某項目地基流土空洞填充處理研究

任 長 青

(上?？辈煸O計研究院(集團)有限公司，上海 200000)

近年來，隨著城市建設的高速發(fā)展，地下空間得到有效開發(fā)利用，基礎埋置深度不斷增大，尤其是在導致地下水位激增的極端天氣下，地下室抗浮能力存在較大的安全風險，有發(fā)生地下室整體上浮或底板被沖破的可能性。對于底板位于砂性土地層的工程，一旦底板被沖破將會出現流沙現象，若發(fā)現不及時或處理措施不得當，地下室底部將很快被掏空，造成災難性的后果[1]。本文結合具體工程實例，研究總結了對地下室底板地基土空洞填充處理的措施，為處理類似工程問題提供經驗和方法。

1 工程概況

本工程位于上海市區(qū)，由15棟高層住宅、12棟高層寫字樓、超市、百貨樓等多幢建筑組成，場地整個地塊內設地下1層車庫，底板厚為500 mm，墊層厚度150 mm，地下室埋深約5.5 m～6.0 m。

車庫投入使用后，受臺風影響上海普降暴雨，地下水位突然上升，地下室所受浮力會突然增加。本工程在暴雨過后，突然出現了地下室南側一個集水坑底板被沖破的險情，集水坑底板被沖破后涌出大量泥沙及地下水，涌出泥沙量約150 m3。集水井大樣圖見圖1。

事后采取了有效的封堵措施，雖然集水坑出水口被封堵，但地下室底板下由于流土形成了大范圍的空洞，空洞部位底板和地基土脫空，若不處理會有以下不利效果[4]：

1)地下室底板直接和地下水接觸，長期浸泡對底板防水不利；

2)地基土抗力和水浮力發(fā)生應力重分布，對地下室底板受力不利；

3)樁基頂面一定范圍無地基土，降低樁基承載能力，對樁基水平承載能力影響也較大；

4)地下水對底板長期浸泡，增加底板混凝土及鋼筋的腐蝕，可能降低底板的使用年限。

因此要求采取有效措施對本次流土空洞進行填實，以保證建筑物的安全和正常使用。

2 流土空洞范圍的確定

2.1 探測方法原理

地質雷達是利用介質間的電導率、介電常數等電性差異對高頻電磁波(主頻為數十兆赫至數百兆赫)的反射來探測地下目標體的。在地下一定深度內如果存在有異常物體，并且其與周圍介質間存在明顯的電性差異時，用地質雷達天線在地表向地下發(fā)射高頻電磁波，當在地下傳播的電磁波遇到異常物體與周圍介質電性分界面時就會被反射回地表被接收天線接收。

采用剖面法進行地質雷達探測時，先在所需探測的場地布置測線，保持發(fā)射天線和接收天線之間固定的距離，沿測線同步平行移動收發(fā)天線，探測到的雷達圖形，以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負峰分別以黑、白色表示，或者以灰階或彩色表示。這樣，同相軸或等灰線、等色線，即可形象地表征出地下反射面。在波形記錄圖上各測點均以測線的鉛垂方向記錄波形，構成雷達剖面。對雷達剖面進行解釋，可判定地下反射體的形態(tài)、埋深、大小等參數。

2.2 儀器設備

本次探測采用了目前國際上性能較好的美國GSSI公司生產的SIR-20多通道高速地質雷達，采用了新一代雷達數據采集系統(tǒng)，SIR-20通過集成強大的數據采集單元和基于RADANNT快速數據處理軟件的GSSI系統(tǒng)，改革了GPR產業(yè)。圖2為SIR-20多通道高速地質雷達系統(tǒng)。

2.3 探測空洞范圍確定

由于現場條件所限，探測范圍為北側一部分。根據地質雷達探測結果，流土范圍邊界與集水坑中心距離在20 m左右，空洞圍繞集水坑中心呈近似圓形分布，圖3陰影范圍為脫空區(qū)域，分局空洞分布特點及基坑圍護圖紙邊界對流土空洞范圍進行推測。根據探測結果及相關推測，最終確定孔洞范圍如圖3所示。

3 處理方法研究

由于本項目底板位于第②3層砂質粉土中，滲透性好，水頭壓力大，處理措施首先要避免形成新的水利通道；其次要盡量減小空洞填充施工對底板、樁基的擾動影響；最后填充完成之后的空洞要達到一定密實度并可以通過有效的手段進行檢測。

3.1 處理方案

經反復比選和計算研究最終采用流動性好、強度高的水泥砂漿及純水泥漿對流土空洞進行填充。根據空洞分布特點，在探測范圍內環(huán)形布置注漿孔，注漿孔口安裝孔口管，管道設置球形閥以防止鉆孔出現涌水現象(見圖4)。注漿孔間距6 m，分兩次注漿，第一次注入水泥砂漿，注漿壓力控制在0.2 MPa～0.3 MPa，第二次用純水泥漿進行劈裂注漿，以加固地基土擾動區(qū)并填充砂漿孔隙，注漿壓力控制在0.4 MPa～0.5 MPa。注漿順序為由內向外，兩次注漿間隔根據試塊的養(yǎng)護強度確定，一般第一次漿液試塊強度達到最終設計強度的30%時，實施第二次注漿。注漿材料和具體做法如下所示。

水泥砂漿：

1)水泥采用P.O42.5級普硅水泥，要求新鮮、干燥、無結塊現象；

2)選用粒徑小于2 mm的細砂，含泥量小于3%；

3)水泥∶細砂∶水=1∶10∶2。

純水泥漿：

1)水泥采用P.O42.5級普硅水泥，要求新鮮、干燥、無結塊現象；

2)水灰比0.8～1.0；

3)為防止固體顆粒離析和襯墊，水泥凈漿中加入5%膨潤土。

3.2 監(jiān)測與檢測

監(jiān)測：為保證施工順利進行，施工開始前及施工過程中做好監(jiān)測工作，監(jiān)測內容如下：

1)流土空洞填充范圍地下水位的觀測，根據觀測結果指導設計施工；

2)注漿孔附近結構柱及底板沉降觀測，根據沉降觀測結果調整注漿壓力和施工速率；

3)施工過程中加強現場巡視，特別是注漿孔封閉效果，避免涌水漏水。

檢測：

1)施工過程中采用第二批注漿孔兼做檢測孔，采用輕便觸探方法進行地基土檢測，判斷注漿效果和擾動范圍，為第二次注漿施工提供依據。

2)輕便觸探[3]試驗檢測時間應根據現場施工情況及地下水位情況進行調整，輕便觸探擊數大于7擊～8擊則判斷為無擾動地基范圍，通過輕便觸探數據的連續(xù)性可判斷水泥砂漿的填充密實程度。

3)全部施工完成后，在注漿范圍內隨機開洞鉆取芯樣以判斷加固效果。

從檢測結果來看(見圖5)，已注漿孔位，輕便觸探總擊數較高，基本滿足了設計要求，達到了填實孔洞的目的，如7號、8號、11號和15號孔，最深的填實深度已達3 m，部分孔位是二次注漿，由于第一次所注砂漿已經凝固，強度較高，輕便觸探無法進行，如1號、4號和14號孔位。對未注漿孔位17號～21號孔進行檢測時，球形閥打開后，未見地下水，并且，孔下一定深度也檢測到了水泥砂漿，說明周圍注漿孔的水泥砂漿流到了未注漿孔的下邊，對未注漿孔位下的孔洞進行了填充。對未注漿孔18號、19號和注漿孔8號的強度檢測結果進行比較，發(fā)現18號、19號孔的強度相差不多，但明顯比8號孔強度小，說明注漿效果明顯。

4 結論和建議

通過總結研究本工程處理方法，得出主要結論和建議如下：

1)由于流土的發(fā)生會在地下室底板下形成空洞，地下室底板與地基土脫空可能影響建筑物安全和正常使用，建議及時對流土空洞進行填充處理。

2)當現場不具備探測空洞范圍的條件時，可探測其中一小部分，推測出其他區(qū)域，實施過程中根據實際情況再進行調整。

3)建議采用兩次注漿進行填充處理，第一次采用水泥砂漿填充空洞，第二次采用純水泥漿填充擾動區(qū)范圍內土體及水泥砂漿孔隙。

4)合理設置注漿順序，注漿過程中密切關注監(jiān)測和檢測結果并及時進行調整，避免再次出現涌水現象。

5)第一批注漿孔施工完畢1 d～3 d后進行輕便觸探試驗，檢驗擾動區(qū)及水泥砂漿填充質量，為第二次注漿提供依據，第二批注漿孔可兼做試驗孔。

參考文獻:

[1] 劉德海.建造過程中地下室抗浮失效臨界狀態(tài)與控制方法研究[D].青島：青島理工大學,2014.

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[4] 彭永恒,馬 榮.水泥混凝土路面脫空的壓漿技術及應用[J].大連民族學院學報,2009,11(1):64-66，87.