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岩土研究院

工程实例-灌浆法处理湿陷性黄土地基

379 2022-05-05 09:21:08

工程概况

山西一座小型火力发电厂,装机容量为2×3MW。厂址位于长治盆地东北部××煤矿附近的一条黄土冲沟之中。由于可行性研究阶段对场地研究不细,施工图勘测手段单一,钻探取样压密较严重,又缺乏试坑取样,故未能查明建筑场地黄土的湿陷类型及其湿陷等级,最终导致勘测结论错误。将新近堆积湿陷性黄土误判为中更新世不具湿陷性的老黄土。

1988年冬,电厂进行土建施工,由于地处冲沟,建筑场地窄小。设计采用了削坡壤沟方案,因此主厂房地段的人工回填土厚达 2~3m,且未能很好地分层夯实,局部地段甚至非常松散。施工到 1989年5月,主厂房框架基本浇筑完成,烟囱砌至 42m。一场暴雨之后,洪水浸泡了地基。致使烟囱发生了严重的不均匀沉降,主厂房及主控制室出现了多处裂缝。因影响建成后的正常使用而被迫停工。

篆故出现以后,原期演单位进行了补充制测。采用探井与钻孔、取祥。并采 用探及标准贯入等原位测试手段,查清了地基土的工程地质特性,修改了设计,为地基的加固处理提供了准确的地质资料。

地基加固工作委托山西省建筑公司进行,自1989年10月至1990年5月,历时 200余天,共计成孔728个,注人水泥 181923kg,水玻璃3266kg。

地基加固后,进行了现场检验,并布置了地基沉降长期观测工作。截止 1990年7月底,共计在 29个观测点上各观测12次,各建筑地段累计最大沉降量与差异沉降观测结果见表10-11。

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工程地质条件

电厂地处山西黄土高原长治盆地东北。场地两侧均为黄土台地,厂址处于冲沟之中,原浊沟主精就在2县辗处底部和烟肉东制一带。该地区年隆雨量仅 600mm左右,且冲沟汇水

面积不大,逐流量小,除暴雨后洪水流量较大外,一般仅有小股水流。冲沟两侧沟壁上部一般有3~5m的Q。黄土类粉质粘土,并间夹姜石薄层。

场地地基自上而下为;

①人工填士∶0.00~2.00m 左右,以黄土类粉质粘土Q,及黄土类粉土Q为主,稍湿、稍密、可塑、结构松散,含有姜石及植物根系 ,为近期人工填土。

②杂填土;2.00~3.80m;杂色、土中混有大灰渣屑及砖瓦片等,不均匀,中密,原为砖瓦烧制场地,为老杂填土。

③全新统新近堆积黄土(Qi);棕黄~红褐色、稍湿、可塑、结构松散,高压缩性。具有大孔隙及虫孔,含有煤渣、姜石及砖瓦碎片,厚度为 4.0~6.0m,为主要持力层。

④中更新统黄土类粉质粘土(Q2);黄棕~红褐色,硬塑、土质稍密,含Ca 质条纹及少量姜石,稍湿~湿,为本场地地基土良好的下卧层,此层未钻穿。

10.7.3 方案设计一、布孔

布孔原则是在现场试验取得资料的基础上,初步确定为每间隔 1lm 一孔,厂区西部因地层较好,作适当放宽;而烟囱荷载集中,孔距相对缩小。具体来说。

独立柱基∶在杯口上和柱基周围布孔,较大柱基在杯口至基边的斜面上加孔。

基座,锅炉基座的布孔位置在基础梁两侧及基座四周。引风机座和冷凝器机感,孔.布胃在基座及四周。

条基∶混凝土基础上布两排孔,基础外每侧布一排孔;毛石基础两侧每侧布一排孔。宽条基则只在内侧的基础上成孔,然后再在内外两侧布孔。

二、成孔深度

以深孔穿透基础底下全部湿陷性黄土层和软弱土层为原则,各部分加固深度以地质报告为准,因地制宜。

三、成孔

由于电厂建筑物部分基础均为钢筋混凝土基础。因此成孔时先用硬质合金钻头穿透基础;若混凝土面上有覆土时,则应先清除;若遇钢筋时,则力求移孔避开。孔位着在基础以外时,改用麻花钻成孔;成孔直径为 50~75mm。

四、浆液

选用水泥-水玻璃混合液。水泥∶425号

水泥浆相对密度;1.4

水玻璃∶5%,浆液相对密度为1.14,模数 2.5~3.3。

这种混合液的优点是费用低,凝固速度快,从而减少建筑物之附加沉降,消除黄土湿陷性。

五、注浆工艺

1.为了减少引起的附加沉降,以承重单元分区;每个区内分两批打孔注浆,跳孔灌注。间隔时间在 24h 以上。

2.待成孔后,在孔内下人注浆管,孔口用浆封死,以防浆液外溢。

3.注浆开泵,压力由小到大,注浆量亦逐步增加;若调注浆量超常增大时。说明该孔,可能与裂隙连通,,应暂停注浆;待浆液凝固一段时间以后再注浆,以免浆液损失对加固造成影响。

4.注浆完毕要用稠水泥浆填孔,以填充至顶面为准。

5.注浆量不受限制。本次工程采用极限注浆法。让水泥浆充分注入地下。注浆时压力控制为;穿混凝土基础 400kPa 以上;土孔 300kPa。

施工方法

1989年10月施工队伍进人现场,在实施中,由于停水,停电,土方及材料供应等问题,加之地基加固施工与电厂上部安装同步进行,造成相互影响,致伸加固施工延长到了1990 年 4月底。具体情况分述如下∶

一、烟囱

电厂施工场地浸水以后,由于烟囱荷载集中,所以它的基础沉降与东西两侧(即垂直于冲沟方向)差异沉降值均为最大。东侧最大下沉达 330mm。差异沉降达180mm,造成筒体严重歪斜。考虑扶正比较困难,作了拆除处理。然后在原基础顶面作整平工作。加固孔布置为同心圆状。

烟肉基础呈台阶式,钢筋混凝土以下为毛石砌块,所以各加固孔穿混凝土的厚度是不一致的,中心为3.1m,周围1.6m;基础之外围为土孔,孔深8.0~9.0m。共计成孔101个,注入水泥量为20520kg。

二、气机

穿透气机基础的混凝土厚度分为0.8m、1.1m、2.6m 三种。作业条件好。1号、2号机共成孔62个,注人水泥量为10410kg。

三、锅炉

钢炉炉体在发电设备中重量大。所以,锅炉基础承重亦最大,混凝土中含筋量也较其他基础为多,给加固工程造成了一定困难。加之,基础上部回填土摩达 lm 多,板下填土厚度2m左右,且土质松软,单孔灌注最大达2000kg。1号、2号锅炉基座共成孔144个,注入水泥量 43795kg。

四、化学水车间

地基承重较小,孔位仅在车间周围条基外侧,共布孔69个,注人水泥量 20105kg。整个加固工程结束后,为了进一步加大安全系数。以确保电厂安全。对汽机、钢炉和烟肉外围用单液硅化法实施强化加固。即用硅酸钠一种溶液。借助其水柱压力使溶液通过薄注可,向土中自行瀹透。用这种工艺,灌注溶液与打孔工序截然分开,二者毋需自上而下分层作业,也不需要加压设备;有利于同时加固大量的土体,具有施工简便、渗透速度慢、加固土体均匀、附加下沉量小和对现有建筑物无不良影响等特点。单液硅化是由浓度低、粘滞度小的硅溶液加人2.0%~2.5%氯化钠组成。溶液人十后,经一定时间,溶液中的钠离子与黄土中胶质吸附复合体(nk)的钙离子产生互换的化学反应。从而在十粒之间及其表面形成硅酸胶囊膜。增强土粒间的联结,赋于土以耐水性、稳定性和减少湿陷性,并提高其抗压及抗剪强度。其化学反应式为;

image.png

本次工程硅酸钠溶液灌注量为∶烟囱∶800kg;汽机∶140kg。10.7.5 质量检验一、试验检测

在试验区共布标贯孔5个,标贯10次,轻便触深孔, 2个。总进尺 25,7m,探坑内取原状土试样3个。

检测内容及结果∶

(一)探坑

在试样区内挖了一个2.0m×1.5m、深度为 4m 的探坑。对凝固后的柱体进行直接观察、描述。在 0.55m、2.55m 及3.45m 三个深度处取原状土进行了室内试验,湿陷性基本消除。其它物理力学指标也有一定程度的改善。

(二)标贯

通过注浆孔"桩"间土标贯试验检测,2.5m~4.5m 土的承载力有了较大提高。

二、沉降观测

场地地基土加固处理后。由于地基对上部荷载的支撑作用不再是单一土体,而是由混凝土体、块体和改造后的土体共同作用的复合地基。若要检测其复合地基强度,最好的手段应该是进行现场静载荷试验。电厂现场由于人力、物力及设备所限,未作这种试验。为弥补这一缺陷,利用烟囱施工过程视为一项逐级加荷的原位载荷试验。烟囱是独立基础,底面积 60 余平方米。所以,从烟囱砌砖开始就加强了对烟囱基础的沉降观测工作。1989 年 12 月。筒体由 0m砌到 38m,单位荷重达到180kPa,最大沉降值为18.Cmm,差异沉降6,0mm。1990年4月~7月,烟囱砌到 60m 最终高度,单位荷重达到190kPa,最大下沉值为27.5mm,差异沉降为 1.8mm,并从沉降曲线分析,沉降趋于稳定,完全满足设计要求。