高壓噴射注漿在某教學(xué)樓地基加固中設(shè)計要點分析

郭 良

(龍巖鐵路建設(shè)發(fā)展集團有限公司，福建 龍巖 364000)

0 引言

地基承載力不足、不均勻下沉等是建筑工程中經(jīng)常遇到的問題，此時為保護地表建筑物，必須對地基進行加固，提高地基承載力。高壓噴射注漿是目前常用的技術(shù)手段，有著工期短、成本低、效果好等優(yōu)點，目前在帷幕防滲、地基加固、邊坡防護等方面有著廣泛應(yīng)用。由于該技術(shù)涉及到材料、施工等眾多參數(shù)，因此前期的設(shè)計工作十分重要。

1 工程概況

福建龍巖市武平縣某中學(xué)教學(xué)樓建設(shè)于1995年10月，該教學(xué)樓為2層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，整體布局為矩形。2018年5月，在該大樓東南角處發(fā)現(xiàn)了一個面積約為20 m2的不均勻沉降區(qū)，造成2層靠近該處墻體出現(xiàn)5 cm～10 cm裂縫，經(jīng)檢測部分框架也出現(xiàn)一定裂縫，若不及時處理會嚴重影響大樓使用安全。

2 高壓噴射注漿分類及地基加固形式

高壓噴射注漿技術(shù)本質(zhì)是利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管送至預(yù)定深度，利用高壓(20 MPa～40 MPa)將水泥漿噴射進入土體，破壞土體原有結(jié)構(gòu)，將漿液和土體進行混合后凝固，可在土體中形成固結(jié)體。按照噴射類型不同，主要可分為三種：旋噴、定噴、擺噴(見圖1)，旋噴適合地基加固工程，而后兩者適合帷幕防滲，故在此不再詳述。

高壓旋噴樁主要應(yīng)用于地基加固，可以單個樁分散施工，也可以聚集樁體，具體如圖2所示。由于本項目地面已有建筑，采取樁體分散施工合理。旋噴形成樁體的結(jié)構(gòu)見圖3，從里到外依次為：硬化劑、混合部、壓縮土體[1]。

3 高壓噴射注漿技術(shù)主要參數(shù)設(shè)計分析

為防止本項目教學(xué)樓部分墻體和框架裂縫擴大化，設(shè)計在主框架周圍布設(shè)高壓旋噴樁，依靠樁體承載力和對土體的擠壓力來加固地基[2]。

3.1 高壓噴射注漿參數(shù)設(shè)計分析

3.1.1水泥漿水灰比的確定

高壓噴射注漿技術(shù)漿液主要材料為水泥，如果工程沒有特殊要求，一般選用32.5級以上的普通硅酸鹽水泥完全滿足使用要求。此外，若地質(zhì)條件或其他要求，還可以在漿液中添加附加劑(本項目不涉及，因此不再詳述)。

1)水灰比方案。

水灰比是漿液最重要的參數(shù)，水泥比重越大，形成樁體強度越高，但是也會造成漿液擴散范圍小，無法達到規(guī)定直徑。膠凝時間、結(jié)石率等均會產(chǎn)生較大差別。在此采取試驗手段確定本項目最佳水灰比，對比方案見表1[3]。

表1 水灰比對比方案

2)試驗結(jié)果分析。

本次試驗主要對注漿體檢驗的參數(shù)包括：抗壓強度、擴散半徑、結(jié)石率。試驗結(jié)果見圖4,表2。

由圖4可知：

1)隨著水灰比的減小，試件抗壓強度在逐步增大，其中1號、2號最終維持在3 MPa～5 MPa，3號、4號維持在10 MPa左右，5號最終可達23 MPa；

2)固結(jié)體在7 d～28 d期間是凝固主要期，其中5號方案在7 d～14 d期間抗壓強度增大了3倍，3號、4號方案在14 d～28 d期間抗壓強度增大2.5倍。

表2 各配比擴散半徑和結(jié)石率數(shù)據(jù)

由表2可知：

1)隨著水灰比的減小，擴散半徑在逐漸減小，而結(jié)石率在逐漸增大；

2)擴散半徑均能達到設(shè)計值，結(jié)石率越高樁體整體性越強，3號、4號、5號相對合理。

綜合分析：5號方案在抗壓強度、凝結(jié)時間、擴散半徑、結(jié)石率等方面均滿足要求，而且本項目會在重點加固區(qū)域配合注漿施工，因此對旋噴范圍要求較小，所以建議本項目選擇漿液水灰比為0.5∶1。

3.1.2噴漿參數(shù)設(shè)計

1)注漿壓力和注漿量的計算。

目前高壓噴射注漿技術(shù)的注漿量Q有兩種理論算法：體積法、噴量法，最后取兩者較大值作為施工參考，計算公式分別見式(1)，式(2)[4]。經(jīng)過計算：Q=4.3 m3。

(1)

其中，D為旋噴樁體直徑，m；K為填充率，0.75～0.9；H為旋噴長度，15 m；α為折減系數(shù)，0.6～1.0；β為損失系數(shù)，0.1～0.2。

(2)

其中，v為注漿管提升速度，m/min；q為單位時間噴漿量，m3/min。

2)樁體直徑及長度。

旋噴樁體直徑確定較為復(fù)雜，只能依靠經(jīng)驗和其他類似工程相結(jié)合，根據(jù)大量相關(guān)工程總結(jié)經(jīng)驗，高壓旋噴樁體設(shè)計直徑參考值如表3所示。本項目地基屬于粘性土，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為3，所以設(shè)計直徑0.6 m。

樁體長度以進入堅硬地層為標(biāo)準(zhǔn)，且要滿足地基變形允許值。本項目穩(wěn)定地層為粉質(zhì)砂巖，埋深約13 m，設(shè)計進入穩(wěn)定巖體2 m～3 m，暫定樁體長度為15 m。

3.2 樁體承載力及地基變形計算分析

1)單樁豎向承載力。

由于本項目設(shè)計采用單樁加固，確定單樁豎向承載力Ra可以采用“現(xiàn)場試驗+理論計算”確定，其中理論計算見式(3)，在此估算Ra=396 kN，強度足夠滿足本項目加固要求。

Ra=η×fc×Ap

(3)

其中，η為樁身強度折減系數(shù)，0.7；fc為試塊28 d養(yǎng)護后抗壓強度；Ap為樁體橫截面。

2)地基變形計算。

當(dāng)對地基加固時，必然會壓縮土體，使其產(chǎn)生一定的變形，若變形量較大，則會對建筑產(chǎn)生破壞，得不償失，因此在加固前必須對地基變形量進行計算，壓縮模量Bs計算公式見式(4)，經(jīng)計算地基變形量在100 mm以下，若注漿處理好，必然不會對建筑產(chǎn)生影響，因此滿足要求，以上設(shè)計均科學(xué)合理。

(4)

其中，Ec為樁間土壓縮模量；Ep為樁體壓縮模量；Ae為單根樁體處理面積；Ap為樁體橫截面。

4 結(jié)語

經(jīng)過高壓旋噴樁和重點區(qū)域的注漿加固，該教學(xué)樓地基加固項目取得了很好的效果。施工結(jié)束3個月后對地基沉降進行觀測，沉降量很小，完全在允許值范圍內(nèi)，教學(xué)樓整個框架處于穩(wěn)定狀態(tài)，將墻體裂縫處理后已經(jīng)投入正常使用。高壓噴射注漿技術(shù)使用范圍很廣，但需要緊密結(jié)合工程地質(zhì)設(shè)計，保證各項設(shè)計參數(shù)的科學(xué)合理，否則加固效果無法保證。