压力注浆碎石土地基加固技术的研究应用Word格式文档下载.docx

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由于SIPOPO地区所在场地地貌属火山喷发形成，是典型的火山岛地形特征向大西洋海岸延伸形成缓坡。

2.2工程地质条件

根据岩土工程勘察报告显示，本场地地层结构自上而下为：

①第四系全新统耕土层：

灰黑色，松散，稍湿。

主要由火山渣、火山砾、火山灰及粘性土组成，植物根茎极发育，含许多腐烂的树根及树叶，具朽木臭味。

厚度0.4～1.4m，全场地分布。

②白垩系中等风化玄武岩层：

青灰色，隐晶质结构，气孔构造。

气孔一般呈拉长的椭圆形，孔径一般1～2mm，最大达35mm。

矿物成分为长石、辉石等，偶见长石斑晶及角闪石。

中等风化，部分矿物风化变质，局部竖向裂隙较发育。

在钻探揭露深度范围内呈多层分布，单层厚度0.4～12.0m，承载力特征值fak=1000KPa。

③白垩系碎石土层（火山渣）：

灰黑、灰红、暗红色等，松散。

由火山渣组成。

碎石成分为玄武岩，形状呈不规则的棱角状，粒径一般25-60mm，大者达300mm以上，含量55～80%。

充填物为火山砾及火山灰。

局部呈架空状，个别段弱胶结。

在钻探揭露深度范围内呈多层分布，单层厚度0.3～4.8m，承载力特征值fak=60KPa。

上述碎石土层与玄武岩层呈互层状分布，属于复杂的地质状况。

图2：

碎石土（火山渣）露头近貌

三、地基基础方案选择

根据岩土工程详细勘察报告的分析结果：

整个拟建场地内的基岩埋藏较浅，其物理力学性质较好，承载力较高，是天然的地基基础持力层，可以作为建筑的基础（独立基础或筏板基础）持力层。

但由于场地内玄武岩下部分布的碎石土极松散，物理力学性质很差，极易发生变形，同时场地内上部玄武岩一般裂隙较发育，玄武岩被裂隙贯穿切割成大块状，应对下卧层承载力和变形进行验算，并应对下卧的碎石土进行地基处理，处理方案拟采用压浆处理，以防止地基不均匀沉降的发生。

整个基础持力层为中等风化玄武岩，基础主要受力层范围内（基底下5.0m深度范围内）分布的碎石土（基底下第一下卧层）承载力不能满足设计要求，需进行压力注浆加固处理，要求加固区独立基础和条形基础部分加固后承载力特征值达到350KPa，加固区筏板基础部分加固后承载力特征值达到300KPa。

加固区的范围见附图1。

四、地基加固方案的选择及设计

4.1地基加固方案的选择

根据结构设计要求，结合场地工程地质条件，经技术经济综合分析，本工程采用袖阀管渗入性压力注浆碎石土层地基加固处理的方案。

4.2压力注浆参数的确定

根据岩土工程详细勘察报告显示，本工程碎石土的孔隙率n＝30％，根据工程经验浆液有效扩散半径R＝1.50m，处理地层平均厚度H＝2.03m。

4.3压浆孔位的设计

孔距L=2Rcos30°

=1.732×

1.50＝2.60m。

本工程筏板加固区加固点间距为2.60m×

2.60m，呈正三角形布置；

独立基础和条形基础加固区加固点间距为2.60m×

2.60m，呈正方形布置。

压力注浆示意图见附图2。

4.4注浆主要材料的选用

根据本场地地质条件，结合已有施工经验，本工程选用水泥浆液为主要浆材，其终止注浆水灰比为0.5：

1。

水泥选用强度等级为32.5R及以上的普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。

4.5注浆量计算

注浆量计算公式为:

单孔注浆量q＝AπR2Hnβ

式中：

A－浆液损耗系数（对岩石取1.2～1.5，对土体取1.15～1.30），取A=1.30；

R－浆液有效扩散半径，R＝1.50m；

H－注浆段厚度，取H＝1.00m；

n－孔隙率，取n=30%；

β－浆液充填系数（对岩体取0.8～0.9,对土体取0.4～0.95），取

β＝0.90；

由式求得：

q＝2.48m3。

即本工程每延米注浆量为2.48m3，取2.5m3。

本工程总的注浆点数为168个点，单点平均加固深度为2.03m，

总的注浆量Q＝168×

2.5×

2.03＝852.6m3。

4.6容许注浆压力

容许注浆压力Ps计算公式为：

Ps=C×

（0.75T＋Kλh）

C－与灌浆期次有关的系数（第一期孔取1，第二期孔取1.25，第三期孔

取0.50），本项目取C＝1；

T－地基覆盖层厚度，此处取T＝2.91m；

K－与灌浆方式有关的系数（此处取自下而上灌浆），取K＝0.60；

λ－与地层性质有关的系数，可在0.5～1.5之间选择（结构松散、渗透性强的地层取低值；

结构紧密、渗透性弱的地层取高值），此处取λ＝0.5；

h－地面至灌浆段的深度（m），此处取h＝3.91m；

则：

Ps＝3.36MPa。

实际工作中取Ps=3MPa。

五、压力注浆施工流程

5.1压力注浆施工关键点

（1）袖阀管分A管（带花眼）以及B管（不带花眼）两种，本工程=地基加固采用A管+B管的综合技术，以此达到有针对性的对待加固段地层注浆的目的。

（2）注浆器具有上下各两个橡皮栓塞，能把浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行注浆，达到分段注浆的目的。

（3）橡皮栓塞在内壁光滑的袖阀管中可以自由移动，可根据需要在注浆区域内某一段反复注浆。

（4）注浆前，不必设置较厚的砼止浆岩墙（可以级配砂石结合水泥砂浆封孔固管止浆），采取较大的注浆压力时,发生冒浆和串浆的可能性小。

（5）能较好地控制注浆范围和注浆压力。

图3：

袖阀管结构及其注浆示意图

5.2压力注浆工艺流程

图4：

袖阀管注浆工艺流程图

六、施工过程介绍

6.1测量放孔：

根据现场已有的控制点，采用莱卡TCR-805全站仪，由地基加固施工单位按注浆点平面布置图测放注浆孔点位，点位平面误差不超过5cm。

图5：

测放压浆点位

6.2钻探成孔：

本工程采用XY-100型钻机，直径89mm的金刚石钻头回旋钻进成孔至设计深度，钻孔时采用套管护壁清水钻进，全断面取芯，并在成孔过程中准确记录了各注浆点玄武岩、碎石土的分布情况。

图6：

压浆点位成孔

6.3埋设袖阀管：

根据各压浆点位的地层分布，在碎石土段设置A型袖阀管（花管），在玄武岩段设置B型袖阀管（实管）。

图7：

埋设袖阀管

6.4封孔固管止浆：

埋设好袖阀管，并填砾石至持力层玄武岩底板标高以上30cm时，采用水泥砂浆进行封孔固管止浆，水泥砂浆配合比为水泥：

砂：

水=1：

2：

图8：

封孔固管止浆

6.5浆液配置：

浆液配置时，计量准确，浆液搅拌稳定时间不低于3分钟。

本工程实际所用水泥为42.5R普通硅酸盐水泥。

图9：

配置水泥浆液

6.6注浆：

注浆施工过程中，详细记录了每个注浆点的地层分布情况、注浆压力、注浆配方、注浆量等指标；

注浆的施工顺序按照先外围后中间的顺序进行，以确保注浆质量并减少浆液漏失。

图10：

现场压力注浆

七、实施效果

通过在现场对检测点加固段进行N63.5重型动力触探试验，动探击数很高，贯入难度极大。

利用XY-100型钻机对检测孔全断面取芯，可以看到碎石土已由加固前的松散状态完全凝固成短柱状或长柱状，对每个检测点均对加固后的碎石土水泥胶结体现场见证取样，在国内完成饱和抗压强度试验，试验结果显示，本工程经加固后的碎石土水泥胶结体饱和抗压强度平均值为2.10MPa。

根据试验成果计算经加固后的碎石土段（碎石土水泥胶结体）地基承载力特征值。

计算公式如下：

fa=фr·

frk

（1）

frk=ф·

frm

（2）

ф

（3）

fa——岩石地基承载力特征值（kPa）；

frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值；

фr——折减系数。

本处取0.2；

frm——岩石饱和单轴抗压强度平均值；

ф——统计修正系数；

n——试样个数；

δ——变异系数。

经计算得到，加固后的碎石土段（碎石土水泥胶结体）承载力特征值为411.6KPa＞350KPa。

由此可见：

基础主要受力层范围内（基底下5.0m深度范围内）分布的碎石土（基底下第一下卧层）加固后的承载力特征值均满足设计要求。

图11：

加固前碎石土呈松散状态

图12：

加固后碎石土胶结体呈长柱状或短柱状

八、课题研究成果及总结

本科学技术成果为应用推广类型，本次课题研究的成果为：

马拉博会议中心地基处理，主要是针对复杂地质状况中的碎石土层通过压力注浆的方法，采用A种袖阀管和B种袖阀管相结合的施工方法，进行地基加固，并在短期内将碎石土层胶凝成一个整体，从而达到满足建筑物所需地基承载力的要求。

关键技术：

通过成功运用袖阀管压力注浆处理碎石土的地基加固技术，使建筑软弱地基在短期内迅速达到相应的抗压强度，并完全满足建筑物地基承载力特征值。

九、效益分析

与同类施工技术对比如下：

采用桩基础的优缺点如下：

采用桩基础时，中等风化玄武岩可作为桩端持力层。

桩身质量容易得到保证，单桩承载力较高，桩底的清底和桩底持力层的验槽工作易于进行。

但本工程场地内玄武岩与碎石土呈互层状分布，玄武岩相对较坚硬，不易挖掘成孔，而玄武岩下部分布的碎石土（火山渣层）很松散，极易发生变形。

马拉博国际会议中心工程下的原有天然地基中局部存在碎石土层，无法满足拟建建筑的地基承载力特征值，现采用袖阀管压力注浆的方法对该部分土层进行加固处理，完全克服了桩基础施工的缺点，并使软弱地基在短期内达到地基承载力特征值。

本工程总的压力注浆点数为168个点，单点平均加固深度为2.03m，总的注浆量为852.6m3。

自2009年6月28日开始施工至8月27日结束，圆满完成了施工任务。

并经过对抽取试样进行抗压强度试验和计算校核，软弱下卧层（碎石土层）地基满足承载力特征值的要求，使地基得到了有效的加固。

该类施工方法对碎石土地基的加固，属于首次被使用，工期短，加固效果良好。

一十、推广应用前景

马拉博会议中心工程的地基加固处理，主要是针对复杂地质状况中的碎石土层通过压力注浆的方法，进行地基加固，并在短期内将碎石土层胶凝成一个整体，从而满足建筑物所需地基承载力的要求。

由于碎石土的力学性质、渗透性具有明显各向异性，压力注浆处理效果取决于碎石土粗颗粒的含量，其效果随土质情况有很大的变化幅度。

压力注浆施工设备小巧、移动方便、对周围环境影响小，是一种行之有效的碎石土地基加固处理方法。

压力注浆处理碎石土目前尚属首次成功运用，在填补了国内、国外同类空白施工技术应用研究的同时，也使压力注浆的使用范围得到越来越广的应用，该类施工技术工期短、效果好，值得推广。