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岩土研究院

工程实例-某焦化厂鼓风机室地基碱液加固

294 2022-02-07 08:53:03

一、工程概况

某焦化厂回收车间鼓风机室系一单层砖石结构房屋,建筑面积153m2,天然地基,灰土基础埋深0.95m,1970年建成.1972年郎因地基浸水产生湿陷,砖墙严重开裂,最大裂缝宽35mm,累计最大沉降量34.4cm,平均沉降量 25.3cm,最大沉降差18.3cm,局部倾斜达18.1‰,严重超过规范允许值,且沉降长期不能稳定,威胁生产正常进行,1976年决定对其进行地基加固。

二、工程地质条件

该场地位于陕西关中地区石川河东岸Ⅱ级阶地上,背靠黄土塬。黄十层厚16.6m,下伏为卵石层。表层厚4.2~4.5m为新近堆积黄土层 Q.其下为 Q}及 Q,黄土.其中具有湿陷性的土层厚约15m。场地计算自重湿陷量及分级湿陷量分别为40.5cm 及60.5cm(按黄土规范 TJ 25—78 规定计算并进行分类划级),属于Ⅲ级自重湿陷性黄土地基,但在局部浸水地段,计算自重湿陷量及分级湿陷量分别降至5.4cm 及 19.0cm,已改变为Ⅱ级非自重,这表明地基湿陷后性质是很不均匀的。

三、加固试验

由于本场地是自重湿陷性黄土,也即在自重压力作用下遇水有可能产生湿陷的黄土,而碱溶液中水分占到 90%左右,因此试验首先要解决在溶液灌注过程中会否产生自重湿陷的问题。试验孔径5~6cm,孔深 3m,注人浓度为100g/的高温(达90℃以上)碱液1000L。观测到在灌液过程中及灌注后3天地面均未产生下沉,表明地基在小范围浸湿下自重湿陷不可能产生。在土层中自然养护7天后开剖,量测到有效加固土体半径在 40~60cm 范围内,平均约为 50cm。试验表明,采用一次成孔3m深,自流无压灌注方式可以获得较为理想的圆柱形加固体。但加固体强度是不均匀的,靠近灌注孔中心处强度最高,最高试样强度达1150iPa.自孔中心向外,强度逐渐降低过渡到天然土强度。在有效加固范围内的平均强度为38OkPa,比天然土提高约8倍。随着龄期的增长,土体强度也有所增长,32天强度比14 天增长约1/3。表 4.8-12为加固前后土体无侧限抗压强度试验结果的对比。

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用化学注浆方法加固湿陷性黄土地基上既有建筑物地基基础时,普遍都存在附加下沉问题。这是由于土体被溶液中水分浸湿变软,在如固强度形成前,她基土在附加压力作用下会产生一定附加下沉,过大的附加下沉会使已发生湿陷事故的建筑物损坏程度加重,甚至危及安全。为此,有必要通过模拟基础载荷试验确定该场地附加下沉量大小。测定碱液加固过程中附加下沉的载荷试验装置示意如图4.8-15所示。先在预定承压板位置中心用洛阳铲打孔,埋好灌注管,再设置载荷台并逐级加荷到预定压力(实际基础基底压力或提高 50%~100%)。承压板面积为S000r²。沉降稳定后开始灌注高温碱液,观测在溶液灌注过程中的附加下沉情况。载荷试验共作2个。I号试验加压至 143kPa,下沉稳定后连续注入碱液 900L,测得附加下沉9.7mm。浸水时卸荷至 75kPa(因鼓风机室基底压力仅为68kPa)。Ⅱ号试验灌液时及浸水时压力均为 125kPa,注入900L溶液后附加下沉 16mm。加固后在土中自然养护9天后浸水,连续浸水7天,产生的湿陷值如表4.8-13 所示。

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试验结果表明,在灌液加固过程中虽然产生了9.7~16,0mr 的附加下沉,但下沉量不大,这主要由于900L. 溶液灌注延续了近 10小时,而在高温下加固土体2小时即具有一定强度,因而部分已加固土体可阻止承压板附加下沉的发展。试验时的承压板相当于单独基础,而拟加固的建筑物为条形基础,如施工中合理安排顺序,控制施工速度不要过快,必然可使附加下沉进一步减小,后来实际施.工的效果证实了这点。

由表4.8-13可见,浸水后的前3天,湿陷值仅0.5~1.3cm,而在同一场地所作天然土浸水载荷试验,在75kPa及125kPa压力下。浸水两天的湿陷值分别达4.1cm及11.0crm,证明碱液加固已使外荷湿陷值减少了 80%以上。从浸水第4天开始,水已渗人 3m 以下未加固的自重湿陷性土层中,湿陷值增长速度反而加快,这是由于未加固土层已开始产生自重湿陷。在这种情况下,如何合理确定加固深度,必须结合黄土地基的自重湿陷敏感性来考虑。

四、加固设计

在加固前对该场地曾进行过不同面积的试坑浸水试验,试验判定该场地自重湿陷属于不太敏感类型。小范围浸水时∶自重湿陷发展得不充分,同时深层土的自重湿陷反映到基础底部产生的差异沉降小,加固后的土体形成复合地基又可起到调整附加压力和不均匀沉降的作用,故可减轻危害。因此确定采用浅层加固原则,即只加固外荷湿陷影响深度范围内的土层,加固深度自基底往下定为3.6m,即对建筑物危害最大的新近堆积黄土层得到全部加固,加固体下限处土的附加压力与自重压力比值已小于0.1,也即加固深度已达压缩层下限,外荷湿陷可全部得以消除。而采用碱液法对浅层黄土进行加固是比较经济合理的,施工较为简单,造价相对较低。

为了节约加固费用,设计只加固墙体开裂较严重、而结构刚度相对又较薄弱、对生产更为重要的主机室部分墙基。灌注沿条基两侧对称布置,孔距0.7m,每孔设计灌注平均浓度为100g/.的NaOH溶液 720L.加固半径为 40cm.这样可使加固体相互搭接形成整体。可类似于垫层一样工作。部分灌注孔为了提高早期强度,加注了浓度为 100g/L的 CaC2 溶液180LCaCl。能与土中反应剩余的 NaOH生成Ca(OH),并可直接与钠铝硅酸盐作用生成水硬性的胶结物,从而提高加固体强度。

本工程设计共布置灌注孔 92个,其平而位置见图4.8-16。

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五、加固施工

施工采用洛阳铲成孔,孔径8~10cm,孔中填人2--4cm粒径石子至灌注管下端标高处,然后插入不带孔眼的直径 20nm.钢管,再用小石子填入管周约 20cm 高,其上用灰土分层捣实直至地表,钢管上口接直径 25mm 的橡胶管,橡胶管与溶液桶相连。加固施工装置示意如图4.8-17。

烧碱原料采用的是桶装因体烧碱。将固体烧碱破碎过磅后,加水稀释到设计浓度,然后用蒸汽管插入桶内加温(也可用煤或其他燃粒加温)。配制溶液时。应先放水,而后徐徐投人碱块,以免碱块爆裂溅出伤人。当溶液加热沸腾后即开阀门使其自流注入土中。为了减少地基的附加下沉量,采用间隔跳跃方式进行灌注,同时灌注的两孔距离不小于3m,相邻两孔灌注间隔时间一般不少于两天。施工为昼夜不停作业,灌注完一孔一般需延续8~12小时。

整个加固工程共耗用烧碱6.42t,加固土体积158m²,平均每加固1.0m² 黄土耗用烧碱41kg,工程造价比同一场地的单液硅化加固低 50%左右。

六、加固效果检验

加固期间对 18个沉降观测点(观测点位置详图4.8.9-2)进行了沉降观测。附加沉降最大为 9mm,平均为 4mm,每道墙的沉降差在1~4mm之间。加固后继续观测了7年,沉降基本稳定,建筑物墙体裂缝没有发展,生产一直正常进行。

加固前后对该场地黄土的湿陷性及压缩性进行了对比试验,试验结果如表4.8-14所示。

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试样浸泡在水中长达10余年仍完好无损。

.加固后7年对加固土体进行开剖,测定其长期强度。开挖工作十分困难,加固土体颜色已由加固初期的深褐色变为灰白色。实测土体的平均无侧限抗压强度达到560~620kPa,最高达1260kPa,比一个月龄期加固体的平均强度增长1.7~2.0倍。上述检验结果表明,碱液加固的长期效果是可靠的,而且强度增长幅度较大。