引言
地基加固是加固軟土基坑工程不可缺少的技術(shù)措施,其主要目的是通過加固地層改變軟弱土層的土體結(jié)構(gòu)以提高土體強(qiáng)度,增強(qiáng)基坑的整體抗失穩(wěn)(滑移和隆起)能力,使被動(dòng)土的抗力增加,減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和變形,有利于對(duì)環(huán)境的保護(hù)。但是加固過程中若方法不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面效應(yīng)。
本文就淤泥質(zhì)粘土地質(zhì)條件下,對(duì)雙液注漿加固施工工藝的可行性及其加固時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響進(jìn)行研究,并對(duì)加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,為今后類似軟土地基加固施工提供借鑒。
2、概述
1、工程概況
上海軌道交通m8線延吉中路站位于營(yíng)口路地下,兩側(cè)為密集的居民商住區(qū)。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為800mm厚地下連續(xù)墻,標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度為14.52m,端頭井為15.97～16.91m,采用明挖法施工。
本工程地基均屬第四系河口～濱海淺海相沉積層,主要由飽和粘性土、粉性土及砂土組成。在施工范圍內(nèi),各沉積地層厚度、成份、土的物理力學(xué)性質(zhì)及各項(xiàng)指標(biāo)大致趨同,總體上呈現(xiàn)地面下3.0m為雜填土;3.0m～8.0m之間主要以飽和粉性砂土夾粘土為主,呈松散性,穩(wěn)定性差,土質(zhì)不均勻;8.0m以下均為飽和狀態(tài)淤泥質(zhì)粘性土層,局部夾少量薄層粉細(xì)砂及貝殼屑,具有高靈敏度、高含水量及弱滲透性的特點(diǎn),車站地基土屬中～高壓縮性軟弱土層。車站底板位于④層的灰色淤泥質(zhì)粘土內(nèi),該土層超孔隙水壓力為390kpa,平均靜力觸探ps值為0.58mpa,呈飽和、流塑狀態(tài),屬高壓縮性土,土質(zhì)較均勻。
2、地基加固設(shè)計(jì)
車站底板位于第④層淤泥質(zhì)粘土層內(nèi),根據(jù)地質(zhì)情況為保證施工安全,在距房屋小于10m的1～5軸、43～46軸、52～60軸段及兩端頭井內(nèi)采用抽條、分層、快凝、雙液注漿加固,加固后土體強(qiáng)度指標(biāo)ps≥1.2mpa,注漿加固土體深度為基坑底面以下3.0m;對(duì)端頭井轉(zhuǎn)折角處因斜撐反力造成的基坑外大抗力被動(dòng)區(qū)也采用雙液注漿進(jìn)行加固,加固深度為原地面下2m至基坑底面以下3m。
3、主要施工工藝
1、工藝原理
軟土地基注漿加固的實(shí)質(zhì)是利用氣壓或液壓,把能固化的漿液注入土層中的裂縫或孔隙,以強(qiáng)度高的漿液固化體加強(qiáng)土層并擠密原土,以改善其物理力學(xué)性質(zhì),從而提高其地基承載能力和抗隆起穩(wěn)定性。
2、注漿工藝
注漿工藝可分為滲入性注漿、劈裂注漿、壓密注漿和電動(dòng)化學(xué)注漿等,本工程采用劈裂注漿工藝。
3、施工設(shè)計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)段基坑內(nèi)抽條加固幅有效范圍長(zhǎng)17.2m、寬3.0m,注漿孔孔距1.2m、排距1.0m,鉆孔平均深18m;端頭井地下連續(xù)墻轉(zhuǎn)角處外側(cè)大抗力被動(dòng)區(qū)共布置注漿孔72只,鉆孔深度23m;南北端頭井基坑內(nèi),共布置注漿孔540只,鉆孔深23m。
4、工藝參數(shù)選定
(1)、注漿壓力:0.1～0.4mpa;
(2)、注漿流量:15～20l/min;
(3)、注漿量:根據(jù)ps≥1.2mpa通過試驗(yàn)確定加固體的雙液參量,按加固體的雙液參量確定每節(jié)注漿量是80l/節(jié)(33cm);
(4)、孔位布置:行距×排距=1.2×1.0m;
(5)、漿液配比:
a液:水:水泥:膨潤(rùn)土=0.7:1:0.03(70kg水:100kg水泥:3kg膨潤(rùn)土);
b液:350be’水玻璃:粉煤灰:水=0.25:0.5:0.5(25kg水玻璃:50kg粉煤灰:50kg水)。
5、主要施工工藝
（1）、成孔
采用地質(zhì)鉆機(jī)或鑿巖機(jī)預(yù)制成孔至地面下6～8米深,然后移走鉆機(jī),分節(jié)插入注漿管,并用平板振動(dòng)器將注漿管振沖至設(shè)計(jì)加固體底面。
（2）、制漿
根據(jù)試驗(yàn)確定的加固體漿液參量,拌漿桶配置a、b雙液漿。
（3）、注漿提升
根據(jù)試驗(yàn)確定的每節(jié)注漿量分節(jié)注漿,然后提升0.33m再注漿,提升至基坑底面注漿結(jié)束,拔出注漿管。
施工過程中,根據(jù)試驗(yàn)確定的加固體漿液參量確定每節(jié)加固體注漿時(shí)間,并通過控制注漿時(shí)間來控制每孔的注漿量。具體計(jì)算式如下:
每節(jié)注漿量=行距×排距×節(jié)深×20%
每節(jié)注漿時(shí)間=每節(jié)注漿量/注漿流量
每孔注漿量=每節(jié)注漿時(shí)間×節(jié)數(shù)
4、關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施
1、工藝參數(shù)的選定
注漿加固區(qū)主要位于④層灰色淤泥質(zhì)粘土內(nèi),此土層顆粒細(xì)、孔隙小、滲水性低,故采用劈裂法注漿。劈裂注漿用料有水泥漿或水泥-水玻璃混合漿,本次注漿采用后者,并摻入粉煤灰和膨潤(rùn)土以改善漿液性能。
地基加固注漿孔間距一般為1.0～2.0m,為保證注漿效果,本工程設(shè)計(jì)為:行距×排距=1.2×1.0m。對(duì)粘性土層,注漿壓力經(jīng)驗(yàn)值為0.2～0.3mpa,本工程采用0.1～0.4mpa;漿液充填率為15～20%,本工程取20%;本工程采用分層注漿法,分層厚度0.33m,每節(jié)(層)注漿量=1.2×1.0×0.33×20%=0.792m3/節(jié)≈80l/節(jié)。
根據(jù)以上注漿工藝參數(shù),在正式施工前,在車站北端注漿加固區(qū)選取有代表性地質(zhì)的區(qū)域,分2組,每組2個(gè)鉆孔,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿實(shí)驗(yàn)。在注漿結(jié)束28天后,對(duì)加固地層進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)。
土層經(jīng)加固后其平均ps值均超過1.2mpa,能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
對(duì)土層加固后:
⑴加固區(qū)土體比貫入阻力明顯增大,平均值超過設(shè)計(jì)要求的1.2mpa;
⑵對(duì)加固區(qū)上部土層有明顯的壓密作用。
2、注漿加固的均勻性及質(zhì)量控制
⑴均勻性控制
①注漿開始前充分做好準(zhǔn)備工作,注漿一旦開始即連續(xù)進(jìn)行,整個(gè)注漿深度范圍內(nèi)注漿加固一次完成避免中斷;
②漿體在泵送前篩選過濾,并經(jīng)過高速攪拌機(jī)攪拌均勻后,方可開始?jí)鹤?并在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌;
③每塊抽條加固按對(duì)稱、由外向內(nèi)的順序進(jìn)行;
④施工過程中派專人值班做好各項(xiàng)施工記錄,如有遺漏或不符合要求的鉆孔,立即采取補(bǔ)救措施;
⑤加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制,確?？拙嗉翱咨?如因地下障礙等原因不能在設(shè)計(jì)孔位施工時(shí),則在其周圍布置加密孔。
⑵質(zhì)量控制
①根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)要施工的鉆孔位置進(jìn)行放樣,并進(jìn)行復(fù)核定位,孔位誤差不大于3cm;
②開鉆前用水準(zhǔn)尺校平,保持機(jī)身機(jī)座平穩(wěn)、鉆機(jī)傾斜小于1%,鉆進(jìn)時(shí)保持中速,遇硬層時(shí)減速慢鉆,以防卡鉆;
③注漿開始前做好充分準(zhǔn)備,包括機(jī)具、儀表、管路、材料和水電等的檢查及必要的試驗(yàn),保證注漿連續(xù)進(jìn)行;
④注漿壓力為0.1～0.4mpa,一旦超過設(shè)計(jì)壓力,及時(shí)拔出注漿芯管,并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方案將注漿流量控制在15～20l/min;
⑤施工過程中隨時(shí)抽查漿液配合比和凝固時(shí)間,確保漿液質(zhì)量。
5、效果評(píng)價(jià)
1、加固效果
⑴靜力觸探試驗(yàn)
注漿結(jié)束28天后,按2%抽檢,采用15t靜力觸探器對(duì)加固地層進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)孔布置于兩相鄰注漿孔中間,檢測(cè)結(jié)果為強(qiáng)度指標(biāo)ps=1.25～1.75mpa,基本能滿足設(shè)計(jì)要求。
⑵開挖后實(shí)地觀察
加固30天后,當(dāng)開挖到加固區(qū)時(shí),可見薄片狀漿液凝固分布在土體中,呈樹根、劈裂狀,土體堅(jiān)實(shí),小型挖機(jī)在上方行走時(shí)不需鋪設(shè)道板;凡空隙處與薄弱處均充滿漿液的凝固體,但分布無規(guī)律,看不出設(shè)計(jì)圖中的條柱狀。
⑶地下連續(xù)墻的位移變化
未加固地段基坑開挖時(shí)地下連續(xù)墻的最大位移量一般為6～12cm,加固區(qū)一般為5～8cm?？梢娮{加固提高了土體的強(qiáng)度,增大了其地基承載系數(shù),從而在一定程度上提高了地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性。
2、加固公司對(duì)周圍環(huán)境的影響
在注漿加固時(shí)會(huì)不同程度的引起局部的土體隆起,本工程在對(duì)北端頭井西側(cè)地下連續(xù)墻轉(zhuǎn)角處外側(cè)進(jìn)行注漿加固時(shí),曾引起加固區(qū)附近的煤氣管局部上抬,最大上抬量超過了報(bào)警值,達(dá)到20.10mm。
6、結(jié)論
本工程采用雙液注漿對(duì)基底及端頭井轉(zhuǎn)折角處基坑外大抗力被動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固,基本有效地控制了地下連續(xù)墻向基坑內(nèi)的側(cè)向位移和坑底的隆起,保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物和地下管線的安全,并在一定程度上改善了基底的施工作業(yè)條件。但是局部地段加固效果并不明顯,存在一定的不均勻性,而且其在增強(qiáng)土體強(qiáng)度方面效果也不太顯著;此外,在注漿加固施工時(shí)一般都會(huì)造成局部土體隆起,有可能會(huì)危及附近地下管線和建(構(gòu))筑物等的安全。