某工程濕陷性黃土地基沉降分析及處理

徐 自 平

(太原富力城房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

濕陷性黃土廣泛分布于我國華北、西北地區(qū)，由于濕陷性黃土的不良工程特性，給廣大黃土地區(qū)的建設(shè)工程帶來諸多安全隱患，濕陷性黃土對(duì)工程的主要危害表現(xiàn)為遇水后，土的大孔隙結(jié)構(gòu)的破壞，產(chǎn)生顯著的濕陷性變形，從而引起地基下沉。如何處理濕陷性黃土地基，前人已有諸多研究，比如墊層法、強(qiáng)夯法、預(yù)浸法、擠密法、樁基礎(chǔ)等。本文從工程實(shí)例介紹濕陷性黃土地基沉降注漿加固處理情況。

2 工程地質(zhì)條件

本工程位于太原市東山地區(qū)，場地地形起伏較大，溝壑為東北～西南走向，整個(gè)地形東高西低，南北高，中間低，標(biāo)高介于871.26 m～833.23 m，最大高差39.03 m，場地地貌屬東山黃土丘陵地貌，場區(qū)地層在勘探深度范圍內(nèi)成因類型為第四系中更新以來形成的松散沉積物組成。地基土自上而下可劃分為6層。

第①層，濕陷性黃土：黃褐色，含云母、氧化鐵、氧化鋁、鈣質(zhì)結(jié)核、菌絲等，孔隙發(fā)育，稍濕，稍密，具中等偏高壓縮性，搖振反應(yīng)中等，無光澤，干強(qiáng)度及韌性低。該層具有濕陷性，屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土，層底平均標(biāo)高831.2 m，平均厚度14.5 m，實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)介于2擊～16擊，平均6.6擊。靜力觸探側(cè)壁阻力213.8 kPa，錐尖阻力3.46 MPa，地基承載力特征值為120 kPa。

第②，③層，粉土，地基承載力特征值分別為160 kPa，180 kPa。

第④，⑤，⑥層，粉質(zhì)黏土，地基承載力特征值為240 kPa，300 kPa，320 kPa。

3 地基處理方案

本工程規(guī)劃高層住宅6棟，地庫1座，其中住宅樓地上27層～28層，地下4層；地庫地下3層，層高為4.5 m，地庫單層面積約2.1萬m2。

為消除濕陷性，并增強(qiáng)地基承載力，設(shè)計(jì)方案采用素土擠密(DDC樁)對(duì)地庫地基進(jìn)行處理，住宅樓均采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。地庫基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為841.54 m，場地標(biāo)高不足部分(溝壑)采用素土分層回填至樁頂預(yù)留覆土層標(biāo)高處，素土壓實(shí)系數(shù)不小于0.94，溝側(cè)壁接觸位置應(yīng)先清至老土，與原土接茬處應(yīng)按1∶2錯(cuò)臺(tái)搭接處理。

DDC樁樁徑400 mm，夯擴(kuò)至600 mm，三角形布置，間距900 mm，有效樁長6 m(回填區(qū)有效樁長14 m)，總樁數(shù)32 638根，其中6 m樁長20 464根，14 m樁長12 174根，樁頂鋪設(shè)0.5 m厚2∶8灰土，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，地基處理后的承載力特征值不小于170 kPa，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93，樁體夯實(shí)壓實(shí)系數(shù)不小于0.96。

在地基處理施工過程中，場地東北角12號(hào)住宅樓位置出現(xiàn)一地勘探孔冒水現(xiàn)象，現(xiàn)場勘查并經(jīng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)后，確認(rèn)為地下承壓水。后根據(jù)設(shè)計(jì)意見，對(duì)地勘探孔進(jìn)行了注漿封堵處理。為慎重起見，確保建筑物地基安全，建設(shè)單位立即組織了專家論證會(huì)，經(jīng)充分討論，專家意見如下：

1)住宅樓采用鋼筋混凝土灌注樁樁基方案可行。

2)地庫地基處理(DDC樁)已完工部分可不作處理。

3)后續(xù)地庫地基處理方案必須完全消除濕陷性。

根據(jù)專家意見，經(jīng)設(shè)計(jì)同意，冒水孔附近地庫區(qū)域地基處理方案調(diào)整為CFG樁。本工程進(jìn)行的復(fù)合地基承載力、有效樁長范圍內(nèi)樁間土濕陷性均、樁間土平均擠密系數(shù)等檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求。

4 地基沉降情況

工程于2015年10月竣工，自2016年5月，該地庫陸續(xù)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)墻體裂縫，住宅樓和地庫沉降后澆帶位置裂縫尤為嚴(yán)重。第三方監(jiān)測(cè)單位的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明地庫結(jié)構(gòu)不均勻沉降明顯。為探明地基沉降原因，根據(jù)設(shè)計(jì)意見，建設(shè)單位委托第三方檢測(cè)單位對(duì)地基處理范圍進(jìn)行了土層鉆孔取樣，檢測(cè)結(jié)果表明：場地自西南往東北方向土樣含水率逐步上升，遠(yuǎn)超出正常含水率指標(biāo)，東側(cè)部分探孔甚至出現(xiàn)明水。經(jīng)現(xiàn)場勘查，排除了室、內(nèi)外管網(wǎng)漏水可能性，故判定為12號(hào)住宅樓處地下承壓水?dāng)U散，主要沿東北～西南方向(溝壑回填區(qū))滲入地庫地基處理范圍，部分地基土遇水發(fā)生濕陷，造成地基局部沉降。

5 沉降主要原因分析

1)回填土施工質(zhì)量：為達(dá)到土方平衡，節(jié)約成本之目的，地基處理范圍存在大面積填方區(qū)，雖然壓實(shí)系數(shù)抽樣檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求，但存在壓實(shí)質(zhì)量問題風(fēng)險(xiǎn)。

2)設(shè)計(jì)缺陷：根據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范建筑物分類，住宅樓屬甲類、地庫屬于乙類，其中第6.1.1條規(guī)定甲類建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷性或采取樁基礎(chǔ)穿越全部濕陷性黃土層、乙類建筑應(yīng)消除部分濕陷性。但本工程地庫非獨(dú)立建筑物，和高層住宅樓地下結(jié)構(gòu)相連，尤其是在地庫濕陷性黃土地基受水浸濕風(fēng)險(xiǎn)較大的情況下，地基按甲乙兩類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理明顯不妥，地庫地基應(yīng)嚴(yán)格處理，消除濕陷性黃土的全部濕陷性，以減少住宅和地庫地基沉降不均勻帶來的影響。

3)對(duì)地下水未采取有效處理措施：濕陷性黃土的特性決定了解決地基浸水、泡水問題的重要性，防水的原則是“堵排結(jié)合”。施工時(shí)對(duì)地下水未考慮預(yù)留降水井強(qiáng)排方案，致使地下承壓水通過地基薄弱部位進(jìn)行了滲透。

6 加固處理

針對(duì)局部回填土較厚，部分區(qū)域DDC樁未穿透濕陷性黃土層，持力層土仍具有濕陷性情況，為確保結(jié)構(gòu)安全，控制建筑物繼續(xù)沉降，并結(jié)合地庫內(nèi)現(xiàn)場施工條件，采用雙液注漿法對(duì)整個(gè)地庫地基進(jìn)行加固。以達(dá)到消除濕陷性，提高地基承載力，控制整體不均勻沉降效果。雙液注漿施工工序：注漿孔定位→鉆孔埋管→配置漿液→壓力注漿→孔口清理。

1)注漿孔定位：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定孔位，孔間距10 m，有障礙物處，孔間距可適當(dāng)調(diào)整。

2)鉆孔埋管：地庫鋼筋混凝土地面采用水鉆開孔，然后用M50鉆機(jī)鉆孔，鉆孔深度(基底以下)14 m，確保鉆孔深度穿越回填土深度，并大于濕陷性黃土層平均厚度，成孔后預(yù)埋袖閥管、灌注套殼料、固定袖閥管，待袖閥管固定24 h后具備注漿條件。

3)配置漿液：套殼料配合比為水泥∶粘土∶水=1∶1.5∶1.88(重量比)，注漿材料采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)3.2，配合比為水泥∶水∶水玻璃=1∶0.8∶0.33(重量比)，注漿材料中含有速凝劑，能減小注漿過程的附加沉降。

4)壓力注漿：雙液注漿壓力2 MPa，每個(gè)孔注漿量約65 t(根據(jù)注漿試驗(yàn)數(shù)據(jù))，現(xiàn)場以實(shí)際注漿壓力達(dá)到2 MPa或基礎(chǔ)底板小幅抬升為準(zhǔn)。注漿時(shí)，自孔底至孔頂分段灌注，整個(gè)注漿過程基本連續(xù)，發(fā)現(xiàn)冒漿現(xiàn)象立即停止注漿，并設(shè)法封堵冒漿口，換孔進(jìn)行注漿或待注漿液稍凝后再注漿，嚴(yán)重冒漿或漏注點(diǎn)，進(jìn)行補(bǔ)注，對(duì)注漿孔堵塞或袖閥管損壞造成注漿壓力不到設(shè)計(jì)要求的，應(yīng)在原來位置重新開孔注漿，注漿期間，每天進(jìn)行施工沉降觀測(cè)，監(jiān)控注漿產(chǎn)生的附加沉降，確保結(jié)構(gòu)安全。

5)孔口清理：停止注漿后用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿(加膨脹劑)封孔，并恢復(fù)地面原樣。

7 加固處理效果

雙液法注漿施工全部完成后，第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)地庫所有個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)均按照1次/30 d的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行沉降觀測(cè)，150 d觀測(cè)期內(nèi)測(cè)點(diǎn)最大沉降速率為0.02 mm/d，小于規(guī)范沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求，說明地庫沉降已趨于穩(wěn)定或者沉降不明顯。

8 結(jié)語

濕陷性黃土地基處理方法很多，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況和不同的基礎(chǔ)形式，選用合理的地基處理方案，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。通過此例工程可以發(fā)現(xiàn)，雙液注漿加固法是降低濕陷性黃土地基沉降的一種有效方法。