(jiàn)長(zhǎng)石斑晶及角閃石。中等風(fēng)化，部分礦物風(fēng)化變質(zhì)，局部豎向裂隙較發(fā)育。在鉆探揭露深度范圍內(nèi)呈多層分布，單層厚度0.4～12.0m，承載力特征值fak=1000KPa。③白堊系碎石土層（火山渣）：灰黑、灰紅、暗紅色等，松散。由火山渣組成。碎石成分為玄武巖，形狀呈不規(guī)則的棱角狀，粒徑一般25-60mm，大者達(dá)300mm以上，含量55～80%。充填物為火山礫及火山灰。局部呈架空狀，個(gè)別段弱膠結(jié)。在鉆探揭露深度范圍內(nèi)呈多層分布，單層厚度0.3～4.8m，承載力特征值fak=60KPa。上述碎石土層與玄武巖層呈互層狀分布，屬于復(fù)雜的地質(zhì)狀況。圖2：碎石土（火山渣）露頭近貌地基基礎(chǔ)方案選擇根據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告的分析結(jié)果：整個(gè)擬建場(chǎng)地內(nèi)的基巖埋藏較淺，其物理力學(xué)性質(zhì)較好，承載力較高，是天然的地基基礎(chǔ)持力層，可以作為建筑的基礎(chǔ)（獨(dú)立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)）持力層。但由于場(chǎng)地內(nèi)玄武巖下部分布的碎石土極松散，物理力學(xué)性質(zhì)很差，極易發(fā)生變形，同時(shí)場(chǎng)地內(nèi)上部玄武巖一般裂隙較發(fā)育，玄武巖被裂隙貫穿切割成大塊狀，應(yīng)對(duì)下臥層承載力和變形進(jìn)行驗(yàn)算，并應(yīng)對(duì)下臥的碎石土進(jìn)行地基處理，處理方案擬采用壓漿處理，以防止地基不均勻沉降的發(fā)生。整個(gè)基礎(chǔ)持力層為中等風(fēng)化玄武巖，基礎(chǔ)主要受力層范圍內(nèi)（基底下5.0m深度范圍內(nèi)）分布的碎石土(基底下第一下臥層)承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行壓力注漿加固處理，要求加固區(qū)獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)部分加固后承載力特征值達(dá)到350KPa，加固區(qū)筏板基礎(chǔ)部分加固后承載力特征值達(dá)到300KPa。加固區(qū)的范圍見(jiàn)附圖1。地基加固方案的選擇及設(shè)計(jì)4.1地基加固方案的選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析，本工程采用袖閥管滲入性壓力注漿碎石土層地基加固處理的方案。4.2壓力注漿參數(shù)的確定根據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告顯示，本工程碎石土的孔隙率n＝30％，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)漿液有效擴(kuò)散半徑R＝1.50m，處理地層平均厚度H＝2.03m。4.3壓漿孔位的設(shè)計(jì)孔距L=2Rcos30°=1.732×1.50＝2.60m。本工程筏板加固區(qū)加固點(diǎn)間距為2.60m×2.60m，呈正三角形布置；獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)加固區(qū)加固點(diǎn)間距為2.60m×2.60m，呈正方形布置。壓力注漿示意圖見(jiàn)附圖2。4.4注漿主要材料的選用根據(jù)本場(chǎng)地地質(zhì)條件，結(jié)合已有施工經(jīng)驗(yàn)，本工程選用水泥漿液為主要漿材，其終止注漿水灰比為0.5：1。水泥選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5R及以上的普通硅酸鹽水泥或復(fù)合硅酸鹽水泥。4.5注漿量計(jì)算注漿量計(jì)算公式為:單孔注漿量q＝AπR2Hnβ式中：A－漿液損耗系數(shù)(對(duì)巖石取1.2～1.5，對(duì)土體取1.15～1.30)，取A=1.30；R－漿液有效擴(kuò)散半徑，R＝1.50m；H－注漿段厚度，取H＝1.00m；n－孔隙率，取n=30%；β－漿液充填系數(shù)（對(duì)巖體取0.8～0.9,對(duì)土體取0.4～0.95），取β＝0.90；由式求得：q＝2.48m3。即本工程每延米注漿量為2.48m3，取2.5m3。本工程總的注漿點(diǎn)數(shù)為168個(gè)點(diǎn)，單點(diǎn)平均加固深度為2.03m，總的注漿量Q＝168×2.5×2.03＝852.6m3。4.6容許注漿壓力容許注漿壓力Ps計(jì)算公式為：Ps=C×（0.75T＋Kλh）式中：C－與灌漿期次有關(guān)的系數(shù)（第一期孔取1，第二期孔取1.25，第三期孔取0.50），本項(xiàng)目取C＝1；T－地基覆蓋層厚度，此處取T＝2.91m；K－與灌漿方式有關(guān)的系數(shù)（此處取自下而上灌漿），取K＝0.60；λ－與地層性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，可在0.5～1.5之間選擇（結(jié)構(gòu)松散、滲透性強(qiáng)的地層取低值；結(jié)構(gòu)緊密、滲透性弱的地層取高值），此處取λ＝0.5；h－地面至灌漿段的深度（m），此處取h＝3.91m；則：Ps＝3.36MPa。實(shí)際工作中取Ps=3MPa。壓力注漿施工流程5.1壓力注漿施工關(guān)鍵點(diǎn)袖閥管分A管（帶花眼）以及B管（不帶花眼）兩種，本工程=地基加固采用A管+B管的綜合技術(shù)，以此達(dá)到有針對(duì)性的對(duì)待加固段地層注漿的目的。注漿器具有上下各兩個(gè)橡皮栓塞，能把漿液限定在注漿區(qū)域的任一段范圍內(nèi)進(jìn)行注漿，達(dá)到分段注漿的目的。橡皮栓塞在內(nèi)壁光滑的袖閥管中可以自由移動(dòng)，可根據(jù)需要在注漿區(qū)域內(nèi)某一段反復(fù)注漿。注漿前，不必設(shè)置較厚的砼止?jié){巖墻（可以級(jí)配砂石結(jié)合水泥砂漿封孔固管止?jié){），采取較大的注漿壓力時(shí),發(fā)生冒漿和串漿的可能性小。能較好地控制注漿范圍和注漿壓力。圖3：袖閥管結(jié)構(gòu)及其注漿示意圖5.2壓力注漿工藝流程圖4：袖閥管注漿工藝流程圖施工過(guò)程介紹6.1測(cè)量放孔：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已有的控制點(diǎn)，采用萊卡TCR-805全站儀，由地基加固施工單位按注漿點(diǎn)平面布置圖測(cè)放注漿孔點(diǎn)位，點(diǎn)位平面誤差不超過(guò)5cm。圖5：測(cè)放壓漿點(diǎn)位6.2鉆探成孔：本工程采用XY-100型鉆機(jī)，直徑89mm的金剛石鉆頭回旋鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)深度，鉆孔時(shí)采用套管護(hù)壁清水鉆進(jìn)，全斷面取芯，并在成孔過(guò)程中準(zhǔn)確記錄了各注漿點(diǎn)玄武巖、碎石土的分布情況。圖6：壓漿點(diǎn)位成孔6.3埋設(shè)袖閥管：根據(jù)各壓漿點(diǎn)位的地層分布，在碎石土段設(shè)置A型袖閥管（花管），在玄武巖段設(shè)置B型袖閥管（實(shí)管）。圖7：埋設(shè)袖閥管6.4封孔固管止?jié){：埋設(shè)好袖閥管，并填礫石至持力層玄武巖底板標(biāo)高以上30cm時(shí)，采用水泥砂漿進(jìn)行封孔固管止?jié){，水泥砂漿配合比為水泥：砂：水=1：2：1。圖8：封孔固管止?jié){6.5漿液配置：漿液配置時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確，漿液攪拌穩(wěn)定時(shí)間不低于3分鐘。本工程實(shí)際所用水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥。圖9：配置水泥漿液6.6注漿：注漿施工過(guò)程中，詳細(xì)記錄了每個(gè)注漿點(diǎn)的地層分布情況、注漿壓力、注漿配方、注漿量等指標(biāo)；注漿的施工順序按照先外圍后中間的順序進(jìn)行，以確保注漿質(zhì)量并減少漿液漏失。圖10：現(xiàn)場(chǎng)壓力注漿實(shí)施效果通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)加固段進(jìn)行N63.5重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，動(dòng)探擊數(shù)很高，貫入難度極大。利用XY-100型鉆機(jī)對(duì)檢測(cè)孔全斷面取芯，可以看到碎石土已由加固前的松散狀態(tài)完全凝固成短柱狀或長(zhǎng)柱狀，對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)均對(duì)加固后的碎石土水泥膠結(jié)體現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證取樣，在國(guó)內(nèi)完成飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，本工程經(jīng)加固后的碎石土水泥膠結(jié)體飽和抗壓強(qiáng)度平均值為2.10MPa。根據(jù)試驗(yàn)成果計(jì)算經(jīng)加固后的碎石土段（碎石土水泥膠結(jié)體）地基承載力特征值。計(jì)算公式如下：fa=фr·frk(1)frk=ф·frm(2)ф(3)式中：fa——巖石地基承載力特征值（kPa）；frk——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；фr——折減系數(shù)。本處取0.2；frm——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值；ф——統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)；n——試樣個(gè)數(shù)；δ——變異系數(shù)。經(jīng)計(jì)算得到，加固后的碎石土段（碎石土水泥膠結(jié)體）承載力特征值為411.6KPa＞350KPa。由此可見(jiàn)：基礎(chǔ)主要受力層范圍內(nèi)（基底下5.0m深度范圍內(nèi)）分布的碎石土(基底下第一下臥層)加固后的承載力特征值均滿足設(shè)計(jì)要求。圖11：加固前碎石土呈松散狀態(tài)圖12：加固后碎石土膠結(jié)體呈長(zhǎng)柱狀或短柱狀課題研究成果及總結(jié)本科學(xué)技術(shù)成果為應(yīng)用推廣類型，本次課題研究的成果為：xx博會(huì)議中心地基處理，主要是針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)狀況中的碎石土層通過(guò)壓力注漿的方法，采用A種袖閥管和B種袖閥管相結(jié)合的施工方法，進(jìn)行地基加固，并在短期內(nèi)將碎石土層膠凝成一個(gè)整體，從而達(dá)到滿足建筑物所需地基承載力的要求。關(guān)鍵技術(shù)：通過(guò)成功運(yùn)用袖閥管壓力注漿處理碎石土的地基加固技術(shù)，使建筑軟弱地基在短期內(nèi)迅速達(dá)到相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度，并完全滿足建筑物地基承載力特征值。效益分析與同類施工技術(shù)對(duì)比如下：采用樁基礎(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：采用樁基礎(chǔ)時(shí)，中等風(fēng)化玄武巖可作為樁端持力層。樁身質(zhì)量容易得到保證，單樁承載力較高，樁底的清底和樁底持力層的驗(yàn)槽工作易于進(jìn)行。但本工程場(chǎng)地內(nèi)玄武巖與碎石土呈互層狀分布，玄武巖相對(duì)較堅(jiān)硬，不易挖掘成孔，而玄武巖下部分布的碎石土（火山渣層）很松散，極易發(fā)生變形。xx博國(guó)際會(huì)議中心工程下的原有天然地基中局部存在碎石土層，無(wú)法滿足擬建建筑的地基承載力特征值，現(xiàn)采用袖閥管壓力注漿的方法對(duì)該部分土層進(jìn)行加固處理，完全克服了樁基礎(chǔ)施工的缺點(diǎn)，并使軟弱地基在短期內(nèi)達(dá)到地基承載力特征值。本工程總的壓力注漿點(diǎn)數(shù)為168個(gè)點(diǎn)，單點(diǎn)平均加固深度為2.03m，總的注漿量為852.6m3。自2009年6月28日開(kāi)始施工至8月27日結(jié)束，圓滿完成了施工任務(wù)。并經(jīng)過(guò)對(duì)抽取試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和計(jì)算校核，軟弱下臥層（碎石土層）地基滿足承載力特征值的要求，使地基得到了有效的加固。該類施工方法對(duì)碎石土地基的加固，屬于首次被使用，工期短，加固效果良好。推廣應(yīng)用前景當(dāng)擬建建筑物下的地基局部存在軟弱地基時(shí)，多采用局部換填或樁基礎(chǔ)的施工方法進(jìn)行地基加固。xx博會(huì)議中心工程的地基加固處理，主要是針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)狀況中的碎石土層通過(guò)壓力注漿的方法