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岩土研究院

工程实例-地基水泥注浆加固

316 2022-01-20 16:27:32

一、工程概况

虎丘塔位于苏州虎丘山上,建于五代周显德6年至北宋建隆二年(公元 959~961年),为七级八角形仿木结构砖塔。塔底直径 13.66m,高47.5m,重6300t,支承在 12个砖墩上(塔周8个墩,内部4个墩)。由于塔基建于厚薄不均的入工填土层上,西南薄、东北厚,因此塔体倾斜逐年发展,到解放初塔体损坏已很严重;塔心部分裂缝宽达18cm。1956年进行过维修加固,加固使塔体重量增加约 200t,并促使塔体倾斜发展,塔顶水平位移由 1957 年的1.70m.增至 1958年的2.30m,砌体多处出现竖向裂缝。

二、地质条件

在地基加固前进行的地质勘察查明,塔基地层自上而下组成为∶1.杂填土层∶厚0.5-1.2m,较松散,力学性能差;

2.块石层;厚度不均匀,最厚达 4m,有的部位缺失。块石由凝灰岩及流纹岩组成,质地坚硬,最大粒径1.0m,20~500mm粒径块石充填其间,孔隙较大。由于遭受雨水冲刷,冲填物较少,压缩性较高;

3.粉质粘土∶层厚1.0~5.5m,层底标高-2.2~·6.2m,为古代填土,呈可塑~软塑状态,夹岩石碎块,下部较密实;

4.风化岩土层∶厚0-7.0m,层底标高-3.2~-9.8m,上部为凝灰岩强风化层,下为晶屑流纹岩风化层,胶结松散,结构疏松,遇水强度低;

5.基岩∶为凝灰岩及流纹岩、成层状构造,质地坚硬。

由于塔基处于虎丘山顶,没有地下水。其地质剖面如图4.8-1所示。第三层粉质粘土的物理力学性质如表4.8-1所示。

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三.、地基加固设计与施工

虎丘塔地基加固经多次专家会议论证,决定分两期进行。一期是在塔基周围建造桩排式地下连续墙,借以减少塔基侧向变形及水土流失,改善土体受力状态;二期是在桩排式地下连续墙内进行注浆和树根桩施工.以提高地基土的密实性及整体性。

1.桩排式地下连续墙施工

桩排式地下连续墙采用人工,控挖孔方法进讲行。在塔基外布置 44根人工挖孔灌注桩.直径1.4m,伸人基岩 50cm。桩柱之间浇注混凝十搭接防渗。桩顶浇注钢筋混凝土圈梁,使桩柱连成整体,如图4.8-2所示。

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2.注浆施工

钻孔注浆分批进行,主要以加固塔北半部地基为主,在塔南边桩排式地下连续墙附近,由于土体被扰动,故沿桩排式地下连续墙也布置钻孔注浆。在塔内考虑到以后塔体结构加固时的荷载。也布置了 48 根采用静力注浆方法成桩的树根桩。

(1)钻孔注浆顺序

①先加固东北及北边靠近灌注桩内侧土体,因为这部分土体较松软,下沉变形大,灌注桩施工时对它有扰动,所以先对它加固;

②从灌注桩内边沿向塔中心推进,先塔外,后塔内;先垂直孔,后斜孔。以插花形布孔,孔距1.15~1.50m;

③塔外钻孔注浆采用三序式全孔一次注浆工艺,二序钻孔是对一序注浆的检查,三序钻孔是对一、二序注浆的检查。为全面加固地基土,钻孔伸人基岩10cm;

(2)钻孔施工工艺

钻孔采用改装的 XI00-1 型工程地质钻机,为避免水浸湿软化地基,采用干钻法成孔,钻机就位后,接通压缩空气,进行干钻开孔,深约 60cm,然后放入φ108mm 套管,以防地面钻机工具碰压损坏孔口。再用成孔 少90rnma的合金钻头钻进。当在含碎砖、瓦片的粉质粘土中钻进时,土体较干燥,可通入区缩空气(压力 200~300kPa)冷却钻头和除渣。在含水量大于塑限的土层中钻进时,不能用压缩空气,得改用较长岩芯管;把土体钻压入岩芯管内,提钻后再用气压推压法排出岩芯。

在风化岩层中钻进时,使用外嵌合金钻头,采用两台0.6m²/s的空压机排岩屑,避免卡钻现象。台班钻进速度可达 20m。

在大块石和基岩中钻进时,使用钢砂钻头,并适量供风。

(3)注浆

注浆方法分两种,当地层孔隙大,则直接用压浆机注浆;当土质较密实时,则先用压缩空气通路,使土层中孔隙贯通,然后注浆,接着封闭孔口,再施加气压。

压浆机为单缸柱塞式,最高压力为 700kPa.流量为100L/min,应用回浆管调压力。当符合下列条件之一时,则停止注浆∶

①压力超过规定值(塔外 300kPa,塔内150kPa);②浆液从孔口或其他地方冒出;③注浆量超过规定值时。注浆材料配合比如表4.8-2所示。

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