高压注浆在高层建筑软弱地基加固中的应用

刘义建

(湖南省建设工程勘察院, 湖南怀化市 418000)

高压注浆在高层建筑软弱地基加固中的应用

刘义建

(湖南省建设工程勘察院, 湖南怀化市 418000)

通过4栋高层建筑工程实例,用水泥、土高压注浆技术加固高层建筑软弱下卧层,承载力特征值可提高90%～120%,最终沉降由295mm降低为10～15mm,地基变形大幅度降低,且施工简便,经济效益佳,可供类似工程参考。

软弱下卧层;高压注浆;地基加固

湖南省怀化市华欣房地开发有限公司2003年开发的4栋“云龙花园”24层高层住宅,属市级重点工程。4栋住宅均为同一设计,总建筑面积8.4万m2,每栋建筑面积21000m2,钢筋砼框架剪力墙结构,地下室一层,±0.001以上24层,层高3m,钢筋砼筏板基础,筏板面积1215m2。场区土层较厚,下伏石灰岩,经勘探查明,每栋距筏基底12m以下局部范围夹杂有软弱下卧层,承载力特征值仅为100 KPa,达不到设计最小值190KPa的要求,最终沉降值计算为264～295mm,均大于文献[1]规范允许值,因此,必须对软弱下卧层进行加固处理。

1 注浆前场区各土层土工及静载试验结果

经过详勘,云龙花园场区持力层土层从上往下,主要分布有第四冲击相含卵石粉质粘土层Qa1,残积相可塑状粉质粘土层、软塑状粉质粘土层Qe1,下伏石灰岩P2w,各土层均无地下水,岩面含水层微弱,无液化土层,为Ⅱ类场地土。由于钻孔振冲取芯,取样位置偏差,土样扰动,加之土工试验值偏差,主要持力层承载力特征值fak和相应压缩模量Es偏低,反应不了工程实际。为了反应各土层精度较高的物理力学特征值,对持力层深度三种土层进行了每层不少于3处的浅层平板静载试验[2],由怀化市工程质量检测给出结果。各土层土工试验与静载试验的物理力学特征值见表1。

从表1可看出,静载试验与土工试验相比较,其承载力特征值平均值提高了1.28倍,影响沉降的变形模量平均值提高了5.89倍。

2 软弱下卧层加固

2.1 方案选择

表1 土层物理力学特征值

场区为原氮肥厂生产区,部分深层软弱下卧层附积有大量碳胺液体,为安全起见,选用了3种加固方案。

(1)人工挖孔桩方案,人工挖孔桩有质量易控制优点,但场区土层厚度深达45m,因有害气体、缺氧等因素难以施工,施工工期每栋需3个月,工程费用每栋80万元。

(2)水泥旋喷桩方案可满足设计要求,由于桩需满布,每栋工程费高达140万元,工期需2.5个月,但场区位于市中心,周边排污系统尚未形成,泥浆无法排放,施工难度较大。

(3)水泥·土注浆加固对城市周边环境产生污染很少,可局部加固软弱下卧层,深层岩面0.3m含水层也可加固到位,工程费仅30万元,每栋工期2个月。

3个方案比较,水泥·土注浆加固方案工期短,费用低,施工方便,因此优先选用该加固方案。

2.2 高压注浆技术措施[4]

(1)根据探明的软弱层范围,范围以内,注浆孔间距按1～2m布置,范围以外,考虑到土质均匀性,减少不均匀沉降,注浆孔间距采用4m布置。

(2)钻杆直径Φ110mm,喷管直径Φ50mm,高压泵75kW,注浆压力15～20MPa。为防止浆液流失,注浆顺序坚持先基坑外圈,逐步往内圈注浆,从下往上每1.5m提升一次,地表冒浆停止注浆。

(3)选用本地42.5#普通硅酸盐早强水泥,38～43Be水玻璃,水灰比1∶1.2。

(4)检测方法采用土工试验与标准贯入相结合,检测数量不小于3%[5],所检测孔位达不到承载力要求时,继续在孔周加密布孔注浆,直到满足设计要求为止。

(5)4号楼离筏基11.7m以内,6.28m厚软弱层,附积有大量碳胺液体,即使加密孔距,承载力也难以提高。采用中心距15m挖3个直径为1m,深17m的集水井,集水井砼护壁沿周边上下预留Φ15@500泄水孔,一边高压注浆,一边抽排集水,承载力特征值迅速得到提高,该法类似于排水固结法。

2.3 加固后的承载力特征值

注浆加固后,云龙花园1～4号楼软塑状粉质粘土层天然容重、压缩模量、承载力特征值平均值比注浆加固前土工验试值分别提高了7%,70%,107.5%,详见表2。

表2 软弱下卧层注浆加固后的力学特征值

每栋楼加密区水泥消耗重量与加固土层重量的比值,即水泥、土比用β表示[6],承载力特征值提高率用α表示,可绘出β-α关系曲线见图1。

图1 水泥·土比β与承载力特征值提高率α关系曲线

从图1可看出,水泥、土比β在1.1%～2.4%之间α为线性增长,提高率在90%～120%之间,β超过2.4%后,α趋于一个定值,也就是承载力特征值最多提高120%。

2.4 沉降值和综合变形模量[7]

(1)实侧沉降值。1～4号楼竣工使用3年多,实测最终沉降值分别为15,13,10,12mm,水泥、土比β与沉降S的关系曲线见图2。

(2)综合变形模量。计算表明,注浆加固后,1号楼由于3层土层力学性态都有加强,综合变形模量分别比土工试验压缩模量Es及静载试验变形模量Eo提高30.3倍和5.11倍。用1号楼注浆加固后的实测最终沉降与按文献[7]沉降计算值可计算出调整系数,ξ=15/82=0.183。

图2 水泥、土比β与沉降S的关系曲线

3 结 论

(1)水泥、土高压注浆复合地基适用于无地下水软弱下卧层地基加固,施工简便,工期短、经济效益显著。

(2)高层建筑地基宜选用静载试验或其它精度更高的试验方法确定各土层的承载力特征值和变形模量,使设计更符合工程实际。沉降计算中,对粉质粘土层或砾石含量较高的粘土层,选用静载试验的变形模量Eo替换压缩模量Es,用文献[7]方法计算最终沉降,取沉降调整系数ξ=0.183,计算精度较好。

(3)注浆加固后的软弱下卧层承载力特征值提高率α为90%～120%,当水泥、土β百分率在1.1～2.4之间时,α呈线性增大,α=23.077β+64.615,当β为2.4以上时,α趋于一定值120%。注浆加固后的沉降S随β增长按S=17.115-1.923β呈线性下降,下降峰值为5mm。

[1]GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].

[2]GBJ7-89.建筑地基基础设计规范[S].

[3]周汉荣.土力学地基与基础[M].湖北:武汉工业大学出版社,1988.

[4]JGJ123-2000.既有建筑地基基础加固技术规范[S].

[5]JG6-99.高层建筑箱形与筏形基础技术规范[S].

[6]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[7]JGJ72-90.高层建筑岩工工程勘察规范[S].

2009-10-28)

刘义建(1963-),男,湖南宁远人,高级工程师,从事水文地质、工程地质、环境地质、岩土工程方面的工作。