双液高压注浆技术在基础加固中的应用

徐燕飞,陶国栋,王宏宇

(1.湖南科技大学, 湖南湘潭市 411201;2.湖南恒盾岩土工程注浆科技有限公司,湖南长沙 410004)

双液高压注浆技术在基础加固中的应用

徐燕飞1,陶国栋2,王宏宇1

(1.湖南科技大学, 湖南湘潭市 411201;2.湖南恒盾岩土工程注浆科技有限公司,湖南长沙 410004)

简述双液高压注浆加固地基的机理,结合湖南省广播技术大楼基础加固工程,阐述了运用该技术的工艺流程和技术要领。采用双液高压注浆技术成功地完成了湖南省广播技术大楼基础加固工程,说明该技术运用于地基加固中是可靠的、有效的。该技术具有凝结速度快、结石强度高、凝固时间可调的特点,可广泛推广到大裂隙、溶洞等漏失地段堵漏,破碎、松散地带的加固、封闭和堵水,地下水漏失通道封堵等工程中,对堵水、加固、封闭工程有一定的借鉴作用。

水泥、水玻璃浆液;注浆技术;基础加固;帷幕止水;承台加固

1 双液高压注浆加固基础机理

“双液”即水泥、水玻璃混合浆液,属于水泥注浆材料的一种,具有价格低廉、无毒、凝结速度快、结石强度高、凝结时间可调等特点。水泥与水玻璃浆液混合后会发生剧烈的化学反应:水泥中的硅酸二钙发生水解和水化反应,生成氢氧化钙,氢氧化钙与水玻璃发生反应,生成细分散状的凝胶体—水化硅酸钙,凝固后形成强度较高、水稳定性较好的水泥结石体。混合浆液在高压的作用下注入岩土体中,主要发挥着两方面的作用,一方面,浆液通过渗透作用填充岩土体中的空隙和裂隙,排挤出孔隙和裂隙中的水和气体,使浆液充填裂隙和孔隙;另一方面,浆液通过劈裂作用克服岩土体抗拉强度和初始应力,引起岩土体结构的破坏和扰动,使其沿最大主应力方向劈裂,并使原有的裂隙和孔隙胀开,为浆液在岩土体中进一步扩散提供新的通道;同时高压浆液对周围岩体也起着填充和挤密的效应。当“双液”对周围岩土体产生渗透、劈裂、填充和挤密这四方面的补强加固作用时,浆液会包裹岩土体团,填充岩土体间的孔隙和裂隙,从而将基础充填、挤密、胶结,使基础固化,消除其湿陷性,从而达到防渗堵漏和加固基础的效果[1～4]。

该技术应用于楼房基础加固中,对基础扰动小、土体固结均衡、固化强度高、固结时间短;房内钻孔时对房屋的影响小,作业时住户不需搬家;且可采用YT-1型钻机,室内钻孔不受层高限制。

2 工程概况

2.1 工程简介

湖南省广播技术大楼位于长沙市开福区马栏山,大楼高 7层,地下室为 2层,用地面积 7225 m2。其原始地貌为浏阳河冲积阶地后缘,经填土整平,场地平坦。随着大楼旁边的建筑施工,该办公楼梁和墙体出现裂缝,基础发生较大沉降。因现需对大楼进行增层改造,考虑到原有基础承载力不够,需对其地基进行加固处理。

大楼产生不均匀沉降的主要原因为:

(1)大楼附近,人工挖孔桩基础施工中,人工低位降水引起地下水变化,从而导致地基土承载能力下降,产生不均匀沉降;

(2)作为建筑物基础持力层的人工填土层,其成分和强度不均匀,且尚未完成自重固结,引发不均匀沉降问题。

2.2 工程地质水文概况

场地地层主要由第四系素填土、淤泥质土、冲积粉质粘土、砾砂及中粗砂,残积粉质粘土和白垩系砾岩组成,各层岩土特征见表1。场地地下水主要为赋存于第四系冲积卵石层中的孔隙潜水,水量丰沛,且略具承压性质,水位较稳定;上覆人工填土层中亦存在少量上层滞水,主要接受大气降雨及生产、生活废水的补给,受季节及气候变化影响较大。

据勘察,场地内未见影响场地稳定的不良地质现象,场区地震基本烈度为Ⅵ度,各地层参数见表2。

表1 地层岩性特征

表2 地层岩性特征

3 施工、工艺流程[5～7]

施工流程包括:场地底板止水、承台基础加固、筏板基础加固、地下室底板防渗注浆。首先在地基外围进行注浆止水,使整个场地形成封闭的止水帷幕,隔绝与外界的水力联系;再对承台四周进行加固处理;然后对筏板基础进行满堂注浆;最后对地下室底板裂缝进行防渗注浆。为了防止注浆上浮,造成应力集中,施工时力求均衡打孔、均衡注浆,在场地四角处和中间各安放一套打孔、注浆设备,同时钻孔、注浆;施工时采用皮尺放线定孔,油漆标记;用钻机进行钻孔;下注浆管,连接好管路,用双液注浆泵进行注浆,先采用高压水冲洗注浆管至畅通后,再进入注浆作业,施工设备见表3。

表3 施工设备

3.1 场地帷幕止水

场地帷幕止水时,在场地四周布置 2排注浆孔,外侧一排与地面成 75°,孔径Φ60 mm,孔深 14 m,深入粉质粘土 1.0 m,F轴以上孔距 2 m,F轴以下孔距 4 m;内侧一排布设垂直注浆孔,孔径Φ60 mm,孔深 8 m,穿透粉细砂层,达到粉质粘土层顶板处,F轴以上孔距 2 m,F轴以下孔距 4 m,倾斜孔和垂直孔排距 1 m,注浆孔施工布置如图1所示。

图1 注浆孔施工布置

3.2 承台、筏板加固

对承台进行加固时,在距承台 0.5 m处打设注浆孔,F轴以上承台四周打设 4个注浆孔,F轴以下承台打设 2个,孔径Φ60 mm,孔深 14 m。承台注浆孔布置见图2。

图2 承台注浆孔布置

场地筏板基础采用满堂注浆加固,注浆孔采用3.0 m×3.0 m三花眼布置方式,孔深 14 m,孔径Φ60 mm,注浆孔穿过粉质粘土层 1.0 m。见注浆孔施工布置图1。

3.3 地下室底板防渗注浆

地下室裂缝贯通地下室底板基础,引起积水下渗,对场地基础进行整体注浆加固之后,为了确保对底板裂缝的封闭,对地下室底板及墙体裂缝进行防渗及补强注浆。沿裂缝两边,交错布置Φ20 mm的钻孔,间隔 1 m,采用低压注入浆液,裂缝口处嵌入U形槽钢,水泥充实,之上铺设玻璃纤维布,最后浇筑 100 mm的混凝土,如图3所示。

图3 底板防渗注浆

3.4 技术参数

(1)浆液参数。注浆时,应根据设计要求采用全孔一次性自下而上上行式孔内注浆。当发生冒浆、漏浆时应采用嵌缝、表面封堵、间歇注浆等措施进行处理;发生串浆时,若串浆孔具备注浆条件,应一泵一孔同时进行注浆。注浆过程应是连续进行,因事故中断,应冲洗钻孔后方可注浆;当无法冲洗或冲洗无效时,则应先进行扫孔,再恢复注浆,注入量较中断前下降较大,并在短时间内停止吸浆时,应采取补救措施。注浆作业时应严格按照设计浆液配比操作。

浆液配比和注浆参数见表4。

(2)钻孔参数。钻孔时,岩层中采用清水洗孔钻进,遇到易垮孔时,采用泥浆护壁钻进。在施工过程中,进行地质编录和简易水位测量,对钻孔漏水、掉钻及坍塌位置均作详细记录。钻孔技术参数和要求见表5。

表4 浆液配比和注浆参数

3.5 沉降观测[8,9]

在场地四周布置 4个沉降观测点,聘请专业队伍进行观测,专人、专仪器;施工期间每天一组数据。观测重点是场地不均匀沉降的问题,大楼的整体沉降要有 1个平衡,根据平衡来控制注浆。

表5 钻孔的技术参数和要求

4 结 语

本次注浆钻孔共施工 2107个,累计钻进 28688 m。其中深孔 1885个,浅孔 135个,倾斜钻孔 117个,对各项指标进行检测,检测结果为:通过浅层平板载荷试验来检测桩间地基承载力,达到设计承载力特征值 200 kPa;采用单桩复合地基静载荷试验检测单桩承载力,达到设计承载力特征值 410 kN;采用复合地基静载荷试验检测桩、土复合地基承载力,达到设计承载力特征值 350 kPa。

检测结果显示,各项指标都达到设计要求。采用双液高压注浆技术成功地完成了湖南省广播技术大楼基础加固工程,说明双液高压注浆技术运用于地基加固工程中是可靠的、有效的。因为“双液”注入地层中,能起到加固和堵漏的双重效果,又有凝结速度快、结石强度高、凝固时间可调的优点,可将该技术广泛推广到大裂隙或溶洞漏失地层堵漏,破碎、松散地带的加固、封闭和堵水,地下水漏失通道的封堵等工程中去,对堵水、加固、封闭工程有一定的借鉴作用。

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2011-05-02)

徐燕飞 (1987-),男,安徽亳州人,研究生,从事岩石破碎方面研究,Email:xuyanfei2304@163.com。