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注浆加固处理地基技术

发布者:哈尔滨建筑加固|鸡西建筑加固|黑龙江建筑加固 日期:2010-6-18  点击次:2352


 

注浆加固处理地基技术

                                  

    [摘要]                           

南方某城市一纺织织造车间在投入使用不到6个月时间里,厂房墙体出现裂缝,且裂缝发展渐趋于扩大,以致最后严重到柱间支撑发生损坏,严重影响结构安全,形成质量事故。后采取压密注浆技术进行地基处理,成功进行加固。

本文就此实例探讨压密注浆加固处理地基技术,供同行参考。

[关键词]压密注浆 地基处理

一、工程概况

1、该工程地质情况:

第一层为杂填土,厚度约0.7~1米,性能不稳定;

第二层为粉质粘土层,厚度0.5~0.8米,压缩模量4MPa,地基承载力特征值80Kpa;

第三层为淤泥质土,厚度18~25米,压缩模量2MPa,地基承载力特征值60Kpa;

第四层为粘土层,压缩模量11MPa,地基承载力特征值180Kpa;

2、设计情况:

该工程为两栋建筑面积均为5360平方米厂房,结构形式为单层双跨钢结构,跨度30米,柱距为6.8米,檐口高度5.5米;∥纸铐盘跣位,基础埋深1.6米,基础持力层选用粉质粘土或淤泥质土层。主体结构为轻型钢结构柱、梁,墙面、屋面均为彩板结构。

3、施工情况;

该项目为4月份开工建设,同年9月份投产使用,工程进度较快。在施工过程中,因业主要求,设计院出具设计变更,墙面彩板改为砼砌块。由于基础结构早已完成,故设计院未对基础设计作任何修改。

二、质量事故调查

1、现场情况

厂房内外墙体发生严重开裂,局部裂缝达到10mm以上,雨天墙面、屋面泛水处渗漏厉害。

次年7月上旬,因沉降不均匀导致一处柱间支撑Φ25圆钢与连接板之间连接焊缝破坏。

2、沉降观测

根据现场裂缝形状分析,是由于工程不均匀沉降导致。根据施工单位施工过程中沉降观测资料看,沉降较为均匀。而交工后因未安排跟踪测量,沉降观测资料缺失。

首先安排沉降观测,由于原沉降观测点已随主体结构变形或在厂区配套道路、绿化施工中破坏,故本次测量直接测量钢柱柱脚钢板,每柱均测量出高程。由于设计上钢柱脚标高一致,故可以直接得出相对高程差。

根据测量结果,相邻钢柱高程差普遍在50mm左右,而相邻柱最大高差竟然达到110mm,同一栋建筑物柱脚之间最大高差为220mm。

3、事故原因调查分析

1)为片面追求经济化,设计较为简约,设计为软弱地基,而基础施工时期为四~五月,正是南方多雨季节,对地基土扰动可能性很大,从而可能影响了地基承载力;

2)因业主要求,墙面设计变更,增加荷载较多,基础设计未能相应调整;

3)施工单位片面追求工期,防止地基土扰动措施不足,全部机械开挖,未能预留300厚土层人工开挖,可能影响了地基承载力;

4)施工单位交工后,业主单位自行安排结构吊顶,增加了建筑荷载;

5)织造针梭机无专门基础设计,其直接安装在砼地坪上。织造针梭机安装后,多台机共同工作,轻微持续震动,可能导致地面下淤泥质土扰动、轻微液化、互相挤压,对建筑基础产生应力;

6)厂区及周边园区开工建设或投入使用后,雨、排水管线大量增加,场地地下水位改变后恰在基础持力层标高左右,频繁抽排水可能对地基土产生扰动。

三、事故处理

根据测量结果,和业主方对裂缝开展情况汇报说明,分析交工后经过十个月时间沉降尚未稳定,根据《建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)》“5.3.4”条要求,不符合相邻柱基沉降差0.003L的有82跨,占总跨数94跨的87.2%,现有变形已远超出规范要求,钢结构已因此产生变形、形成内应力,必须立即进行结构加固处理,以保证结构安全。

由于该项目已投产,车间内设备较多,考虑不搬迁设备、不停产加固方案为宜。综合比较,只能确定压密注浆处理方案。

压密注浆原理:

压密注浆是采用液压或气压方式,通过注浆管把浆液均匀注入土层,赶走原土层中水分或空气,并使土层变形,浆液将原土层松散颗粒和裂隙胶结成新的结合体,提高原土层承载力和压缩模量,起到地基加固作用。

采用压密注浆方案,在车间内部施工时,只要拉入注浆管,可在设备之间间隙处空地布孔、注浆,其余设备均在室外,生产设备不需搬迁,因此成本较低。

三、压力注浆施工设计

1、需处理基础的选定

该钢结构单层厂房,柱距6.800m、跨度30m、抗风柱柱距7.500m,相邻柱跨数94跨。以相邻柱不均匀沉降量差不超过3‰作为选定需处理基础的主要指标,第一批选定对沉降量大的24个柱基部位进行压力注浆,其余基础计划在沉降差减小后第二次处理。

加固的土层为基础底板以下4米内的土层,考虑沉降影响,加固的土层应为自室内地坪以下1.800~5.800m土层。

2、注浆设备选择

1)两台SYB50型液压注浆泵;

2)两套注浆管:均为Φ25×4无缝钢管,每节管长1.5m,两端有丝扣供连接。其中一节为带孔眼管,顶端有圆锥管尖,其作为第一节注浆管;

3)灰浆搅拌机一台;

4)与注浆管配套、连接注浆泵与注浆管高压输送胶管两套,每套长40米左右;

5)配套电动地质钻孔机一台。 

3、压力注浆布管

柱基四周按梅花型布置双排压力注浆管,所布管点管距1米,两排管排距约0.8米,内排管距离基础边约200mm布置。

每管点打入双管,双管间距100~200mm左右,一套管注水泥浆液,另一套管注水玻璃浆液。

4、压力注浆施工

1)压力注浆的施工工艺

压力注浆施工工序:钻孔→清管→打管→注浆→拔管→清管。

a、钻孔:电动钻孔机在布孔位置钻孔,钻至设计标高;

b、清管:注水清理胶管、无缝钢管,检查能否保证注浆通畅;

c、打管:分次按设计要求,将无缝钢管插至设计标高位置;

d、注浆:灰浆搅拌机搅拌水泥浆,吸入注浆泵内,通过胶管,注入无缝钢管。水玻璃则放入容器,加入另一台注浆泵。

压密注浆按先注浆外排、后注浆内排,按先外后内的顺序进行组织,内外排注浆间隔时间大于24小时。这样施工,外排管注浆后形成新的结合体挡墙,避免内排管注浆时在压力作用下浆体外溢,更加保证注浆效果。

外排管压力注浆:压力注浆应自上而下进行,这样使浆体分布均匀,且浆体不易外冒。故先钻孔深度至室内地坪以下5.8m,后打管。压力注浆自上而下,从室内地坪以下2.3m开始注浆,每往下500mm左右注浆一次,计注浆八次。

如果在设计压力的注浆过程中发生冒浆现象,注浆顺序改为跳孔注浆施工,或暂停一下等浆体固结后再施工。

内排管压力注浆:内排注浆管钻孔打管时,注浆管应斜入基础底板以下。其斜入的角度根据基础的宽度来确定。本工程基础3.5m×4m,故斜管进入基础约1.5m-5.8m标高处)左右,压力注浆自上而下,注浆方法同外排管压力注浆。

如基础地面尺寸过大,可考虑在基础周边另增加一排注浆管,斜入基底注浆;蛟诨∶嫔献昕,钻至持力土层,再打管注浆加固。

水泥浆液注浆、水玻璃注浆液基本同时注入,已达到促使水泥浆速凝作用。

水玻璃溶液灌注速度根据水玻璃消耗数量控制,水玻璃用量约占水泥重量的2%左右。而水玻璃溶液灌注速度又与灌浆压力、土层凝结状况有关,故现场需不时调节水玻璃注浆压力。

e、拔管:每孔注浆完成后随即安排拔管,以防止管孔堵塞,一般间歇时间不超过10分钟;

f、清管:当不能连续施工时,须立即对管道冲洗,防止胶结堵管,一般间歇时间不超过2小时。

2)浆液要求

一套注浆泵注水泥浆液,水泥为PO32.5R、水灰比为1:1。

另一套注浆泵注水玻璃溶液,作为速凝剂。水玻璃溶液模数2.5左右,浓度40Be′。

3)注浆压力

注浆压力选择以不破坏四周地坪、绿化带、道路为选择,如果发生冒孔现象,则影响注浆效果。

注浆压力国内没有相应技术标准,参照《地基处理》书中推荐美国ASCE规定的标准,一般注浆压力选择为作用面积范围土层自重的2倍左右。

-2.3m标高注浆时,覆土厚度2.3m,土质地基土压力每米20KPa,上部覆土考虑45度扩散效应。

-2.3m标高时,作用范围(棱台型)土的自重:

N= 1/3 ×[1×1+3.3×3.3+1×1×3.3×3.3]×2.3×20=232.9KN

每平方米土的自重压力0.23 Mpa,故对于外排管,打管深度自室内地坪以下2.3m时,注浆压力设计为0.5Mpa。

而注浆过程中,注浆的压力是变化的,《地基处理》书中介绍“在一般情况下每深1m压力增加20~50Kpa”,故每下降0.5m注浆时,压力设计选择增加0.02Mpa。

对于内排管,考虑上部基础自重,且四周土层以加固,其作用反力直接作用基础底面,注浆时以不冒浆为准,注浆压力可调高20%,初始注浆压力选择0.6Mpa左右,每下降0.5m,压力设计选择增加0.02Mpa。

4)水泥用量:

本地区水泥粉喷桩处理淤泥质土层地基经验数据:置换率0.2左右,地基处理后承载力达到100~130KPa,每米土层水泥用量约55~60kg。参照此经验数据,对于外排管,本工程按每500mm厚土层注浆一次、水泥用量在30kg左右控制。

而内排管压密注浆后的效果,将直接改善基底持力层的强度,提高土层压缩模量,故水泥用量考虑适当提高15%左右。本工程在4.7m×5.2m作用范围内,内排布管16根,经计算按每500mm厚土层注浆一次、水泥用量在40kg左右控制。

四、后续施工

1、在第一批24个柱基加固完成后,每10天测量一次,发现已处理地基沉降速度明显下降,一个月后沉降基本为零,相邻柱沉降差逐渐减小,地基加固效果显著。三个月后,大部分柱相邻沉降差控制在跨度3‰以内,有16跨相邻柱沉降差在3~5‰之间;

2、3个月后,对未处理的柱基础、条基进行处理。采取沿柱基、条基周边布置两排压力注浆管同时进行处理的方式。管孔间距1米、排距0.8米,注浆方法同前;

3、安排钢结构施工单位对屋面钢结构进行仔细检查,对变形构件进行更换或加固;

4、安排土建单位对开裂墙体进行修补,防渗处理,重新抹灰,涂刷涂料。

五、加固后效果                                   

该工程地基加固处理后已超过两年,后施工的墙体墙面完整,未发现明显裂缝,无渗漏现象。该工程在经历2008年初罕见雪灾后,又组织施工单位复查,该工程结构正常,故可以认为通过压密注浆方案对该工程成功地实现地基加固处理。

六、总结

软弱地基处理的方法有很多种,如换土垫层法、粉喷桩加固、旋喷桩加固、强夯法、挤密桩法、振冲法等等。而对已建厂房地基的加固,压密注浆方法的优越性是其它加固方法无法相比的。在因地基原因导致的危房加固处理方法中,压密注浆施工方法的应用与推广还需更多同行在实践中探索。

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