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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】湿陷性黄土地区建筑物下沉加固技术

44 2023-09-07 10:14:01

山西、陕西、甘肃等地区,过去建造的一些建筑物,由于事先未对湿陷性黄土地基进行有效处理,在使用过程中地基被水浸湿而导致建筑物不均匀下沉、墙体开裂,影响了正常使用,下沉严重的甚至危及建筑物的安全。因此,对湿陷性黄土地区建筑物的加固,首先是要控制地基的下沉,即应采取有效措施对地基进行加固。


1、下沉原因分析


湿陷性黄土在天然含水量时,往往具有较高的强度和较小的压缩性,但是水浸蚀后,水分子楔入土颗粒之间,破坏联结薄膜,并逐渐溶解盐类,同时水膜变厚,土的抗剪强度迅速降低,在土的自重压力和建筑物附加压力作用下,结构逐渐破坏,颗粒向大孔中移动,骨架挤紧,从而导致地基湿陷,引起上部建筑物的不均匀下沉,墙体出现裂缝。建筑物的变形越严重,对建筑物的危害也越大。

根据多年来对湿陷性黄土地区建筑物下沉情况的调查、分析,归纳起来引起地基下沉的因素有以下几方面:

(1)上、下水道距建筑物过近,当管道发生跑水或渗漏时,水浸湿地基而下沉。如某锻造厂的三号单身宿舍及其附近的浴室,由于上水管道漏水,长期未进行处理,造成地基湿陷事故,在窗间墙及墙角等部位出现了严重的裂缝。

(2)地沟过浅,封闭不好,雨水由地面流入暖气沟内,或是沟内管道跑水,使水由暖气沟进口处流入室内沟槽中,再沿沟槽内的缝隙渗入地基,造成建筑物下沉。如太原某修造厂的综合车间,由于室外排水不畅,雨水流入暖气沟,并沿沟灌入地基,引起建筑物一面墙身严重下沉、倾斜。

(3)屋面排水系统处理不好,雨水流入基础。如山西闻喜县某厂一座新建的车间,屋面采用内排水作法,土建施工完后,未及时做好排水系统,突降暴雨,雨水由天沟经室内排水管流入地下,造成柱基下沉,下沉最严重者达54cm。

(4)散水过窄或散水下沉。如果建筑物室外标高过低,场地排水不畅,地面水就容易沿墙根或散水边浸入基础,导致建筑物下沉。如山西省翼城县某厂食堂,由于基础四周用冻土块回填,又未分层夯实,就浇筑了散水混凝土。当气温回升,回填的冻土消融,填土下沉,混凝土散水部分出现塌陷、开裂,雨水顺裂缝侵人地基,造成建筑物下沉。

(5)由于附近新建水库、排洪沟等原因,造成地下水位上升,使建筑物地基发生湿陷。如陕西某锻造厂的成品库,地面排水条件良好,建筑物内外均无上、下水源,但由于地下水位上升,使地基土中的含水量大大提高,引起了建筑物的严重湿陷。

(6)洪水浸淹,多见于山区建筑,由于山洪暴发,浸淹建筑物引起湿陷。如青海某水文地质站,没有规划防洪设施,山洪浸淹了10幢建筑,造成严重湿陷。


2、加固处理原则


在湿陷性黄土地区造成建筑物下沉的主要原因既然是因“水”渗入基础底部而引起的,因此在进行此类建筑物加固处理时,就应充分考虑这一特点,进行针对性的处理,从根本上解决湿陷的问题,才能确保加固的效果。因此,在进行具体的加固处理时,应遵守以下一些原则:

(1)首先要查看建筑物场地的地质勘探报告,了解地基土质情况、原来对地基的处理情况、基础设计情况、施工及使用情况,现场考察及查阅工程档案。

(2)弄清建筑物湿陷的主要原因,是上下水道跑水渗漏,还是暖气沟内灌水;是地面水由散水等处浸入基础,还是地下水位上升。只有找到引起发生地基湿陷的原因,才能有针对性地进行处理。

(3)当发现建筑物出现过大沉降时,如系管道漏水引起的湿陷,就要及时断绝水源,使地基不继续浸水;如系地面水由暖气沟、散水等处浸入地基,则必须先将这些部位处理好,防止水继续浸入基础。

(4)要对建筑物的沉降和裂缝进行观测,以了解湿陷变形的发展情况。经过一段时间的观测,如果建筑物下沉变形已接近稳定或基本稳定,且情况又不严重,只需处理好各种水源渗入基础的可能性,并对建筑物受损部分进行一些必要的修补加固即可。

(5)如地基需要加固处理,则应根据土质情况、建筑物要求、施工条件等因素,选用不同的办法来进行加固处理。

(6)在考虑进行湿陷性黄土地区的建筑物加固方案时,应采取技术上合理、加固时可行、安全上可靠、经济上合理的方案。


3、加固处理方案选择


加固湿陷性黄土地基的方法很多,目前常用的、行之有效的方法有强劳法、灰土挤密桩、灌注桩、石灰桩、双灰桩、换土法、灰土垫层法、灰土井桩等。但是这些处理方法主要用于未建造建筑物以前进行地基处理。当建筑物建成并投入使用后,以上的这些方法就不一定适用了,必须根据建筑物的具体情况和技术要求来选择最合适的加固处理方法。


4、加固处理工艺


湿陷性黄土地区建筑物浸水下沉后,地基的加固处理工艺要点分述如下。


4.1、硅化法加固工艺

4.1.1.加固方案

应根据不同的加固要求和具体情况,采用不同的硅化加固方法。

(1)紧靠基底外侧钻垂直灌注孔,依靠压力浆液的扩散作用,硅化基础下周边土体。

(2)先在基础外一定距离用硅化法做一围幕,然后再按上述方法加固。

(3)以不同的角度在基础底下打斜孔,加固基础下的土体。

(4)在基础一侧或两侧挖土坑,分层钻水平孔,灌注浆液,加固基础下的土体。

(5)在基础上用风镐直接钻孔眼,直接加固基础下的土体。

(6)紧靠基础外侧周围钻孔灌浆液做一围幕,然后用第5种方法加固。

(7)紧靠基础外侧周围钻孔灌浆液做一围幕,再钻斜孔至基础底部进行硅化处理。

4.1.2.土体加固半径

实际使用时应根据试验确定加固半径。

4.1.3.确定孔距

孔距与土的加固半径有关,一般孔距为1.73r;如为两排加固时,排与排间的孔距为1.5r。

4.1.4.确定孔深

应根据土质情况和建筑物的使用要求来确定。

4.1.5.确定硅化面积

根据试验确定土体硅化后的强度及硅、设计要求的地基强度[R]和基底面积F来确定

4.1.6.确定孔数

孔数N与每个孔在基底部分的硅化半径有关。

4.1.7.每孔浆液灌注量

4.1.8.施工工艺要点

分层灌注时,每层灌注深度宜为0.8~1.0m;

灌注压力:起始宜用0.02~0.05MPa,每深1m,压力增加0.02~0.05Mpa;

流量:控制在5~10L/min以内;

一个基础上一次硅化地基的面积,不宜超过基底面积的20%,以防引起湿陷变形;

灌注顺序应先灌上层,由上至下逐层硅化到所需深度;

灌注时应遵守孔对称、先上后下、错位跳动、先外后里的原则。


4.2、氢氧化钠溶液加固法

4.2.1.确定加固半径

加固土体的半径r应通过试验确定,在黄土中一般为0.4~0.8m。

4.2.2.确定孔距和孔深

孔距一般为1.73r,孔深应根据建筑物的不同要求而定

4.2.3.计算加固土的体积公式

V=πr2h

4.2.4.计算溶液需用量公式

Q=πr2hnK1000

4.2.5.施工工艺要点

(1)用洛阳铲按孔位成孔;

(2)孔中填粒径为10~20mm碎石,每填200mm用木棒稍加捣实;

(3)加温碱液,温度控制为90~95℃;

(4)灌注时可用手摇泵加压,压力控制为0.1~0.2MPa;

(5)灌注时要先浓后淡,跳孔灌注。


4.3、灰土桩加固法

4.3.1.确定桩径

桩径一般选用200~300mm;

4.3.2.确定桩距和桩深

桩距一般为2.5~3.0d;桩深一般为湿陷性土层的厚度,人工打桩时宜为4~6m,机械打桩时宜为6~10m。

4.3.3.桩孔布置

为了造成一个比较坚实的围幕,一般应在基础周围打2~3排灰土挤密桩。

4.3.4.施工工艺要点

(1)成孔顺序按隔排跳位法进行

(2)拔管后要逐个检查桩孔有无缩颈现象;

(3)桩孔回填前应清孔底并夯实;

(4)三七灰土应配比准确,拌合均匀,含水量适宜;

(5)灰土应分层回填,每层虚铺厚度和夯击次数,应根据夯锤重量和落距通过试验确定。


4.4、石灰桩加固法

4.4.1.确定桩径

用人工或打桩机打入桩管成孔,孔径一般选用270~325mm。

4.4.2.确定桩距和桩深

桩距一般采用2~3d。桩深宜为4~6m,宜达土的天然含水量等于18%~20%时为止。

4.4.3.桩孔布置

与灰土桩基本相同。

4.4.4.施工工艺要点

(1)宜采用隔排跳打法;

(2)生石灰块粒径不大于50mm,粉状含量不大于15%;

(3)桩孔中充盈系数宜为1.4~1.7;

(4)填充生石灰块时,要用桩管或落锤夯击密实;

(5)桩孔上部至少有lm深度内应用素土封孔,以防开花放炮。