步進(jìn)式注漿工法在深厚填土地基建筑物抬升中的應(yīng)用

崔學(xué)棟

北京恒祥宏業(yè)基礎(chǔ)加固技術(shù)有限公司 北京 100097

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量建設(shè)工程如雨后春筍般紛紛落地。在施工過程中，現(xiàn)有平坦地形地貌能大大減輕工程中的土方工程量。但現(xiàn)實(shí)情況往往是現(xiàn)有地形地貌高低起伏，為達(dá)到施工目的，必然存在大量填方、挖方工程，填方厚度在幾米甚至幾十米的情況都會(huì)出現(xiàn)。坐落在這種深厚填土基礎(chǔ)上的建筑物雖按照要求必須進(jìn)行地基處理，但是受現(xiàn)有勘察設(shè)計(jì)的局限性及施工過程中的各種操作疏忽等因素的影響，在建成后仍然出現(xiàn)各種影響使用的不均勻沉降。對(duì)這類建筑物抬升糾偏的需求在近年來(lái)明顯增長(zhǎng)。

注漿技術(shù)經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，已經(jīng)在建筑物抬升糾偏等方面取得了較為廣泛的應(yīng)用[1]。由于注漿工程在理論研究上的欠缺，現(xiàn)實(shí)情況下注漿效果的好壞更多地與施工單位的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。

許多注漿工程往往只停留在“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的階段，哪里沉降注哪里，抬升到位就撤場(chǎng)，并沒有針對(duì)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降的原因進(jìn)行根源性整治。這就很容易導(dǎo)致建筑物發(fā)生二次沉降，二次沉降后再次注漿抬升的不良循環(huán)。

本文根據(jù)在深厚填土多次注漿抬升建筑物的施工經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化完善后提出步進(jìn)式注漿工法，此方法從根源上解決了由于深厚填土不均勻性和高壓縮性造成的建筑物不均勻沉降問題。

1 工法介紹

步進(jìn)式注漿工法分為3個(gè)步驟，具體如下：加固補(bǔ)強(qiáng)墊層→地基抬升加固平臺(tái)→柱下樁基支撐。

1.1 加固補(bǔ)強(qiáng)墊層

為了保證強(qiáng)度和排水暢通，設(shè)計(jì)時(shí)通常在深厚填土的建筑物筏板下鋪設(shè)砂石墊層。該工法首先對(duì)筏板以下的砂石墊層進(jìn)行滲透注漿，此時(shí)漿液滲入砂石間的孔隙，固結(jié)砂石，從而形成了新的結(jié)構(gòu)體，增加砂石墊層的強(qiáng)度和密實(shí)度。

同時(shí)，通過漿液膠結(jié)作用與墊層上部筏板緊密膠結(jié)連在一起，形成加厚的筏板基礎(chǔ)。加厚的筏板基礎(chǔ)也能保證后續(xù)抬升力的均勻分布，避免出現(xiàn)局部抬升速度過快，在抬升過程中產(chǎn)生新的裂縫。

1.2 地基抬升加固平臺(tái)

當(dāng)對(duì)墊層加固補(bǔ)強(qiáng)施工完畢后，對(duì)墊層以下一定深度的地基進(jìn)行壓密注漿。在壓密注漿過程中，剛開始注漿時(shí)，漿柱的直徑和體積較小，壓力主要是水平方向的，此時(shí)漿柱擠壓周圍土體；隨著注漿量的加大，漿柱體積增加，將產(chǎn)生較大的向上壓力，此時(shí)漿柱抬升傾斜建筑物[2]。由于填土屬于非飽和土，故壓密注漿擠密效果較明顯，同時(shí)填土多為人工填土，不均勻性較高，壓密注漿的漿液總是擠向不均地基中的薄弱土區(qū)，從而使土體的變形性質(zhì)均一化。

通過壓密注漿后，地基承載力增加，土體的強(qiáng)度和防滲性能得到改善。

1.3 柱下樁基支撐

當(dāng)墊層加固補(bǔ)強(qiáng)和地基抬升加固平臺(tái)施工完畢后，由于土中已注入大量漿液，由原先的天然重度變?yōu)閺?fù)合重度，大大增加了土體的自重應(yīng)力。注漿前后的重度關(guān)系如公式（1）所示。

式中：γ復(fù)合——注漿后復(fù)合地層重度；

γ漿液——漿液重度，γ漿液＝（1 000 W＋3 100）/ （1＋W），W為水灰比；

γ填土——填土重度；

a——注入率。

為了控制復(fù)合土層變形，在抬升加固平臺(tái)下施作不規(guī)則圓柱體的復(fù)合樁基。復(fù)合樁基由漿液注入填土層的漿液柱凝固形成。如果填土地基內(nèi)有樁基，則復(fù)合樁基即在原有樁基周圍注漿形成，復(fù)合樁基的形狀類似上小下大的擴(kuò)底樁形狀。

該樁底面積和樁身直徑較大，不但擴(kuò)大了樁底支撐面積，又增加了樁周的摩阻力，復(fù)合樁基的存在也會(huì)減少建筑物的沉降。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將注入地基中的漿液作為新增加的附加應(yīng)力考慮，不規(guī)則樁基的承載力至少能承擔(dān)這部分荷載。計(jì)算復(fù)合樁基沉降時(shí)，可以參考復(fù)合地基沉降計(jì)算模型。

通過層層加固的方式，加固補(bǔ)強(qiáng)墊層、地基抬升加固平臺(tái)和不規(guī)則復(fù)合樁基形成支撐體系，實(shí)現(xiàn)建筑地基提高承載力，穩(wěn)固地基的目的，使地基達(dá)到沉降穩(wěn)定狀態(tài)。步進(jìn)式注漿工法如圖1所示。

圖1 步進(jìn)式注漿工法示意

2 工法原理及適用性分析

在步進(jìn)式注漿工法中，地基加固平臺(tái)和不規(guī)則復(fù)合樁基借鑒了地基處理中散體樁復(fù)合地基原理。其具體的原理如下：注漿形成的復(fù)合地基包括注漿加固區(qū)和注漿加固區(qū)間土兩部分，因此，可以建立如圖2所示的簡(jiǎn)化模型，將注漿加固區(qū)視作樁體，而注漿加固區(qū)間土則視作樁間或樁周土體。

圖2 注漿加固地基簡(jiǎn)化模型

簡(jiǎn)化成上述模型主要是基于以下原因：

1）注漿加固地基注漿加固區(qū)由于注漿作用，具有一定的黏結(jié)性，其破壞形式以側(cè)向擠出破壞為主。注漿加固區(qū)可進(jìn)行壓縮，其破壞形式與散體樁相同，因此步進(jìn)式注漿工法相關(guān)計(jì)算可借鑒散體樁的計(jì)算方法。

2）由于注漿加固土層為填土，注漿加固區(qū)需要周邊土體的圍箍作用才能維持注漿加固區(qū)形狀，這與散體樁的性狀一致。

3）在上部荷載作用下，注漿加固區(qū)依靠周邊填土提供的被動(dòng)土壓力維持注漿加固區(qū)的平衡，這與散體樁的承載性狀一致[3]。

上述模型與真正的散體樁有所不同，散體樁樁身沒有黏結(jié)強(qiáng)度，而注漿加固區(qū)有一定黏結(jié)強(qiáng)度；注漿加固區(qū)橫斷面也大于散體樁。但是忽略這些不同點(diǎn)，注漿加固地基模型對(duì)地基承載力以及控制變形是偏于安全的。

現(xiàn)有注漿抬升技術(shù)，在高壓注漿抬升過程中，有可能對(duì)建筑物基礎(chǔ)形成沖擊性破壞，導(dǎo)致基礎(chǔ)底部局部起鼓，甚至開裂。針對(duì)此問題，步進(jìn)式注漿工法區(qū)別于直接在建筑物基礎(chǔ)底部注漿抬升的粗暴式注漿。

首先，通過對(duì)砂石墊層的加固補(bǔ)強(qiáng)，提高了墊層和筏板的強(qiáng)度和整體性，其次，才是對(duì)地基的加固抬升。2次注漿使得抬升力較為均勻地傳遞到建筑物基礎(chǔ)，較為柔和地抬升建筑物。若抬升效果不理想，仍可依靠后復(fù)合樁基壓密注漿來(lái)彌補(bǔ)抬升效果。

現(xiàn)有注漿抬升時(shí)注漿孔開孔多、孔徑大，對(duì)建筑物基礎(chǔ)破壞較大，步進(jìn)式注漿工法在施工時(shí)一孔多用。施工時(shí)，采用后退式注漿工法，一個(gè)注漿孔深部完成復(fù)合樁基，淺部完成墊層加固補(bǔ)強(qiáng)和地基加固抬升，實(shí)現(xiàn)一孔高效化，減少對(duì)建筑物基礎(chǔ)的破壞。

現(xiàn)以西南某地區(qū)的典型工程為例進(jìn)行闡述。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

西南某地區(qū)商貿(mào)城（4F/2F）地塊長(zhǎng)約330 m，寬約310 m，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，地基處理采用強(qiáng)夯法。該地區(qū)原始地形為溝槽地帶，原有一南西—北東—東流向的溪溝，后作為山谷型棄土場(chǎng)，十余年間已進(jìn)行多次大規(guī)?；靥?，現(xiàn)狀地勢(shì)總體呈南西高、北東低的高低平臺(tái)與斜坡交錯(cuò)狀地形。

填埋場(chǎng)內(nèi)形成多處人工填土斜坡，經(jīng)勘察可知，填土未經(jīng)分層碾實(shí)，多拋填形成，坡表無(wú)明顯滑動(dòng)拉伸的痕跡。場(chǎng)內(nèi)地表標(biāo)高232.50～264.74 m，相對(duì)高差約30 m，土堆頂表平緩，呈上緩下陡趨勢(shì)，其間無(wú)高陡的大型人工填土邊坡，坡腳多有水滲出，現(xiàn)棄土場(chǎng)內(nèi)未見滑坡，庫(kù)容穩(wěn)定，全場(chǎng)內(nèi)無(wú)原生基巖出露。

根據(jù)勘察報(bào)告可知，工程場(chǎng)地主要有第四系全新統(tǒng)素填土和粉質(zhì)黏土、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組的砂巖、砂質(zhì)泥巖組成。

素填土為人工回填，主要由粉質(zhì)黏土、砂巖泥巖塊碎石組成，碎塊石含量約占25%，粒徑大小5～35 cm，堆填時(shí)間1～15年不等；局部為雜填土，主要為建筑垃圾及少量生活垃圾，稍濕，上部松散、中部稍密、下部稍密-中密；鉆探揭示厚度4.5～65.8 m，主要分布于整個(gè)場(chǎng)地。

（1）專業(yè)定位不太明確．很多高?，F(xiàn)有的信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)一般只概略性說明人才培養(yǎng)的總體要求和范圍，忽略了結(jié)合自身學(xué)校的特色和定位對(duì)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)清晰的說明，從而導(dǎo)致在培養(yǎng)人才時(shí)目標(biāo)不明確，定位不清晰．

粉質(zhì)黏土殘留于巖面之上，厚度小，棕黃色。

砂質(zhì)泥巖主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，礦物成分主要為黏土礦物，主要為泥質(zhì)膠結(jié)，局部砂質(zhì)含量較高；分布廣泛，揭露最大鉛直厚度36.27 m，為場(chǎng)地主要巖性。

砂巖為細(xì)-中粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，為鈣質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石；分布較廣泛，揭露最大鉛直厚度13.05 m，為場(chǎng)地內(nèi)次要巖性。

施工監(jiān)測(cè)顯示，自2016年1月至2017年4月，發(fā)生了不同程度的不均勻沉降，沉降量26～183 mm。根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，場(chǎng)區(qū)為高壓縮性土，框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑相鄰柱基的沉降差的允許值為0.003L，因此，根據(jù)JGJ 123—2012《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，需對(duì)該單元樓進(jìn)行地基基礎(chǔ)糾偏及加固。

3.2 沉降原因分析

根據(jù)工程勘察資料、沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)等資料分析和現(xiàn)場(chǎng)踏勘了解可知，造成本建筑產(chǎn)生不均勻沉降的原因?yàn)橐韵?個(gè)方面。

1）工程地基主要是由人工填土組成的，地基土受壓后差異沉降嚴(yán)重，地基均勻性很差，因回填土層厚度大，且存在較大碎石，雖經(jīng)過強(qiáng)夯處理，仍存在軟弱下臥層和土層虛浮現(xiàn)象，軟弱下臥層強(qiáng)度不夠是導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降的原因之一。

3）根據(jù)勘察報(bào)告可知，場(chǎng)地原為沖溝，后為棄土場(chǎng)。原先地下水在重力的作用下，向場(chǎng)地內(nèi)低洼地匯集，達(dá)到一定的水位高度后外排。在場(chǎng)地回填后，周圍高地的水仍會(huì)滲流進(jìn)回填土的地基內(nèi)部，達(dá)到一定的程度后，地下水便可以在填土地基內(nèi)自由地流動(dòng)。水的流動(dòng)會(huì)帶走土中細(xì)小顆粒，這個(gè)過程會(huì)造成土中孔隙率增大，從而引起地基下沉[4]。

4）場(chǎng)地內(nèi)回填土壓縮性高，局部浸水濕陷特征比較明顯，因此在地下水作用下，局部回填土發(fā)生濕陷，造成地基下沉。

5）由于勘察外業(yè)工作是在4月份完成的，勘察鉆探孔深度內(nèi)地下水貧乏。而雨季集中在5～10月，同時(shí)地下水類型主要為松散堆積填土中的孔隙水。鑒于商貿(mào)城建設(shè)周期較長(zhǎng)，建設(shè)周期必定跨越雨季。設(shè)計(jì)人員和施工人員對(duì)防水措施重視不夠，導(dǎo)致部分雨水滲入填土，故必然會(huì)降低填土承載力。

3.3 抬升方案設(shè)計(jì)與施工

本項(xiàng)目采用步進(jìn)式注漿工法進(jìn)行抬升，墊層加固補(bǔ)強(qiáng)注漿范圍厚0.6 m，地基加固平臺(tái)處理厚度4.4 m，從而形成厚5.0 m的整體加固平臺(tái)。柱下樁基設(shè)計(jì)在主要承重柱下，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，不規(guī)則樁基分為長(zhǎng)樁和短樁。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

注漿施工工藝采用WSS注漿技術(shù)，漿液選為A、C無(wú)收縮雙液漿，將松軟的土層固結(jié)形成新的結(jié)構(gòu)體，A、C無(wú)收縮漿液凝結(jié)硬化后，不收縮。形成的結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度高、抗?jié)B性強(qiáng)，能達(dá)到地基承載力要求[5]。漿液配比如表2所示。

表1 具體設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4 注漿抬升效果

注漿效果檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和方法根據(jù)注漿目的而定[6]。在注漿施工過程中，頻繁觀測(cè)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)沉降速率大的區(qū)域進(jìn)行反復(fù)注漿加固，以達(dá)到理想的注漿效果。

整個(gè)注漿抬升工程于2017年7月完成，根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，自2017年7月14日至2019年5月28日為止，商貿(mào)城主體數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，相對(duì)穩(wěn)定。

3.5 小結(jié)

由于深厚填土地基的不均勻性和高壓縮性，地基處理的不到位，該商貿(mào)城發(fā)生不均勻沉降。如果只是單純注漿抬升建筑物，由于填土未固結(jié)到位，注漿體隨著下層填土固結(jié)隨同上層建筑物再次沉降的情況極易發(fā)生。

步進(jìn)式注漿工法借鑒于散體樁復(fù)合地基概念，地基加固平臺(tái)對(duì)淺層填土進(jìn)行擠密壓實(shí)，在抬升建筑物的同時(shí)，提高填土的承載力；不規(guī)則復(fù)合樁基處理深度較深，控制復(fù)合土層的變形，彌補(bǔ)地基加固平臺(tái)的抬升效果。抬升施工過程中配合WSS工法，更加精確地控制注漿范圍，可保證加固抬升平臺(tái)和復(fù)合樁基的有效半徑，避免造成漿液浪費(fèi)和污染[7-8]。

通過商貿(mào)城主體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，注漿抬升后2年內(nèi)主體樓相對(duì)穩(wěn)定，說明該工法在深厚填土中的建筑物抬升效果是長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

步進(jìn)式注漿工法體現(xiàn)了先淺后深、先抬后穩(wěn)的加固原則。通過實(shí)踐證明，工法抬升三階段思路是合理可行的。淺層加固孔注漿砂石墊層，保證建筑物抬升效果的均勻；深層加固孔注漿地基，抬升建筑物，提高持力層承載力；不規(guī)則復(fù)合樁基注漿保證承擔(dān)上層荷載，減少沉降。

步進(jìn)式注漿工法原理清晰，施工過程工期較短，對(duì)已有建筑物影響較小，抬升效果長(zhǎng)期穩(wěn)定。該工法目前只在深厚填土地基中使用，在其他地基抬升建筑物項(xiàng)目中使用較少，其適用性仍有待研究。