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設備基礎注漿加固地基注漿
壓密注漿技術最初是在實踐基礎上發展起來的,國內在這方面的研究應用也越來越多,通過不斷的研究和工程實踐的應用,人們對壓密注漿的注入效果有了基本的了解。壓密注漿不僅能夠擠密松散的人工填土和天然土體,還可以在發生不均勻沉降的建(構)筑物基礎下形成樁體,抬起建筑物,對建(構)筑物進行糾偏。壓密注漿具有施工方便、施工效率高、過程易于控制、能夠處理不同深度的軟弱土層,經濟性較好等優點,具有廣泛的應用前景。本文結合實際,對施工過程中的工藝和關鍵點的控制進行了闡述,為以后注漿技術的應用提供相關經驗。
1工程概況
1.1設計情況
該工程為某選煤廠主廠房工程,建筑占地面積2600?。一層設備基礎埋深2m,基礎下為2m厚沙礫石換填層,基礎設計持力層為老土層。
1.2施工情況
該項目為邊設計、邊施工,施工進度較快,施工期間跨越冬季。在施工過程中設計變更較多,超過一半的設備基礎是在一層地面回填土完成之后進行施工的,造成一層地面多次重復開挖。
1.3工程地質情況
根據業主提供的原始地勘資料,主廠房坐落在黃土沖溝邊緣,原始地貌起伏變化大,地質條件較為復雜,原始地勘±0.000以下18m未見有地下水,地勘結束后業主使用風積沙和砂質黃土對場地進行了平整。施工前±0.000以下地質情況為:
第一層為回填土,土層厚度約為1.20~8.00m,性能不穩定,回填土多為風積沙和砂質黃土,具有一定的濕陷性。
第二層為粉質沙土,即為老土層,土層厚度1.2~3.5m,具有一定的濕陷性。
第三層為粉質砂巖,為設計的樁基持力層,承載力較大。
2事故調查
2.1現場情況
事故發生在生產設備調試期間,首先是廠房內部分設備基礎出現下沉,塊煤系統兩個介質桶基礎沉降較大,已無法正常使用,末煤系統兩個介質桶基礎出現偏斜,也無法正常使用,隨后沉降范圍進一步擴大,廠房內部一層地面大面積開裂,局部沉降明顯,設備調試期間生產水和沖洗水由地面裂縫大量滲入地下,部分排水溝有翻砂現象。
2.2沉降觀測
發生沉降后施工單位對主廠房進行了連續沉降觀測,根據現場實測的沉降量情況,主廠房樁基、鋼結構并沒有發生沉降,發生沉降的是設備基礎和一層地面,沉降范圍在1~22cm之間,而且仍在繼續下沉。根據沉降觀測數據結合工程地質情況判斷,在回填土層厚的區域沉降量較大,回填土層薄的區域沉降量較小。
2.3原因分析
2.3.1設計時考慮不周。該工程上馬快,設計依據原始地勘進行設計,未考慮原始沖溝回填后可能帶來的地質情況變化。原始地勘報告中±0.000以下18m未見地下水,而在沖溝回填后施工樁基時挖至地下6m左右即見大量地下積水,可能的原因是土方平整后形成阻水壩,大量地表水積存,引起地質情況發生改變。同時工程設備基礎設計與施工不同步,業主為趕工期,要求施工單位在45天內將樁基和一層地面設備基礎施工完成,施工單位按期完成后,一層設備基礎又出現了兩次大的變更,先后增加了32個設備基礎,造成一層設備基礎施工多次重復開挖地面,可能對已施工的設備基礎造成不良影響。
2.3.2冬季施工地基形成凍土,也對基礎形成不良影響。由于設備基礎變更圖紙出圖較晚,變更的設備基礎在冬季進行施工,而此時主廠房外圍護結構還未施工,雖然采取了保溫措施,但一層地面已經形成了凍土,凍土深度超過了1.2m,重新開挖一層地面勢必對已施工的設備基礎造成不利影響。由于業主對形象進度的需要,一層混凝土地面施工時,凍土層仍未解凍,回填土春季解凍后造成地面沉降,在地面下沉產生裂縫,生產水直接下滲進入地下,也是造成地面和基礎下沉的一個重要原因。
2.3.3施工原因。由于施工圖后期變更,施工單位開挖基坑時未挖至老土層即可開始施工基礎,基礎坐落在回填土層上,也是造成基礎下沉的一個重要原因。
2.3.4廠房建成后廠房外部排水系統未及時完工,雨季時大量積水匯至廠房周邊,下滲到廠房內,對地基形成不良影響。
2.3.5設備帶荷載運轉后形成震動,引起基礎土層擾動,加之大量積水進入,可能導致地基土形成輕微液化,對地基產生不良影響。
3處理方案
由于該廠房設備已經安裝完畢,正處于帶荷運轉調試階段,廠房內設備、管道密集,業主要求在不停產狀態下進行處理。綜合比較多種方案,結合現場實際情況,確定采用壓密注漿的處理方案,采用壓密注漿方案,可以根據工程特點,分片、分區域有選擇的對設備基礎進行加固。在車間內部施工時,占用場地小,注漿設備可放置在廠房外部,減少對生產調試的影響,成本低,經濟合理。
具體方案步奏如下:
1)采用水泥壓密注漿方法加固地基,阻止設備基礎繼續沉降。
2)施工時,注漿孔孔距設置為1500mm。設備、管道密集處孔距可根據情況適當調整,調整后孔距不得大于1500mm,并采用向設備基礎中心傾斜的斜孔,斜孔施工時傾斜角由現場技術人員交底。
3)根據現場地質情況,壓密注漿深度控制在6~9m之間,水灰比控制在0.6~1.0之間,注漿率控制在10%~15%之間。
4)壓密注漿壓力控制在0.3~1.0Mpa之間。
5)注漿結束后必須保證地基不再沉降,設備基礎在短期內停止沉降。
4壓力注漿施工設計
4.1需注漿范圍確定
根據現場實際情況,選擇沉降量大的和地質情況差的區域進行加固處理。根據現場觀測最終確定該廠房需要處理的范圍,主要分布在塊煤系統和末煤系統的設備基礎范圍內,需要處理的面的達到756?,需要加固處理的土層為回填土部分,加固的土層在地面以下-0.15~-8m。
4.2注漿設備選擇
1)選擇一臺壓力注漿機,注漿機壓力范圍在0~10Mpa。
2)注漿管選用Φ48×2.0的鋼管,鋼管每隔100mm鉆Φ10mm孔眼一個,注漿完畢注漿管留在土層內,注漿管制作如圖1所示。
圖1注漿管制作
3)灰漿攪拌機一臺,用于水泥漿的攪拌。
4)與注漿機配套的高壓輸送膠管一套,40米左右。
5)配套的三角支架氣動式鑿巖鉆孔機一臺,用于鉆探注漿孔。
4.3壓力注漿孔布置
設備基礎四周布設壓力注漿孔,所布注漿孔中心距控制在1500mm以內,內排管距離基礎邊緣500mm。由于廠房內設備較為密集,具體施工時對注漿過程進行動態控制,孔距可根據實際情況做適當調整,調整后的孔心距不得大于1500mm,調整時由現場技術人員進行確定。
4.4壓力注漿施工
4.4.1壓力注漿施工工藝
壓力注漿施工工序:鉆孔→插入注漿管→漿液配制→壓力注漿→拔管處理
壓力注漿示意圖如圖2所示
圖2壓力注漿示意圖
1)鉆孔:使用氣動式鑿巖機在布孔位置鉆孔,鉆至設計標高,鉆孔時技術人員隨時監控,并根據現場實際情況適當調整鉆孔位置。鉆進過程中,及時記錄鉆孔深度及層位。終孔前,技術管理人員鑒定,符合終孔條件方可終孔。
2)插入注漿管:鉆孔施工完畢,按設計要求及時放入注漿管,防止停留時間過長出現塌孔。注漿管一般高出地表以上0.5m,便于與注漿機注漿管連接,注漿孔與注漿管之間的縫隙用水泥砂漿封堵,封孔段不少于0.5m,防止注漿時冒漿。
3)漿液配置:注漿材料主要采用水泥漿,使用32.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比控制在0.6~1.0之間,在情況需要時可加入水玻璃,配比為1:1:0.03(水泥:水:水玻璃)。
4)壓力注漿:灰漿攪拌機攪拌水泥漿,吸入注漿泵內,通過膠管,注入到注漿管內,通過注漿管注入需要加固的土層中。
壓密注漿按照先注外排管、后注內排管的順序進行組織,采取流水施工的方法,內外排注漿時間間隔應大于12小時。采用此施工方法,外排管注漿完成后形成新的結合體擋墻,避免內排管注漿時在壓力作用下漿體外溢,注漿效果更佳。
外排管注漿:外排管注漿施工采用跳孔注漿的方式進行,注漿管一次插入到底,注漿時隨時觀察注漿機壓力表變化,開始注漿時壓力較小,隨著時間的增長,壓力會逐步放大,當壓力接近設計壓力值時,適當放緩注漿速度,使漿液在土層中充分擴散。
內排管注漿:由于設備基礎面積較大,內排管鉆孔打眼時,要傾斜的打入到基礎底板以下,然后插入注漿管。注漿方法同外排管壓力注漿。
5)拔管處理:當注漿達到注漿壓力、漿液無法再注進后,停止注漿,一般間歇10分鐘左右,將注漿膠管與插入地下的注漿管分離,開始灌注下一個注漿孔。在注漿完畢24小時后將注漿鋼管露出地面的部分切除,切口與地面相平,最后處理地面,恢復地面原貌。
4.4.2注漿要求
注漿漿液采用水泥漿,水泥采用普通32.5級硅酸鹽水泥,水灰比控制在0.6~1.0之間。注漿過程中根據實際情況適當添加水玻璃。
漿液濃度采用先稀后稠的方法,注漿開始后要定時觀測泵的吸漿量和泵壓,記錄注漿過程中發生的各種現象,收集原始數據,并根據情況及時調整注漿量和漿液濃度。注漿過程中若出現地表裂隙大量跑漿時,采用間歇式注漿或減小泵量及采取地表充填裂隙的措施,阻止漿液從地面大量流失。
注漿孔注漿施工原則上采用一次注漿的施工方案,注漿時,應避免在短時間內注入大量的漿液,如果單孔注漿量較大時,需要在漿液中添加水玻璃。
4.4.3注漿壓力
注漿壓力控制在0.3~1.0Mpa范圍,由技術人員進行動態調整,外排注漿管注漿壓力要小,內排注漿管壓力要放大。
4.4.4水泥用量
水泥用量根據注漿深度不同進行控制,對于此工程,外排管注漿率控制在10%左右。內排管由于貼近設備基礎,水泥用量適當提高,注漿率控制在15%左右。根據工程實際情況,該工程注漿率控制在10~15%之間較為合理。
5后續施工
在工程施工過程中,共鉆孔372個,使用水泥212噸,施工期間對所有設備基礎的沉降進行觀測,發現處理后的基礎治理效果明顯,一周后沉降基本停止。工程施工工期共計28天,之后進行地面、排水溝及集水坑的處理,工程處理完成后,地面及設備基礎經過觀測未出現裂縫及繼續下沉現象,處理效果顯著。
6加固后的效果
該選煤廠主廠房入選原煤能力為1000萬噸/年,在注漿施工完成10個月后,未發現地面有沉降裂縫,基礎未再出現下沉現象,設備運轉正常。基本可以認定壓密注漿方案對該工程的設備基礎加固是成功的。
7結束語
對軟弱地基的處理方法有很多種,壓密注漿方法只是其中一種,該技術在已建廠房地基處理中具有一定的優越性。本文就此實例探討壓密注漿加固處理地基技術,供同行參考。
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