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地基灌浆饱和论

文章编辑:【河南彬豫强夯地基基础工程有限公司】发布日期:2018-09-10 14:53:05

    由于不良地基土中存在较多的空隙,在自重或建筑物荷载作用下容易压缩变形,产生不均匀沉降,通过地基灌浆对空隙的充填、挤压、固结等作用,提高地基土的密实度,地基灌浆处理的效果首先取决于对空隙的“灌饱”程度,灌浆后“饱和”的地基土不易出现沉降变形,“半饱”或“饿肚子”地基上多易出现沉降变形现象。笔者依据正反两方面工程实例,提出了地基灌浆“饱和论”观点。   
  一、概述
  灌浆的传统定义是:用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙或孔隙,以改善岩土的物理力学性质的工程措施。
  灌浆施工技术,最早是应用在修建闸和船坞工程中,即是在压力作用下,将粘土一类的浆液灌入到闸基或船坞边墙和地板的孔隙内。以后,在修建矿井、隧洞和大坝等工程中,逐渐加以使用。灌浆材料则由粘土发展到使用水泥,由于水泥的优点很多,故水泥灌浆的使用范围比较广泛[1]。
  根据技术文献记载,在二十世纪以来,由于筑坝工程的需要和发展,在大坝基础处理上才开始采用灌浆的方法。通过实践,证明效果良好。于是在建坝的过程中,使用灌浆技术愈来愈广,逐渐发展成为一种专门性的技术科学[1],运用于工程建设的许多领域,如地基灌浆处理、隧洞灌浆等。
  二、地基灌浆的基本概念、原理和方法
  依据灌浆的传统定义,本文对地基灌浆定义如下:利用灌浆泵或浆液自重,通过钻孔或其它方法把水泥或其它可固化材料制成的浆液压送到地基土中,使土硬化或改变其结构,起到改良土质、加固地基土的工程措施。
  地基灌浆是通过浆液的充填、压密和固结作用,使松散的土体变得密实,从而达到地基处理的目的,常见的有常规压力灌浆、高压旋喷注浆及混合灌浆法,本文仅讨论常规压力灌浆。
  常规压力地基灌浆:在实践中运用了科学的液压、气压和电化学原理,将水泥浆或其它材料制成的浆液,通过注浆管道注入地下,浆液通过充填、渗透等方式,逐渐占据地基土中的缝隙,从而将多余的空气排出,补足土质后填补空隙,浆液通过在地下的凝结把原有松散的岩土凝固挤压、充填在一起,稳定整个地质结构[2],从而达到地基处理的目的。其浆液的可控性差,不能形成特定的桩体,但由于其浆液在地基土中自由扩散,对松散地基土进行全面充填、加固,对填土引起的地面沉降、建筑物纠偏等有着良好的处理效果。
  三、地基灌浆“饱和”论
  由于不良地基土中存在较多的空隙,在自重或建筑物荷载作用下容易压缩变形,产生不均匀沉降,地基灌浆就是通过浆液对空隙的充填、挤压、固结等作用,提高地基土的密实度,笔者认为,地基处理的效果首先取决于对空隙的“灌饱”程度,灌浆后“饱和”的地基土不易出现沉降变形,“半饱”或“饿肚子”地基上多易出现沉降变形现象。有较多的工程实例充分证明了这一点,例如:云南某著名卷烟厂新建卷烟车间存在大面积回填土,厚达10-20m,在1994-1995年汇集近百台钻机对四个车间进行灌浆(采用粘土水泥浆,2×2m孔距,水灰比1:1-1:3),由于赶工期、抢进度,加之注浆量过大,材料消耗甚大,建设方提出按50kg/m要求进行定量灌浆,不再按注浆量、灌浆压力等作为结束标准,后来这些车间地面大多出现地面开裂、下沉现象,影响设备安全,对部份地段又进行了二次补灌。云南某钢铁厂位于山地中,填挖整平造成大面积填土,厚达3-20m,地基土灌后又沉,沉后又灌,同一地段重复灌浆达3-5次之多,究其原因,主要系未严格按灌浆结束标准操作,造成地基土“饥饿”,“未灌饱”实为主因。
  在实际灌浆工作中,如何作到“灌饱”呢?下面以工程实例阐述如下。
  四、工程实例
  (一)云南省江川县抚仙花园地基灌浆工程
  1.工程概况
  玉溪康泰地产抚仙花园工程位于云南省玉溪市江川县阳光海岸风景区西侧山坡上,拟建工程均为高2~4层别墅及宾馆,框架结构。场地原始地形北为缓坡,坡度5~10°,南部沟壑纵横,沟深7~15m,因推土整平时大型机械设备无法下到谷底进行碾压,故存在大面积松散填土,填土面积约7500m2,约占总用地面积的15~20%,填土厚度0~15m,雨水渗透后多出现大的地面沉降,部份地段一个雨季的最大沉降量可达1000mm,排水沟、砼路面多处裂缝,最长约10-15m,缝宽0.05~15.00mm,部份路基最大下沉约1.50m。严重影响路面、房屋、排水沟的安全。部份填土区建筑系采用人工挖孔桩,持力层为泥质板岩,故建筑物本身并不会下沉,但房下土体下沉厉害,灌浆前部份建筑物屋下土体下沉,出现0.50~0.80m高的空洞。土体下沉给工程建设带来严重危害,经常需要返修或重复建设,工程设计采用了地基灌浆方法进行治理。
  2.灌区岩土工程条件简介
  抚仙花园位于孤山风景区西岸坡地上,场地地层自上而下由素填土、坡残积粘性土、震旦系澄江组砂岩、泥质板岩组成。场地高出抚仙湖湖面20.00~50.00m,孔深20.00m范围内无地下水分布。
  3.灌浆施工工艺
  灌浆施工方法:该工程根据建设方提供的技术要求,结合地基注浆的经验,采用自上而下纯压式常规灌浆。
  灌浆孔布置:按建设方要求,道路上采用单排孔,孔距3.00m,面积较大地段采用3×3m孔距;
  段长划分:根据灌区地形情况,一般情况下自地表下2.00m起灌,第1段段长一般为5.00m,以下重复通孔全孔灌浆,每次通孔在前次孔深基础上加深0.50~1.00m。
  制浆:325#矿碴硅酸盐水泥、粘土、水,水灰比1:2。
  灌浆压力及灌浆结束标准:本工程大部份钻孔起始时采用井口注浆,浆液可自己流入钻孔,吃浆量大时在浆液中掺入细河砂灌注,以后压力逐渐升高。灌浆压力原则上按照“孔深每增加1.00m,井口压力增加0.13~0.15kg/cm2”的技术要求进行,但实际操作时,由于填土本身较松散,根本无法升到相应的压力,最后以地面冒浆为本段的结束条件之一。全孔钻至原生土层下1.00~2.00m,灌浆时满足下列条件之一者,即可结束灌浆:
  1.在设计压力下,当注入率<1L/min,继续灌注30min即可结束;
  2.地面冒浆,间歇灌浆2次以上。
  待凝:本工程各段灌浆结束后待凝时间均>12h。
  4.质量检查
  本工程灌浆工期较长,分段灌浆后即经过连续大雨的检验,未发现地面有开裂、下沉的现象,直观效果较好,现场认为灌浆工作已经达到充填、固结目的,故未布设检查孔对注浆加固效果进行检查,其它工程中可以根据实际情况采用压水、压浆方式进行检查。
  5.灌浆情况及直观效果
  该工程灌浆开始时,多出现“无压”及“自流”现象(指无需压力,浆液可自行流入孔口的现象――作者注,下同),灌浆开始1~3天后部份地段出现长数米,宽1~5cm的大裂缝数条,分析系灌浆后松散土体进一步吸水融解下沉所致,继续灌注几天后裂缝不再发展,用残浆将裂缝灌满,压力逐渐升起,结束时各孔表压力均达0.4~1.5kg/cm2,各孔均自地面上冒浆2~5次,浆液甚至从距离灌浆区平距约30米远的地方冒出,只能采用浓浆低压慢灌和间歇灌浆及重复通孔复灌的方法,部份钻孔复灌次数达10次之多。灌浆结束后经过几次连续大雨的检验,均未发现地面有开裂、下沉的现象,于今已过去六年,也未出现异常,而灌前每遇下雨,则会出现新裂缝,特别是大雨过后更是如此,证明灌浆工作已经达到充填、固结目的,效果非常明显。
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