聯(lián)合注漿法在建筑加固及糾偏工程中的應用

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摘要：聯(lián)合注漿法是一種將灌注漿法和高壓旋噴注漿進行結合施工的注漿方法，兩者之間工藝相近，工序相銜接，將極大提高糾偏加固效率；本文結合實例和工藝原理，對聯(lián)合注漿法設計與施工的要點、難點進行了詳細分析論述，對其糾偏和加固效果進行了科學評價。

  關鍵詞：聯(lián)合注漿法；加固糾偏；切割；沉降   1工程概況   湖南某行政辦公樓為框架結構，地上五層，樓高約20～21.5m，采用300mm沉管灌注樁基礎。在框架完成后尚未砌筑墻體，基礎即出現(xiàn)不均勻沉降，6個月內(nèi)最大沉降量達到154mm，最小沉降為3mm，沉降速率一般為10~20mm/月，且短期內(nèi)難以趨于穩(wěn)定。   據(jù)初步沉降原因分析：場地土層地質(zhì)性質(zhì)較差，地基承載力標準值均沒達到設計要求的250KN；地基勘察資料不詳細且表層素填土較大，未經(jīng)充分擠壓夯實，土層存在一定的孔隙度，在荷載的作用下填土層被壓實，其下軟土層緩慢排水，從而產(chǎn)生持續(xù)沉降。此外，距離建筑物西邊300m處另一建筑深基坑的開挖，地下水的流失嚴重也是建筑主體產(chǎn)生沉降的重要原因。   2聯(lián)合注漿法加固原理   根據(jù)場地地質(zhì)條件、沉降原因、建筑物結構特點及現(xiàn)狀，在對幾種方案進行對比論證基礎上，決定對地基采用較為適合的高壓旋噴清水切割排土進行糾偏，采用聯(lián)合注漿進行加固。   聯(lián)合注漿法是將灌注漿法和高壓旋噴注漿法進行時序結合的注漿方法。它應用在本工程中，首先利用高壓旋噴形成樁體，支承于微風化灰?guī)r上，以獲得較大的單樁承載力，然后再通過壓力灌漿，使旋噴樁與原基礎結成為整體，同時漿液對淺基礎下的地基擠密、劈裂、充填，從而消除旋噴施工時產(chǎn)生的體積收縮?？紤]到該建筑物差異沉降較大，在進行高壓旋噴樁施工采用清水切割預造孔，再旋噴注漿，這樣既可利用清水旋噴切割排土時對地基的擾動的“強度真空”現(xiàn)象產(chǎn)生的附加沉降，從而對建筑物迫降，達到糾偏的目的，并可增大旋噴樁徑及提高樁體強度。灌漿法與高壓旋噴注漿法應用上，只是在注漿壓力及漿液運動方式上有所不同，兩者可在同一位置上使用同樣的設備進行，工藝相近，工序相銜接，融合性好，效率將大大提高。   3加固糾偏設計   3.1強度驗算及加固糾偏布置   據(jù)已有施工經(jīng)驗，對于本場地的地層，高壓旋噴樁一般成樁直徑可達0.5~1.0m，樁身固結單軸抗壓強度可達1~10MPa以上。本工程取樁徑為600mm，樁身固結體強度為3.5MPa。旋噴樁單樁承載力據(jù)文獻的計算結果可達395kN。   經(jīng)上述驗算，在進行加固糾偏鉆孔布置時，除了考慮加固糾偏需要，尚要兼顧結構受力平衡。布孔方案為：在沉降量大的西南角1~3#樁基礎加密布置旋噴樁，以設計承載力100%置換，共布置旋噴樁11支；其余柱下基礎及南側沉降較大的部分對應的柱號為13~24#和3~7#以設計荷載的60%進行置換，共布置旋噴樁37支；沉降較?。ǔ两抵禐?~9mm）的東側8~12柱下可以少布孔，但考慮糾偏需要，仍以約40~50%的設計荷載進行置換，布旋噴樁10支（見圖1）。整個基礎設計布置加固糾偏孔76個。   經(jīng)驗算，加固后的各處復合地基承載力均在300kpa以上。加固設計時偏安全考慮地基實際承載力發(fā)揮，經(jīng)復合注漿加固后，其承載力還會有所增加，這些均可作為安全儲備。   3.2加固深度   旋噴樁鉆孔設計為直孔，孔徑為91mm，鉆孔深約10~12m，進入灰?guī)r層0.50m以上。   3.3灌漿材料   灌漿材料采用42.5普硅水泥配制，高壓旋噴注漿液水灰比為1：1，壓力灌漿漿液為水灰比0.5：1的濃漿。外加劑為減水劑。   3.4沉降觀測點的布置   由于高壓旋噴清水迫降不易通過理論計算控制，整個迫降過程需通過沉降監(jiān)測反饋調(diào)整高壓清水切割時間間隔、沉降速率及深度等，動態(tài)性強，切實有效的沉降觀測系統(tǒng)是非重要的，因此每個柱上設有一沉降觀測制點。   4施工布置   加固及糾偏施工必須控制建筑物今后的沉降變形量和不均勻沉降量，因此施工應嚴密策劃；首先對沉降量最大1~3#柱基（沉降范圍值為141~154mm）進行定位加固，使其沉降徹底穩(wěn)定；然后進行基礎初步加固，使地基強度有一定提高，保證下一步清水旋噴切割糾偏時不產(chǎn)生過大的瞬時沉降威脅建筑物安全，但又要不影響下一步糾偏工作的進行；接著進行全面清水旋噴切割排土迫降；最后，對建筑物基礎進行全面加固，整體穩(wěn)定。   5施工情況   5.11~3#柱基加固   三柱共布聯(lián)合灌漿孔11個，為控制施工附加沉降，先對每柱的一個鉆孔進行聯(lián)合灌漿，每孔作業(yè)完成12h后方可進行下一孔的旋噴注漿施工。高壓旋噴樁施工參數(shù)為：噴射壓力20~25MPa，排量60~70L/min，旋轉速度18~22r/min，提升速度10~18cm/min。噴嘴1個，直徑為2.83mm。減水劑GYA-B型，摻入量為水泥用量的0.3~0.5%。樁端及柱基下各1m復噴，以增大旋噴樁與基巖及柱基的接觸面積。   在高壓旋噴漿液終凝前利用孔口壓漿裝置進行壓力灌漿，最高壓力為1MPa，穩(wěn)壓10min后終止灌漿。   在施工時據(jù)各柱沉降值有意調(diào)整旋噴注漿時間及每一序的時間間隔，使三柱間的差異沉降得以縮小。該區(qū)施工共用時間7d，加固施工完畢后累計沉降值為148~154mm，且在此后的施工過程中基本穩(wěn)定。   5.2基礎初步加固   考慮到除1~3#柱及8~12#柱外，其余柱的沉降較為接近（范圍為60~91mm），本階段只進行50%的旋噴樁施工，旋噴成樁時預留基礎面以下10cm不噴，也不進行孔口壓力灌漿。此外，成樁部位應盡量對稱，使結構受力較為均勻，以免局部沉降過大。當加固柱的沉降速率超過10~15mm/d且沒有明顯降低跡象時，則放緩施工速度或埋設孔口壓漿裝置進行孔口壓力灌漿以暫時控制沉降發(fā)展。   本階段施工時間較短，共用5d，完成旋噴樁施工25支，施工參數(shù)與第一階段相同。施工完畢24h后，這部分柱累計沉降為65~102mm，降幅為3~13mm；東側8~12#柱累計沉降為9~13mm。   5.3迫降糾偏   迫降糾偏只對旋噴樁孔進行清水切割排土造成沉降。糾偏是否有效，主要取決于靠沉降觀測系統(tǒng)導向的施工順序、時間間隔、糾偏施工參數(shù)等控制，每個柱基糾偏、每個灌漿孔的施工作業(yè)均會相互影響，需嚴格控制，謹慎施工。   由于地梁會制約迫降的進行，因此迫降前對第一階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東側基礎迫降   該軸線8~12#柱經(jīng)過第二階段施工后，與相鄰7、13#柱基最大沉降差值為57~70mm，需調(diào)整降幅度最大，因此應首先對之進行迫降施工。從安全角度考慮，迫降施工原則是：①先對沉降值較小的柱下鉆孔施工迫降；②對稱施工，旋噴清水要求采用小壓力小排量；③每天施工鉆孔分上、下午兩批進行，時間間隔8h，每孔切割時間由上一8h沉降值控制，不大于5mm，24h不大于10mm。   （1）首先對沉降值最小的10#柱外側一孔進行全孔清水切割迫降，壓力15MPa，排量為50L/min，提升速度為25cm/min，旋轉速度22r/min。8h后觀測，未有沉降發(fā)生。遂改為8、10、12#三柱下對稱各取1孔連續(xù)清水切割，8h的沉降值為2~5mm，24h的沉降值到5~11mm。   （2）第三d對未施工的另外6個孔連續(xù)施工，其他參數(shù)相同。8h的沉降值3~6mm，24h后的最大沉降量為5~11mm。結構未見異常。   （3）經(jīng)3d時間施工，總沉降量為25~31mm，沉降多發(fā)生于8h以后，反應滯后，認為與全孔切割有關。遂把切割段長集中至基礎以下1.5~2.0m，切割2~3遍。當天分上、下午對5個柱下的一側5個鉆孔進行復噴切割，24h沉降量為8~13mm，第二d輪換為另一側鉆孔，施工操作同前1d，24h的沉降量為8~11mm。   （4）最后對其中半數(shù)的鉆孔（5孔）只進行高壓旋噴樁施工，以控制差異沉降擴大。施工時間為2d，產(chǎn)生的附加沉降為3~6mm。   該軸線全部孔的清水噴射及旋噴樁施工歷時7d，8~12#柱累計沉降為49~52mm，降幅為30~38mm，其余軸線柱稍有沉降，降幅為0~7mm，未見結構異常。   5.3.2全面清水切割糾偏   對除1~3#柱以外的基余柱段，按柱跳隔對柱下一側鉆孔分兩序進行清水旋噴切割，每側每序鉆孔每天早上進行施工，先從沉降量較小的柱基孔開始施工，24h后進行另一序施工，每4d完成全部鉆孔一遍清水切割施工，即停工1d。   每天施工觀測8h后、24h后的沉降值，控制沉降24h沉降值10mm以內(nèi)；對于沉降過速的柱基下一序停噴；最后對沉降明顯落后的柱下鉆孔進行復噴清水以協(xié)調(diào)迫降。施工中密切留意沉降觀測，對沉降滯后、沉降異常及時分析，充分利用信息化指導施工。   全面清水切割糾偏施工共用時間為13d，由于8~12#柱累計沉降值較小，在這5柱間新增了4個糾偏鉆孔。每孔進行清水切割排土一般為3~4遍，其中8~12#柱也孔及局部孔進行5~6遍。全部柱基累計沉降值為130~157mm，本次降幅為3~76mm，差異沉降由原來的3~154mm變?yōu)?~27mm，結構穩(wěn)定，效果較為理想。   5.4全面聯(lián)合注漿加固   首先對前期施工的旋噴樁進行孔口壓力灌漿，掃孔進入旋噴樁頂0.50m以上，安裝孔口壓漿裝置進行聯(lián)合壓漿，施工時間為2d，施工完畢各柱的沉降值變化較小，變幅值在-1~+2mm間。   然后，對剩余的35孔進行聯(lián)合注漿加固。由于前期已完成了部分加固工作，短期內(nèi)沉降值不會明顯增加，因此只要控制好剩余的鉆孔的旋噴樁施工不產(chǎn)生附加沉降則可。施工控制措施是：①施工跳隔進行，要求相鄰柱基或同一柱基的旋噴樁施工時間間衛(wèi)不小于12h；②旋噴樁施工完畢立刻進行孔口壓漿。由于經(jīng)過前期糾偏施工后，沉降差異值最大尚有27mm，因此在該柱基部位的鉆孔施工時可多再增加清水噴身施工一遍后再進行旋噴注漿施工。   本次對這35孔的聯(lián)合灌漿加固歷時6d時間，施工完畢產(chǎn)生的附加沉降值為-1~8mm。此時所有柱基觀測到的累計沉降為135~157mm。   至此，全部施工完畢，總的糾偏沉降量為30~137mm，糾偏加固后，產(chǎn)生最大沉降的柱基與最小沉降的柱基沉降差只為22mm。部分柱點加固糾偏過程的沉降觀測曲線見圖2。   6加固糾偏效果及評價   從加固后沉降觀測資料可見，后續(xù)工程完工時（即加固后約1個月）測得最大沉降增加值僅為2.5mm，個別柱點回長升0.8mm。加固施工3個月后累計沉降觀測值為135~157mm，個別點沉降值有所增加，但增幅不到1mm；加固后約五個月的沉降值基本維持不變，差值不過0.3mm。從抽芯檢測資料表明，28d齡期灌漿體強度最低值為4.2~6.8MPa。旋噴注漿施工時在樁頂、樁端1m范圍內(nèi)進行了臨行噴，提高樁頂、樁端段水泥摻入量，也可保證樁端形成“擴大頭”，提高樁端阻力；在旋噴樁的終凝前采用壓力灌漿補償旋噴樁的收縮，并使基礎底漿液滲透范圍更廣，也保證了旋噴樁與原基礎間緊密膠結，形成一個整體基礎，共同作用。   7結語   綜上所述，聯(lián)合灌法應用于本工程，加固質(zhì)量可靠，并可充分利用原有地基礎，工期短，見效快。該方法工藝簡便，適應范圍廣，配合高壓清水切割排土糾偏，施工操作連貫、流暢，可有效節(jié)省工期，經(jīng)清水切割排土替換部分地基軟土體后可使旋噴樁水泥摻入量大大提高，樁身強度明顯提高，樁徑增大，充分保證加固效果。但值得指出的是清水旋噴糾偏是沉降觀測信息化施工，要求精確地控制沉降值，應謹慎采用。   參考文獻：   [1]建筑地基處理技術規(guī)范.JGJ79-2002[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.   [2]曾國熙，盧肇鈞等.地基處理手冊.中國建筑工業(yè)出版社，1993.   [3]既有建筑地基基礎加固技術規(guī)范.JGJ123-2000.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.