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联合注浆法在建筑加固及纠偏工程中的应用

来源:中国建筑加固改造与病害处理网 浏览:1945次 发布日期: 2011-05-11 08:00

摘要:联合注浆法是一种将灌注浆法和高压旋喷注浆进行结合施工的注浆方法,两者之间工艺相近,工序相衔接,将极大提高纠偏加固效率;本文结合实例和工艺原理,对联合注浆法设计与施工的要点、难点进行了具体分析论述,对其纠偏和加固效果进行了科学评价。
关键词:联合注浆法;加固纠偏;切割;沉降

1工程概况

湖南某行政办公楼为框架结构,地上五层,楼高约20~21.5m,采用300mm沉管灌注桩基础。在框架完成后尚未砌筑墙体,基础即出现不均匀沉降,6个月内最大沉降量达到154mm,最小沉降为3mm,沉降速率一般为10~20mm/月,且短期内难以趋于稳定。
据初步沉降原因分析:场地土层地质性质较差,地基承载力标准值均没达到设计要求的250KN;地基勘察资料细且表层素填土较大,未经充分挤压夯实,土层存在一定的孔隙度,在荷载的作用下填土层被压实,其下软土层缓慢排水,从而产生持续沉降。此外,距离建筑物西边300m处另一建筑深基坑的开挖,地下水的流失严重也是建筑主体产生沉降的重要原因。

2联合注浆法加固原理

根据场地地质条件、沉降原因、建筑物结构特点及现状,在对几种方案进行对比论证基础上,决定对地基采用较为适合的高压旋喷清水切割排土进行纠偏,采用联合注浆进行加固。
联合注浆法是将灌注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合的注浆方法。它应用在本工程中,首先利用高压旋喷形成桩体,支承于微风化灰岩上,以获得较大的单桩承载力,然后再通过压力灌浆,使旋喷桩与原基础结成为整体,同时浆液对浅基础下的地基挤密、劈裂、充填,从而消除旋喷施工时产生的体积收缩。考虑到该建筑物差异沉降较大,在进行高压旋喷桩施工采用清水切割预造孔,再旋喷注浆,这样既可利用清水旋喷切割排土时对地基的扰动的“强度真空”现象产生的附加沉降,从而对建筑物迫降,达到纠偏的目的,并可增大旋喷桩径及提高桩体强度。灌浆法与高压旋喷注浆法应用上,只是在注浆压力及浆液运动方式上有所不同,两者可在同一位置上使用同样的设备进行,工艺相近,工序相衔接,融合性好,效率将大大提高。

3加固纠偏设计

3.1强度验算及加固纠偏布置
据已有施工经验,对于本场地的地层,高压旋喷桩一般成桩直径可达0.5~1.0m,桩身固结单轴抗压强度可达1~10MPa以上。本工程取桩径为600mm,桩身固结体强度为3.5MPa。旋喷桩单桩承载力据文献的计算结果可达395kN。
经上述验算,在进行加固纠偏钻孔布置时,除了考虑加固纠偏需要,尚要兼顾结构受力平衡。布孔方案为:在沉降量大的西南角1~3#桩基础加密布置旋喷桩,以设计承载力100%置换,共布置旋喷桩11支;其余柱下基础及南侧沉降较大的部分对应的柱号为13~24#和3~7#以设计荷载的60%进行置换,共布置旋喷桩37支;沉降较小的东侧8~12柱下可以少布孔,但考虑纠偏需要,仍以约40~50%的设计荷载进行置换,布旋喷桩10支。整个基础设计布置加固纠偏孔76个。

经验算,加固后的各处复合地基承载力均在300kpa以上。加固设计时偏安全考虑地基实际承载力发挥,经复合注浆加固后,其承载力还会有所增加,这些均可作为安全储备。
3.2加固深度
旋喷桩钻孔设计为直孔,孔径为91mm,钻孔深约10~12m,进入灰岩层0.50m以上。
3.3灌浆材料
灌浆材料采用42.5普硅水泥配制,高压旋喷注浆液水灰比为1:1,压力灌浆浆液为水灰比0.5:1的浓浆。外加剂为减水剂。
3.4沉降观测点的布置
由于高压旋喷清水迫降不易通过理论计算控制,整个迫降过程需通过沉降监测反馈调整高压清水切割时间间隔、沉降速率及深度等,动态性强,切实有效的沉降观测系统是非重要的,因此每个柱上设有一沉降观测制点。

4施工布置

加固及纠偏施工必须控制建筑物今后的沉降变形量和不均匀沉降量,因此施工应严密策划;
首先对沉降量最大1~3#柱基进行定位加固,使其沉降彻底稳定;
然后进行基础初步加固,使地基强度有一定提高,保证下一步清水旋喷切割纠偏时不产生过大的瞬时沉降威胁建筑物安全,但又要不影响下一步纠偏工作的进行;
接着进行全面清水旋喷切割排土迫降;
最后,对建筑物基础进行全面加固,整体稳定。

5施工情况

5.11~3#柱基加固
三柱共布联合灌浆孔11个,为控制施工附加沉降,先对每柱的一个钻孔进行联合灌浆,每孔作业完成12h后方可进行下一孔的旋喷注浆施工。高压旋喷桩施工参数为:喷射压力20~25MPa,排量60~70L/min,旋转速度18~22r/min,提升速度10~18cm/min。喷嘴1个,直径为2.83mm。减水剂GYA-B型,掺入量为水泥用量的0.3~0.5%。桩端及柱基下各1m复喷,以增大旋喷桩与基岩及柱基的接触面积。
在高压旋喷浆液终凝前利用孔口压浆装置进行压力灌浆,最高压力为1MPa,稳压10min后终止灌浆。
在施工时据各柱沉降值有意调整旋喷注浆时间及每一序的时间间隔,使三柱间的差异沉降得以缩小。该区施工共用时间7d,加固施工完毕后累计沉降值为148~154mm,且在此后的施工过程中基本稳定。
5.2基础初步加固
考虑到除1~3#柱及8~12#柱外,其余柱的沉降较为接近,本阶段只进行50%的旋喷桩施工,旋喷成桩时预留基础面以下10cm不喷,也不进行孔口压力灌浆。此外,成桩部位应尽量对称,使结构受力较为均匀,以免局部沉降过大。当加固柱的沉降速率超过10~15mm/d且没有明显降低迹象时,则放缓施工速度或埋设孔口压浆装置进行孔口压力灌浆以暂时控制沉降发展。
本阶段施工时间较短,共用5d,完成旋喷桩施工25支,施工参数与第一阶段相同。施工完毕24h后,这部分柱累计沉降为65~102mm,降幅为3~13mm;东侧8~12#柱累计沉降为9~13mm。
5.3迫降纠偏
迫降纠偏只对旋喷桩孔进行清水切割排土造成沉降。纠偏是否有效,主要取决于靠沉降观测系统导向的施工顺序、时间间隔、纠偏施工参数等控制,每个柱基纠偏、每个灌浆孔的施工作业均会相互影响,需严格控制,谨慎施工。
由于地梁会制约迫降的进行,因此迫降前对第一阶段加固的柱基段地梁外的其余地梁底面下15cm填土挖除。
5.3.1东侧基础迫降
该轴线8~12#柱经过第二阶段施工后,与相邻13#柱基最大沉降差值为57~70mm,需调整降幅度最大,因此应首先对之进行迫降施工。从安全角度考虑,迫降施工原则是:①先对沉降值较小的柱下钻孔施工迫降;②对称施工,旋喷清水要求采用小压力小排量;③天天施工钻孔分上、下午两批进行,时间间隔8h,每孔切割时间由上一8h沉降值控制,不大于5mm,24h不大于10mm。
首先对沉降值最小的10#柱外侧一孔进行全孔清水切割迫降,压力15MPa,排量为50L/min,提升速度为25cm/min,旋转速度22r/min。8h后观测,未有沉降发生。遂改为12#三柱下对称各取1孔连续清水切割,8h的沉降值为2~5mm,24h的沉降值到5~11mm。
第三d对未施工的另外6个孔连续施工,其他参数相同。8h的沉降值3~6mm,24h后的最大沉降量为5~11mm。结构未见异常。
经3d时间施工,总沉降量为25~31mm,沉降多发生于8h以后,反应滞后,认为与全孔切割有关。遂把切割段长集中至基础以下1.5~2.0m,切割2~3遍。当天分上、下午对5个柱下的一侧5个钻孔进行复喷切割,24h沉降量为8~13mm,第二d轮换为另一侧钻孔,施工操作同前1d,24h的沉降量为8~11mm。
最后对其中半数的钻孔只进行高压旋喷桩施工,以控制差异沉降扩大。施工时间为2d,产生的附加沉降为3~6mm。
该轴线全部孔的清水喷射及旋喷桩施工历时7d,8~12#柱累计沉降为49~52mm,降幅为30~38mm,其余轴线柱稍有沉降,降幅为0~7mm,未见结构异常。
5.3.2全面清水切割纠偏
对除1~3#柱以外的基余柱段,按柱跳隔对柱下一侧钻孔分两序进行清水旋喷切割,每侧每序钻孔天天早上进行施工,先从沉降量较小的柱基孔开始施工,24h后进行另一序施工,每4d完成全部钻孔一遍清水切割施工,即停工1d。
天天施工观测8h后、24h后的沉降值,控制沉降24h沉降值10mm以内;对于沉降过速的柱基下一序停喷;最后对沉降明显落后的柱下钻孔进行复喷清水以协调迫降。施工中密切留意沉降观测,对沉降滞后、沉降异常及时分析,充分利用信息化指导施工。
全面清水切割纠偏施工共用时间为13d,由于8~12#柱累计沉降值较小,在这5柱间新增了4个纠偏钻孔。每孔进行清水切割排土一般为3~4遍,其中8~12#柱也孔及局部孔进行5~6遍。全部柱基累计沉降值为130~157mm,本次降幅为3~76mm,差异沉降由原来的3~154mm变为0~27mm,结构稳定,效果较为理想。
5.4全面联合注浆加固
首先对前期施工的旋喷桩进行孔口压力灌浆,扫孔进入旋喷桩顶0.50m以上,安装孔口压浆装置进行联合压浆,施工时间为2d,施工完毕各柱的沉降值变化较小,变幅值在-1~+2mm间。
然后,对剩余的35孔进行联合注浆加固。由于前期已完成了部分加固工作,短期内沉降值不会明显增加,因此只要控制好剩余的钻孔的旋喷桩施工不产生附加沉降则可。施工控制措施是:①施工跳隔进行,要求相邻柱基或同一柱基的旋喷桩施工时间间卫不小于12h;②旋喷桩施工完毕马上进行孔口压浆。由于经过前期纠偏施工后,沉降差异值最大尚有27mm,因此在该柱基部位的钻孔施工时可多再增加清水喷身施工一遍后再进行旋喷注浆施工。
本次对这35孔的联合灌浆加固历时6d时间,施工完毕产生的附加沉降值为-1~8mm。此时所有柱基观测到的累计沉降为135~157mm。
至此,全部施工完毕,总的纠偏沉降量为30~137mm,纠偏加固后,产生最大沉降的柱基与最小沉降的柱基沉降差只为22mm。部分柱点加固纠偏过程的沉降观测曲线见图2。

6加固纠偏效果及评价

从加固后沉降观测资料可见,后续工程完工时测得最大沉降增加值仅为2.5mm,个别柱点回长升0.8mm。加固施工3个月后累计沉降观测值为135~157mm,个别点沉降值有所增加,但增幅不到1mm;加固后约五个月的沉降值基本维持不变,差值不过0.3mm。从抽芯检测资料表明,28d龄期灌浆体强度最低值为4.2~6.8MPa。旋喷注浆施工时在桩顶、桩端1m范围内进行了临行喷,提高桩顶、桩端段水泥掺入量,也可保证桩端形成“扩大头”,提高桩端阻力;在旋喷桩的终凝前采用压力灌浆补偿旋喷桩的收缩,并使基础底浆液渗透范围更广,也保证了旋喷桩与原基础间紧密胶结,形成一个整体基础,共同作用。

7结语

综上所述,联合灌法应用于本工程,加固质量可靠,并可充分利用原有地基础,工期短,见效快。该方法工艺简便,适应范围广,配合高压清水切割排土纠偏,施工操作连贯、流畅,可有效节省工期,经清水切割排土替换部分地基软土体后可使旋喷桩水泥掺入量大大提高,桩身强度明显提高,桩径增大,充分保证加固效果。但值得指出的是清水旋喷纠偏是沉降观测信息化施工,要求精确地控制沉降值,应谨慎采用。

参考文献:
建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002.北京:中国建筑工业出版社,2002.
曾国熙,卢肇钧等.地基处理手册.中国建筑工业出版社,1993.
既有建筑地基基础加固技术规范.JGJ123-2000.北京:中国建筑工业出版社,2002.