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        常見問題

        水泥注漿在濕陷性黃土地區的應用

        【摘要】結合中化近代環?;す緩S房地基注漿加固工程實例,論述了水泥注漿法對基礎進行加固施工技術原理及特點,采用該技術能夠有效提高地基承載力,防止二次遇水沉降等方面取得了良好的施工效果,從而確保有效、經濟、合理的防治地基濕陷性對建筑物的危害。

        【關鍵詞】濕陷性黃土,地基處理,承載力

        1 引言

        黃土在我國分布很廣,面積約63萬㎞2。其中濕陷性黃土約占3/4,遍及甘、陜、晉的大部分地區以及豫、寧、冀等部分地區。此外,新疆和魯、遼等地也有局部分布。

        濕陷性黃土是一種特殊性質的土,其土質較均勻、結構疏松、孔隙發育。在未受水浸濕時,一般強度較高,壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕,土的結構會迅速破壞,強度迅速降低,并產生較大下沉??梢哉f,遇水沉降是濕陷性黃土的主要特征之一。建設在濕陷性黃土場地上的建(構)筑物隨著排水系統的老化及近些年經常發生的連續降雨,濕陷性黃土地基遇水沉降導致上部結構開裂、位移等現象層出不窮,給人民的生命與財產安全造成嚴重威脅。因而在此類建(構)筑物地基發生沉降時,如何迅速有效的遏制地基下沉,最大程度的挽回損失,便成為當務之急。而水泥注漿在濕陷性黃土地區的既有建(構)筑物加固地基是否能夠有效提高地基承載力,在與之相關的國家規范中并未明確提出。

        2 工程概況

        中化近代環?;す纠鋬龅獨庹居芍袊A陸工程公司(原化工六院)2002至2003年設計完成,房屋長42米,寬12米,主體為鋼結構,鋼筋砼獨立柱基礎,基礎下持力層為素填土與高濕陷性黃土。地基處理設計:基礎底面下為2m厚整片灰土墊層,沿外緣外放2.0m。

        該建筑建成使用多年來一直正常,但在2014年三月初即發現地面及外墻出現裂縫,表明地基不穩定,從而導致一層結構墻體普遍出現裂縫,最嚴重處C/3~4軸裂縫,3月4日開裂寬度17.46mm,3月9日為29.22mm,3月10日即發展為33.35mm,內外通透,室內混凝土地面及散水開裂,綜上所述,已構成危房,威脅結構安全。為保證建筑物后續使用安全,我公司于二零一四年三月十二日,向中化近代環?;す咎峤粡S房地基注漿加固工程設計與施工組織方案,經業主同意使用水泥注漿法對基礎進行加固。

        3 注漿加固的原理

        3.1 基本原理

        壓力注漿的理論和實踐是在土力學、巖石力學、工程地質流體力學和材料科學的基礎上建立和發展起來的。在新建道路路基及既有建(構)筑物地基加固中,多有應用。國家相關規范也對壓力注漿加固地基從設計到施工有明確的規定。壓力注漿法是將一定的化學材料(無機或有機材料)配制成真溶液,利用氣壓、液壓或化學原理把能凝固的漿液均勻地注入地層或縫隙中,使其滲透,擴散、膠凝或固化,驅走裂縫、孔隙中的水分和氣體,并填充其位置,硬化后將巖土膠結成一個整體,以增加地層強度、降低地層滲透性、防止地層變形和進行混凝土建筑物裂縫修補的一項加固技術。即化學注漿是化學與工程相結合,應用化學科學、化學漿材工程技術進行基礎和混凝土缺陷處理(加固補強、防滲止水)以改善介質的物理力學性質,提高其強度和抗滲性能的一種巖土工程施工新技術,借以提高工程質量的一項技術。

        3.2 壓力注漿提高地基承載力原理

        壓力注漿是通過注漿泵將水泥及硅酸鈉、膨脹劑等混合漿用一定壓力(0.2~0.3MPa)注入地基中。在注漿點使土體壓密而形成漿泡。當漿泡的直徑較小時,注漿壓力基本上沿注漿孔的徑向即水平方向擴展。壓力注漿是用濃漿置換和壓密土的過程,漿液以填充和滲透等方式,排出顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣,并占據其位置。經一定時間后,漿液便凝固,把原來松散的土?;蛄芽p膠結為一整體,形成一種結構新的、強度大的、化學穩定性良好的“人造石”。

        3.3 主要添加劑原理

        硅酸鈉溶液進入土壤后,鈉離子與土中水溶性鹽類中的鈣離子(主要為硫酸鈣)產生離子交換的化學反應,在土粒間及其表面形成硅酸凝膠,可以使土體的無側限極限抗壓強度達到0.6~0.8兆帕。膨脹劑與水泥的水化反應生成硫鋁酸鈣能產生適度膨脹,抵償水泥漿的收縮。水泥水玻璃生成的陣棒狀晶體可以有效堵塞空隙,降低滲透系數,提高整個建筑物周邊地基承載力及穩定性,防止地表水滲透、減少基礎持力層的流失及壓縮,從而達到控制地基沉降。

        4 施工工藝流程

        4.1施工順序及注漿方案

        注漿孔布設→成孔→下注漿管→止漿塞→制漿→注漿 

        4.2注漿孔布設

        根據圖紙及現場實際情況,在距離①軸8.1m(西側區)處布設第一排注漿孔(最外側),敷設長度20.4m,距離a1.1m(南側區)布設第二排注漿孔(最外側),敷設長度24.7m,距離c6.7m(北側區)布設第三排注漿孔(最外側),敷設長度24.7m,③軸(東側區)布設第四排注漿孔(沿軸線)敷設長度20.4m,采用≧30mm鉆孔直至終孔。

        由外向內依次施工排設注漿孔,梅花狀排列布置,根據施工經驗鉆孔深度約3m,具體鉆孔深度根據現場實驗注漿深度為準,內側的一排注漿孔距離建筑物軸線1.5m,盡可能斜向基礎底面延伸,以達到最佳處理效果。注漿孔的施測,由現場技術員用鋼尺量距定點。

        4.3成孔

        采用鉆探成孔,開孔口徑≧Φ30mm,終孔口徑≧Φ30mm。施工順序先外排后內排,內排孔需向墻體方向傾斜100~120,其他孔應鉛直成孔。采用跳孔間隔施工。為保證孔壁的滲透性能,清水鉆進。如垮塌嚴重,需采用套管護壁跟管鉆進。應控制泥漿濃度、保證孔內干凈,方可下入注漿管進行注漿。施工要與有關部門銜接,將地埋管線具體位置標示出來,避免在施工中破壞已有設施。

        4.4下注漿管

        注漿篩管采用Φ25mm鍍鋅管(亦可采用PPR管作篩管),在篩管底部2m范圍內交錯鉆4mm小孔4排,底部密封。

        鉆探成孔后,即下入注漿篩管,且下至距孔底部0.2米左右,上部與套管緊密連接。即分別下入通氣管和長篩管各1根,通氣管長約2米,長篩管下至孔底。

        4.5止漿塞

        注漿管下至設計位置后,在孔口沿注漿管四周倒入配置好的水泥漿(摻適量水玻璃),以控制在地面以下1.5m左右,適當搗實。待其達到一定強度后開始注漿,確保在注漿時上部止漿塞有可靠的密封性。

        4.6制漿

        雙液的配置質量好壞直接影響注漿質量的效果,施工中應嚴格遵守相關操作規程。水玻璃及膨脹劑的摻量應通過試驗達到最佳效果。

        制漿配比:水泥∶水=1∶0.5,(內摻適量膨脹劑、水玻璃)。水灰比根據現場施工情況適時調整,漿液濃度從稀逐步至濃。

        配制過程:在攪漿桶內加入定量的水,開動攪漿機加入所需水泥及按設計用量的膨脹劑,攪拌1min后立即進行注漿,以免出現堵塞。

        4.7注漿

        采用單管注漿法,注漿順序先下后上。注漿前先用清水清洗鉆孔,然后用高壓膠管連接孔內長注漿篩管及注漿機(短注漿篩管暫時封堵),啟動注漿機,將攪制好的水泥漿注入漿孔內。隨著注漿機的水泥漿量增加,將孔內多余的積水由出氣管返出地表,待出氣管有少量的水泥漿液流出時,將出氣管封堵,此時整個孔內形成一個密室。水泥漿液在壓力作用下,通過篩眼噴出滲入土層中,隨著注入量的增加,注漿機上的壓力表隨之上升,注漿壓力控制按從小到大,水泥漿由稀至濃的原則,注漿壓力視實際情況而定,一般控制在0.2~0.4Mpa(壓力控制先小后大,終注壓力達到0.8~1MPa),如部分注漿孔存在上部回填土松散冒漿時,先暫停注漿1~2小時,待水泥漿初凝后,再進行二次壓漿。整個注漿工作完成、待水泥漿初凝后,及時拔出孔內套管和篩管以便循環使用。

        5 工程實際效果

        后期注漿效果檢測,工程28天后,我公司使用動力觸探儀,選擇5個位置進行實驗,檢測注漿處理后復合地基土層的膠結情況及地基承載力,均遠大于原結構地基承載力設計值。

        6 結語

        筆者所供職加固公司,從2013年以來,參考國家相關規范,在陜西西安及周邊地區進行了大膽嘗試,通過各類不同原因、不同程度的既有建(構)筑物地基沉降加固工程,對于水泥注漿在濕陷性黃土地區提高地基承載力,防止二次遇水沉降等方面是否有效等積累了大量經驗。

        參考文獻:

        [1]建筑工程水泥-水玻璃雙液漿技術規程》(JGJ/T 211-2010

        [2]《建筑地基處理技術規范》( JGJ 79-2012 

        [3]《濕陷性黃土地區建筑規范》(GB50025-2004

        [4] 既有建筑地基基礎加固技術規范(JGJ 123-2012

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