水泥灌漿加固高回填地基

貴州省建筑設計研究院 貴陽 550002

1 工程概況

茅臺酒股份有限公司“十五”二期建設工程3#、4#酒庫位于茅臺酒廠新建設區(qū)南家灣， 南北兩側緊臨“十五”一期所建1～7#酒庫，擬建3#、4#酒庫距1～7#酒庫15 m。2 棟酒庫相同，每棟建筑面積9 879 m2，為5 層框架結構， 設計±0.00 m標高分別為467.00 m、465.00 m。場區(qū)原始地貌為一較大的沖溝，沖溝縱向坡度10～15°，兩側坡度為45°，最枯流量2～3 L/s，終年不枯， 場區(qū)邊坡穩(wěn)定，不會產(chǎn)生滑坡或大的塌方等不良現(xiàn)象，沖溝被無序堆積回填，原有排洪暗溝蓋板多處斷損，溝道多處阻塞，上部回填土平均厚15～20 m，最厚達30 m，均為幾年前及近期回填堆填的不均質土，主要為塊石和紫紅色泥巖等，未經(jīng)夯實，結構十分松散，其水平變形和自重固結變形引起的地面沉陷或開裂隨處可見。另外，建設方對建筑的抗震、傾斜及沉降等方面要求甚高，不允許出現(xiàn)任何質量缺陷。

2 處理方案

針對以上情況，我們組織建設單位、地質勘探單位、設計單位、監(jiān)理單位對強夯、人工挖孔樁、碎石擠密樁及機械成孔水泥灌漿等4 個基礎處理方案進行比選，最后經(jīng)有關專家多次論證，采用了機械成孔水泥灌漿加固地基的處理方案，其原理為通過鉆孔向土層中壓入水泥漿，充填在土體的孔隙和裂隙中凝固結石，以此改善地基的物理力學性質，提高地基的強度，減少變形， 限制地下水的流動和控制現(xiàn)場土體的位移等， 提高填土水穩(wěn)性。 水泥漿的優(yōu)點是形成強度較大和滲透較小的結石，既可用于防滲又可用來加固地基，并要求經(jīng)過設計處理后的地基承載力須達到150 kPa，壓縮變形模量7 MPa。

3 實施方案

根據(jù)3#、4#酒庫的地質條件和地形條件以及可灌性，灌漿孔采用3 m×3 m（一般孔距為1～2 m）的梅花形網(wǎng)布置，灌漿孔各340 個，根據(jù)《巖土工程勘察報告》灌漿設計孔深平均按20 m，灌漿進尺為6 800 m，3#、4#酒庫的總進尺為13 600 m。

根據(jù)《巖土工程勘察報告》得知土的孔隙比為1.01，最大干密度1.74 kN/m3。為防止造成漿液的浪費和損失，擬建建筑物周邊84 個孔最先按工序實施灌漿，采用自上而下的灌漿工藝，使之形成一個封閉邊界；擬建建筑物內(nèi)采用自下而上的灌漿工藝，2種工藝均采用純壓式灌漿方法。

由于地層、巖土工程條件的差異，有些因素在設計中很難事先預料，技術參數(shù)也難事先確定，應在開展設計前，最遲應在機械進場后，先進行灌漿試驗并經(jīng)載荷試驗及室內(nèi)試驗獲得試驗數(shù)據(jù)，然后調整設計參數(shù)和方案。

根據(jù)試驗指標和巖土的可灌性、滲入性及漿液的流變性，確定灌漿壓力的大小和灌漿半徑、配合比、吸漿量，從而進行灌漿設計。

劈裂灌漿注漿壓力，黏土中宜選用0.2～0.3 MPa，砂土中宜選用0.2～0.5 MPa，但3#、4#酒庫區(qū)采用的是充填灌漿，其壓力應小于0.2 MPa或小于上覆土層的自重壓力，防止土體的結構被破壞；為防止注漿壓力的冒漿注漿點上的覆蓋土厚度應大于2 m。

注漿順序應按跳孔間隔注漿方式進行，本工程采用三次加密法逐漸加密，并采用先外圍后內(nèi)部的注漿施工方法；對于滲透系數(shù)相同的土層，首先應注漿封頂，然后由下而上注漿，防止注漿上冒。如土層的滲透系數(shù)隨深度而增大，則應自下向上注漿。

為了防止因灌漿形成“地下水庫”，危及整個場區(qū)的安全，設計時應充分考慮地下水的排泄和廢棄排洪溝的利用。具體措施是在排洪溝高程以上進行灌漿，防止排洪溝堵死。另外在水利帷幕灌漿時先灌下游排孔使地下水流速減緩或形成靜水，然后灌上游各排孔，灌漿工藝上采用與水利相反的處理措施。

施工前和結束后都必須進行檢測，應作載荷試驗共計6 臺（灌漿前做3 臺，灌漿后做3 臺）進行效果比較，做動力觸探2～3條剖面，目的是了解處理后地基的均勻性和強度；做壓水實驗了解加固后孔隙的填充情況及滲透性。

為了取得試驗數(shù)據(jù)進行具體的設計，同時盡量減少浪費，選取處理地基的一角進行試驗，試驗區(qū)12 m×12 m、終孔孔距為3 m,共25 個孔。

灌漿試驗工作隨即展開，結束后經(jīng)檢測設計對方案進行了調整，正式灌漿于次年1月初開始，4月初結束。水泥灌漿加固高回填地基總施工工期8 個月。

4 施工過程中出現(xiàn)的主要問題及控制要點[1-4]

4.1 地面冒漿

場地僅進行了表面碾壓，其蓋重層密實度及厚度均不夠，在灌漿過程中冒漿現(xiàn)象較為普遍，造成水泥漿體的流失，投資的浪費。

控制要點：表面封堵需派專人留守孔口，對冒漿點進行表面的夯實和封堵；加濃漿液時水灰比由正常時的0.8調整到0.5；間隙灌漿過程中經(jīng)表面封堵無效后暫停灌漿，待水泥初凝后（4～6 h）再進行復灌，直至達到設計壓力或冒漿范圍才結束。

4.2 吸漿量大

填土不均、 孔隙和裂隙較大是造成吸漿量大的幾個主要原因。

控制要點：加濃漿液，間歇灌漿(最多達11次)；孔口水沖砂或漿沖砂，用砂子先進行填充封底后再進行水泥灌漿。

4.3 串漿

即漿液從其他本不該在當時灌漿的鉆孔流出。

控制要點：加大第1次序孔間的距離；適當延長相鄰孔施工時間的間隔；用止?jié){塞塞于被串孔串漿部位上方2～3 m處；兩相鄰串漿孔同時灌漿。

4.4 漿液過量流失到非灌漿部位

由于在高回填土區(qū)域進行灌漿，土工狀況不良，極易造成漿液過量流失到非灌漿部位。

控制要點：采用低壓或自流灌漿；采用較濃漿液；加速凝劑；加粗骨料；間歇灌漿；控制灌漿施工程序，先封閉外圍及底部。

4.5 可灌性差

高回填土區(qū)域土質均勻性差，因此也會造成灌漿時的可灌性差。

控制要點：通過試驗，選擇適用漿液和配比；適當加大壓力；漿液中加緩凝劑、流動劑等。

4.6 灌漿中斷

灌漿過程中難免會有各種因素干擾，造成灌漿中斷。

控制要點：中斷時間超過30 min時應立即設法沖洗灌漿孔、泵及灌漿管；恢復灌漿時，開始應采用初始漿液比；如吸漿量與中斷前相似，可采用中斷前配比。

4.7 地面或附近建筑物變形

施工區(qū)域離已建成的一期1～7#酒庫僅15 m，加之土工狀況不良，稍有不慎便會造成地面及附近建筑物變形。

控制要點：事先布置變形觀測點，隨時監(jiān)測；立即停止灌漿，分析原因，調整壓力及灌漿量。

5 實施效果

灌漿結束后，檢測單位進行了載荷試驗，動力觸探、大密度試驗、聲波檢測，效果較理想，完全滿足設計要求。但與采用人工挖孔樁的地基相比，投資增加了逾30%，工期增加了1 倍。

該工程已于2008年建成投入使用，經(jīng)過幾年的建筑物沉降觀測及變形觀測，完全符合規(guī)范要求，建設單位對此非常滿意，給予參建各方高度評價。

6 結語

經(jīng)實踐證明，利用水泥灌漿來加固高回填地基，特別是處理回填土較深（20 m以上）、填土不均勻、土質較復雜的高回填地基是切實可行并有效的。盡管其投資較人工挖孔樁增加30%以上，工期增加了1 倍，但避免了人工挖孔樁所存在的安全風險，可供其他類似工程借鑒。