南方某城市一紡織織造車間在投入使用不到6個月時間里，廠房墻體出現(xiàn)裂縫，且裂縫發(fā)展?jié)u趨于擴(kuò)大，以致最后嚴(yán)重到柱間支撐發(fā)生損壞，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，形成質(zhì)量事故。后采取壓密注漿技術(shù)進(jìn)行地基處理，成功進(jìn)行加固。

本文就此實例探討壓密注漿加固處理地基技術(shù)，供同行參考。

[關(guān)鍵詞]：壓密注漿 地基處理

 

一、工程概況

1、該工程地質(zhì)情況：

第一層為雜填土，厚度約0.7~1米，性能不穩(wěn)定；

第二層為粉質(zhì)粘土層，厚度0.5~0.8米，壓縮模量4MPa，地基承載力特征值80Kpa；

第三層為淤泥質(zhì)土，厚度18~25米，壓縮模量2MPa，地基承載力特征值60Kpa；

第四層為粘土層，壓縮模量11MPa，地基承載力特征值180Kpa；

2、設(shè)計情況：

該工程為兩棟建筑面積均為5360平方米廠房，結(jié)構(gòu)形式為單層雙跨鋼結(jié)構(gòu)，跨度30米，柱距為6.8米，檐口高度5.5米�；�礎(chǔ)為鋼筋砼條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.6米，基礎(chǔ)持力層選用粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土層。主體結(jié)構(gòu)為輕型鋼結(jié)構(gòu)柱、梁，墻面、屋面均為彩板結(jié)構(gòu)。

3、施工情況；

該項目為4月份開工建設(shè)，同年9月份投產(chǎn)使用，工程進(jìn)度較快。在施工過程中，因業(yè)主要求，設(shè)計院出具設(shè)計變更，墻面彩板改為砼砌塊。由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)早已完成，故設(shè)計院未對基礎(chǔ)設(shè)計作任何修改。

 

二、質(zhì)量事故調(diào)查

1、現(xiàn)場情況

廠房內(nèi)外墻體發(fā)生嚴(yán)重開裂，局部裂縫達(dá)到10mm以上，雨天墻面、屋面泛水處滲漏厲害。

次年7月上旬，因沉降不均勻?qū)е乱惶幹�間支撐Φ25圓鋼與連接板之間連接焊縫破壞。

2、沉降觀測

根據(jù)現(xiàn)場裂縫形狀分析，是由于工程不均勻沉降導(dǎo)致。根據(jù)施工單位施工過程中沉降觀測資料看，沉降較為均勻。而交工后因未安排跟蹤測量，沉降觀測資料缺失。

首先安排沉降觀測，由于原沉降觀測點(diǎn)已隨主體結(jié)構(gòu)變形或在廠區(qū)配套道路、綠化施工中破壞，故本次測量直接測量鋼柱柱腳鋼板，每柱均測量出高程。由于設(shè)計上鋼柱腳標(biāo)高一致，故可以直接得出相對高程差。

根據(jù)測量結(jié)果，相鄰鋼柱高程差普遍在50mm左右，而相鄰柱最大高差竟然達(dá)到110mm，同一棟建筑物柱腳之間最大高差為220mm。

3、事故原因調(diào)查分析

（1）為片面追求經(jīng)濟(jì)化，設(shè)計較為簡約，設(shè)計為軟弱地基，而基礎(chǔ)施工時期為四~五月，正是南方多雨季節(jié)，對地基土擾動可能性很大，從而可能影響了地基承載力；

（2）因業(yè)主要求，墻面設(shè)計變更，增加荷載較多，基礎(chǔ)設(shè)計未能相應(yīng)調(diào)整；

（3）施工單位片面追求工期，防止地基土擾動措施不足，全部機(jī)械開挖，未能預(yù)留300厚土層人工開挖，可能影響了地基承載力；

（4）施工單位交工后，業(yè)主單位自行安排結(jié)構(gòu)吊頂，增加了建筑荷載；

（5）織造針?biāo)髾C(jī)無專門基礎(chǔ)設(shè)計，其直接安裝在砼地坪上。織造針?biāo)髾C(jī)安裝后，多臺機(jī)共同工作，輕微持續(xù)震動，可能導(dǎo)致地面下淤泥質(zhì)土擾動、輕微液化、互相擠壓，對建筑基礎(chǔ)產(chǎn)生應(yīng)力；

（6）廠區(qū)及周邊園區(qū)開工建設(shè)或投入使用后，雨、排水管線大量增加，場地地下水位改變后恰在基礎(chǔ)持力層標(biāo)高左右，頻繁抽排水可能對地基土產(chǎn)生擾動。

 

三、事故處理

根據(jù)測量結(jié)果，和業(yè)主方對裂縫開展情況匯報說明，分析交工后經(jīng)過十個月時間沉降尚未穩(wěn)定，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）》“5.3.4”條要求，不符合相鄰柱基沉降差0.003L的有82跨，占總跨數(shù)94跨的87.2%，現(xiàn)有變形已遠(yuǎn)超出規(guī)范要求，鋼結(jié)構(gòu)已因此產(chǎn)生變形、形成內(nèi)應(yīng)力，必須立即進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理，以保證結(jié)構(gòu)安全。

由于該項目已投產(chǎn)，車間內(nèi)設(shè)備較多，考慮不搬遷設(shè)備、不停產(chǎn)加固方案為宜。綜合比較，只能確定壓密注漿處理方案。

壓密注漿原理：

壓密注漿是采用液壓或氣壓方式，通過注漿管把漿液均勻注入土層，趕走原土層中水分或空氣，并使土層變形，漿液將原土層松散顆粒和裂隙膠結(jié)成新的結(jié)合體，提高原土層承載力和壓縮模量，起到地基加固作用。

采用壓密注漿方案，在車間內(nèi)部施工時，只要拉入注漿管，可在設(shè)備之間間隙處空地布孔、注漿，其余設(shè)備均在室外，生產(chǎn)設(shè)備不需搬遷，因此成本較低。

 

三、壓力注漿施工設(shè)計

1、需處理基礎(chǔ)的選定

該鋼結(jié)構(gòu)單層廠房，柱距6.800m、跨度30m、抗風(fēng)柱柱距7.500m，相鄰柱跨數(shù)94跨。以相鄰柱不均勻沉降量差不超過3‰作為選定需處理基礎(chǔ)的主要指標(biāo)，第一批選定對沉降量大的24個柱基部位進(jìn)行壓力注漿，其余基礎(chǔ)計劃在沉降差減小后第二次處理。

加固的土層為基礎(chǔ)底板以下4米內(nèi)的土層，考慮沉降影響，加固的土層應(yīng)為自室內(nèi)地坪以下1.800~5.800m土層。

2、注漿設(shè)備選擇

（1）兩臺SYB50型液壓注漿泵；

（2）兩套注漿管：均為Φ25×4無縫鋼管，每節(jié)管長1.5m，兩端有絲扣供連接。其中一節(jié)為帶孔眼管，頂端有圓錐管尖，其作為第一節(jié)注漿管；

（3）灰漿攪拌機(jī)一臺；

（4）與注漿管配套、連接注漿泵與注漿管高壓輸送膠管兩套，每套長40米左右；

（5）配套電動地質(zhì)鉆孔機(jī)一臺。  

3、壓力注漿布管

柱基四周按梅花型布置雙排壓力注漿管，所布管點(diǎn)管距約1米，兩排管排距約0.8米，內(nèi)排管距離基礎(chǔ)邊約200mm布置。

每管點(diǎn)打入雙管，雙管間距100~200mm左右，一套管注水泥漿液，另一套管注水玻璃漿液。

4、壓力注漿施工 

（1）壓力注漿的施工工藝

壓力注漿施工工序：鉆孔→清管→打管→注漿→拔管→清管。

a、鉆孔：電動鉆孔機(jī)在布孔位置鉆孔，鉆至設(shè)計標(biāo)高；

b、清管：注水清理膠管、無縫鋼管，檢查能否保證注漿通暢；

c、打管：分次按設(shè)計要求，將無縫鋼管插至設(shè)計標(biāo)高位置；

d、注漿：灰漿攪拌機(jī)攪拌水泥漿，吸入注漿泵內(nèi)，通過膠管，注入無縫鋼管。水玻璃則放入容器，加入另一臺注漿泵。

壓密注漿按先注漿外排、后注漿內(nèi)排，按先外后內(nèi)的順序進(jìn)行組織，內(nèi)外排注漿間隔時間大于24小時。這樣施工，外排管注漿后形成新的結(jié)合體擋墻，避免內(nèi)排管注漿時在壓力作用下漿體外溢，更加保證注漿效果。

外排管壓力注漿：壓力注漿應(yīng)自上而下進(jìn)行，這樣使?jié){體分布均勻，且漿體不易外冒。故先鉆孔深度至室內(nèi)地坪以下5.8m，后打管。壓力注漿自上而下，從室內(nèi)地坪以下2.3m開始注漿，每往下500mm左右注漿一次，計注漿八次。

如果在設(shè)計壓力的注漿過程中發(fā)生冒漿現(xiàn)象，注漿順序改為跳孔注漿施工，或暫停一下等漿體固結(jié)后再施工。

內(nèi)排管壓力注漿：內(nèi)排注漿管鉆孔打管時，注漿管應(yīng)斜入基礎(chǔ)底板以下。其斜入的角度根據(jù)基礎(chǔ)的寬度來確定。本工程基礎(chǔ)3.5m×4m，故斜管進(jìn)入基礎(chǔ)約1.5m（-5.8m標(biāo)高處）左右，壓力注漿自上而下，注漿方法同外排管壓力注漿。

如基礎(chǔ)地面尺寸過大，可考慮在基礎(chǔ)周邊另增加一排注漿管，斜入基底注漿�；蛟诨�礎(chǔ)面上鉆孔，鉆至持力土層，再打管注漿加固。

水泥漿液注漿、水玻璃注漿液基本同時注入，已達(dá)到促使水泥漿速凝作用。

水玻璃溶液灌注速度根據(jù)水玻璃消耗數(shù)量控制，水玻璃用量約占水泥重量的2%左右。而水玻璃溶液灌注速度又與灌漿壓力、土層凝結(jié)狀況有關(guān)，故現(xiàn)場需不時調(diào)節(jié)水玻璃注漿壓力。

e、拔管：每孔注漿完成后隨即安排拔管，以防止管孔堵塞，一般間歇時間不超過10分鐘；

f、清管：當(dāng)不能連續(xù)施工時，須立即對管道沖洗，防止膠結(jié)堵管，一般間歇時間不超過2小時。

（2）漿液要求

一套注漿泵注水泥漿液，水泥為PO32.5R、水灰比為1:1。

另一套注漿泵注水玻璃溶液，作為速凝劑。水玻璃溶液模數(shù)2.5左右，濃度40Be′。

（3）注漿壓力

注漿壓力選擇以不破壞四周地坪、綠化帶、道路為選擇，如果發(fā)生冒孔現(xiàn)象，則影響注漿效果。

注漿壓力國內(nèi)沒有相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參照《地基處理》書中推薦美國ASCE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，一般注漿壓力選擇為作用面積范圍土層自重的2倍左右。

在-2.3m標(biāo)高注漿時，覆土厚度2.3m，土質(zhì)地基土壓力每米20KPa，上部覆土考慮45度擴(kuò)散效應(yīng)。

在-2.3m標(biāo)高時，作用范圍（棱臺型）土的自重：

N= 1/3 ×[1×1+3.3×3.3+√—（1×1×3.3×3.3）]×2.3×20=232.9KN

每平方米土的自重壓力0.23 Mpa，故對于外排管，打管深度自室內(nèi)地坪以下2.3m時，注漿壓力設(shè)計為0.5Mpa。

而注漿過程中，注漿的壓力是變化的，《地基處理》書中介紹“在一般情況下每深1m壓力增加20~50Kpa”，故每下降0.5m注漿時，壓力設(shè)計選擇增加0.02Mpa。

對于內(nèi)排管，考慮上部基礎(chǔ)自重，且四周土層以加固，其作用反力直接作用基礎(chǔ)底面，注漿時以不冒漿為準(zhǔn)，注漿壓力可調(diào)高20%，初始注漿壓力選擇0.6Mpa左右，每下降0.5m，壓力設(shè)計選擇增加0.02Mpa。

（4）水泥用量：

本地區(qū)水泥粉噴樁處理淤泥質(zhì)土層地基經(jīng)驗數(shù)據(jù)：置換率0.2左右，地基處理后承載力達(dá)到100~130KPa，每米土層水泥用量約55~60kg。參照此經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對于外排管，本工程按每500mm厚土層注漿一次、水泥用量在30kg左右控制。

而內(nèi)排管壓密注漿后的效果，將直接改善基底持力層的強(qiáng)度，提高土層壓縮模量，故水泥用量考慮適當(dāng)提高15%左右。本工程在4.7m×5.2m作用范圍內(nèi)，內(nèi)排布管16根，經(jīng)計算按每500mm厚土層注漿一次、水泥用量在40kg左右控制。

 

四、后續(xù)施工

1、在第一批24個柱基加固完成后，每10天測量一次，發(fā)現(xiàn)已處理地基沉降速度明顯下降，一個月后沉降基本為零，相鄰柱沉降差逐漸減小，地基加固效果顯著。三個月后，大部分柱相鄰沉降差控制在跨度3‰以內(nèi)，有16跨相鄰柱沉降差在3~5‰之間；

2、3個月后，對未處理的柱基礎(chǔ)、條基進(jìn)行處理。采取沿柱基、條基周邊布置兩排壓力注漿管同時進(jìn)行處理的方式。管孔間距1米、排距0.8米，注漿方法同前；

3、安排鋼結(jié)構(gòu)施工單位對屋面鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)檢查，對變形構(gòu)件進(jìn)行更換或加固；

4、安排土建單位對開裂墻體進(jìn)行修補(bǔ)，防滲處理，重新抹灰，涂刷涂料。

 

五、加固后效果

該工程地基加固處理后已超過兩年，后施工的墻體墻面完整，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，無滲漏現(xiàn)象。該工程在經(jīng)歷2008年初罕見雪災(zāi)后，又組織施工單位復(fù)查，該工程結(jié)構(gòu)正常，故可以認(rèn)為通過壓密注漿方案對該工程成功地實現(xiàn)地基加固處理。

 

六、總結(jié)

軟弱地基處理的方法有很多種，如換土墊層法、粉噴樁加固、旋噴樁加固、強(qiáng)夯法、擠密樁法、振沖法等等。而對已建廠房地基的加固，壓密注漿方法的優(yōu)越性是其它加固方法無法相比的。在因地基原因?qū)е碌奈７考庸烫幚矸椒ㄖ�，壓密注漿施工方法的應(yīng)用與推廣還需更多同行在實踐中探索