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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】采用旋喷法处理不均匀沉降住宅楼

48 2023-08-16 10:05:22

海坊市某住宅楼共4层,层高2.8m,长46.70m,宽9.44m。砖混结构,采用横墙承重,石砌条形基础。住宅楼分3个单元,由于中、西两单元地基的不均匀沉降,导致楼体出现八字形裂缝。大裂缝宽度在20mm以上,且有继续发展的趋势。裂缝处部分墙皮空鼓,即将脱落;少数门窗变形,启闭不灵,成为危房。


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地质情况


场区(中、西两单元)地质情况简述如下:


1.1、地下水

场区未见地下水,仅沉降缝两侧有因排水管道渗漏而形成的孔隙水。


1.2、地基土

1a层:素填土:棕褐色,湿,可塑,沉降缝附(近该层土下部呈饱和状态。由轻亚粘土组成,厚2.0~3.5m,容许承载力78.4kPa;

1b层:淤泥质亚粘土:灰黑色,可塑,含灰黑色有机质和砖屑弃物,厚0~3.8m,容许承载力88.2kPa;    2层:轻亚粘土:黄褐色,可塑~硬塑~坚塑,含姜石,埋深3.o~7.1m,容许承载力195kPa。

为控制裂缝进一步扩展,制止工程沉降,决定采用三重管高压旋喷灌浆工法,对素填土和淤泥质亚粘土区域强行灌入水泥浆液,以提高土体密实度,减少含水量,构成桩土共同承重的复合地基,达到制止沉降的目的。


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加固补强设计

2.1、加固补强的目标

计算该楼基底处线荷载为190kPa,设计基底压力为119kPa,而该处地基容许承载力只能承担设计荷载的70%左右,该工程地基加固目标是使复合地基容许承载力达到l40kPa。


2.2、加固范围

根据沉降和墙体开裂情况,确定对轴线①至轴线⑩长约26m的一段进行灌浆加固,加固重点是承重横墙。要求穿过填土和淤泥亚粘土至底部承载能力较高的轻亚粘土持力层处。灌浆凝固体的底端应嵌入稳定持力层内0.30m,顶部应将原砌块石基础包裹0.30m。由于河槽深浅变化较大,各孔加固深度在现场确定。


2.3、灌浆孔位布置

沉降缝两侧回填素土和含淤泥亚粘土,轻便触探N10都在10击左右,预估旋喷体直径按1.5m考虑。标准孔距定为2.0m,内外钻孔均靠基础边缘施工,排距定为1.8m。考虑中、西两单元地基地质情况,灌浆孔布于室内52孔,室外8孔,共计60孔。


2.4、灌注浆液

为就地取材,降低工程费用,确定采用425号普通水泥调配纯水泥浆,水灰比重量比为1:1,设计密度为1.51g/cm3。据计算每立方米浆液耗用425号普通水泥和水各为756kg。


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加固施工


3.1、施工机具

采用新三管旋喷工艺,主要机具设备为:高压泵1台,空压机1台,XJ-100型地质钻机2台,HB80/10型灌浆泵5台,搅拌机2台(l台备用),喷头2个,旋喷管10m,倒链1架,高压胶管、气压胶管和一般压力胶管若干。


3.2、旋喷工艺参数

(1)高压水喷流:压力33MPa、40MPa、41MPa,流量75L/min;

(2)空气喷流:压力0.7MPa,气量3.0m3/min;

(3)水泥浆液:水灰比1:1,喷浆压力0.25MPa,流量80L/min;

(4)旋转速度:12~15r/min;

(5)提升速度:12~15cm/min;

(6)喷嘴直径:1.9~2.0mm。


3.3、加固施工

施工过程中,严格执行设计要求和有关规范中关于旋喷地基的有关规定,先室外后室内隔孔跳打法旋喷施工。室内施工时由于受场地和空间限制,故将三角机架改为人字机架,改一次提升三管为三次分别提升;个别孔位距墙体大近,则采取楼板打洞,以横担滑轮吊钻施工。

(1)孔位测定:根据设计要求,孔位中心尽量靠近条形基础的边缘布设。根据实地条件,个别孔位作了调整和删除。

(2)钻孔:为控制钻孔的垂直度,钻机稳固就位后先测量机台的水平度再开钻,钻进过程中随时测量钻杆的垂直情况,当进入持力层不小于0.3m时停钻。钻孔的倾斜度不得大于1%。

(3)插管:钻孔完毕移走钻机后,将旋喷管插入预定深度,个别孔因沉淀填塞喷管下不去时,采用低压水扰动同时加压的方法下到预定深度。

(4)旋喷作业:旋喷管下到预定深度后,立即搅拌浆液,开始自下而上旋喷作业。旋喷过程中严格控制旋转和提升速度,根据冒浆情况随时调整,冒出的浆液可视水泥含量的多少酌情回收利用。拆卸旋喷管时动作要快,并注意保持不小于0.2m的搭接长度。

(5)桩顶凹穴处理:在旋喷注浆完成、浆液与土搅拌混合后的凝固过程中,由于浆液析水作用产生收缩,在桩顶形成深约0.30m左右的凹穴。本工程地面距桩顶仅1.70m左右,旋喷完成后均设专人在原旋喷孔上进行二次注浆,填补凹穴。同时,用2.0m长的木杆插入孔中不断搅动,以利浆液扩散并与基础进一步结合。开挖检查时发现,此法处理桩顶凹穴效果可靠。


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加固效果检查评价


竣工后按计划要求,进行开挖、抽芯和沉降观测三项检查,辅以理论计算进行验正。


4.1、开挖检查

对早期施工的2号、4号桩开挖出一部分,对旋喷桩进行了验收。经测量和直观观察,喷体垂直度良好,桩体直径在1.8~2.1m,比预估直径增大0.3m,桩体外缘不平,桩土咬合密实,有利于桩体承载。


4.2、抽芯检查

在2号桩高程27.5m处取试块做抗压强度试验,极限抗压强度可达5.20MPa,充分满足建筑物的承载要求。


4.3、沉降观测

在地基加固前设标观测的基础上,加固后又连续定点观测,资料证明,施工期间由于土体水分瞬间增多,造成附加沉降2.5mm左右。工程验收后又经1个月的连续定点观测,沉降早已停止,加固效果可靠。


4.4、复合地基承载力

实践证明,施喷凝固体的刚度和抗压抗折强度明显高于地基土体,可将旋喷体视为短桩计算垂直承载能力,进而计算复合地基容许承载力。经计算,比确定的140kPa的加固目标提高了55.7%,说明方案合理,效果可靠。


实践证明,利用高压旋喷灌浆工法对工程地基进行加固补强,具有设备简单、工期短、效果可靠、造价经济等优点。施工时既不会损伤住宅楼的原有结构和装饰,也不影响二层住宅楼的正常使用。