高压旋喷桩在厂房地基加固中的应用Word文档格式.doc
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high-pressurechemicalchurningpile;
foundationstabilization;
unevensettlement;
motor/waterspraying
1.前言
土木工程建设中,处理地基的方法多种多样,但是在上部土质坚硬下部柔弱、施工场地狭窄净空低、不能影响临近建筑物等情况下,一般的处理方法往往不能完全适用。
而在科学技术推动下,现代工业提供了大功率高压泵和高压水射流技术,这就使以高压喷射注浆法为基础的高压旋喷桩处理地基技术应运而生[1]。
高压旋喷注浆技术[2]是采用一定的方式成孔,借助高压泵使注入剂形成高压喷射流,通过喷射装置高速水平射入土体,借助高压喷射流的切削和混合,使硬化剂和土体混合,从而达到改良土质的目的。
这种方法以水泥为主要原料,加固土体的质量高、可靠性好,具有增加地基强度、提高地基承载力、防止砂土液化等多种功能,目前已常被用于既有建筑物的地基加固工程,尤其是控制地基沉降量、沉降差等方面。
以下以一厂房地基加固为例进行详述。
2.工程概况
长乐市营前镇某厂房,排架结构,长56米,宽20米,高7米。
自建成投产后,基础出现不均匀沉降现象,导致墙体与横梁出现开裂,直接影响厂房的使用。
场地地层自上而下分别是填土、粉质粘土、淤泥质土和粉砂,无不良地质现象。
各地层物理力学参数见表1。
该厂房原设计为独立基础,基础埋深2m,持力层为粉质粘土,基础底面平均压力设计值不大于100kPa。
通过现场勘查,发现持力层厚度差为0.5~1.5m,而持力层下面又为淤泥质粘土,是软弱地层,因此基础承台在等效荷载作用下,由于持力层厚度不均匀,导致地基变形有差异,而且厂房跨度较大,从而出现不均匀沉降而开裂。
表1各地层物理力学参数
土层
天然重度
(kN/m3)
比重
含水量
(%)
孔隙比
塑性指标(%)
液性指标(%)
压缩系数(MPa-1)
压缩模量
(MPa)
抗剪强度
c
φ
填土
19.5
2.65
27
0.71
9.53
0.62
0.3
5.5
40
14
粉质粘土
19.0
2.76
22
0.73
11.21
0.33
0.2
9.2
20
淤泥质土
18.1
2.69
36
1.02
12.50
1.25
0.6
3.4
8
18
粉砂
2.54
19
0.51
24.5
5
35
3.加固处理方法
3.1加固处理方案的选择
不均匀沉降是由于基础持力层厚度差异,地基变形不均匀引起,因此只要对地基进行加固,就能减小基础沉降,确保结构能长期使用。
通过多种地基加固方案的比较,认为在承台下采用高压旋喷桩进行地基加固较为合适。
通过高压旋喷桩复合地基加固了地基软弱层,并直接将部分基础承台荷载传到了压缩性比较好,承载力较高的粉砂层上,使得地基的变形减小。
3.2高压旋喷桩加固的设计计算
3.2.1基本设计参数有
桩体直径:
;
桩长5m;
桩端持力层为粉砂层;
桩垂直度:
桩体抗压强度;
桩体抗剪强度;
面积置换率:
0.1。
3.2.2桩的竖向承载力计算[3]
无法进行现场试验,故按下列公式计算,取其中的最小者:
(1)
(2)
其中,—桩身试块的无侧限抗压强度平均值,取5MPa;
—强度折减系数,取0.35;
d—桩的平均直径;
n—桩长范围内所划分的土层数;
—桩周第j层土的厚度,按总桩长计算;
—桩周第i层土的摩擦力标准值,取平均值15kPa;
—桩端天然地基土的承载力标准值,取220kPa。
通过计算可得。
3.2.3复合地基承载力和压缩模量计算[3]
①旋喷桩复合地基承载力计算按下式
(3)
其中,—复合地基承载力标准值;
—1根桩承担的处理面积;
—桩的平均截面积;
—桩间天然地基承载力折减系数,取0.3;
—桩间天然地基承载力标准值,取180kPa;
—单桩竖向承载力标准值,由之前计算所得为160kN。
经过计算可知,,满足设计要求。
②地基变形的土层压缩模量计算按下式
(4)
其中,—旋喷桩复合土层压缩模量;
—桩间土的压缩模量,取加权平均值8MPa;
—桩体的压缩模量,采用测定混凝土割线弹性模量的方法确定,为120MPa。
通过计算可得
3.2.4最后按照分层总和法验算,复合地基最大沉降小于11mm,满足设计要求,并根据以上计算确定桩数及桩位布置,其中一承台下旋喷桩布置详见图1。
图1承台下旋喷桩布置图
3.3主要施工方法
采用高压旋喷双液分喷法[4]进行施工,主要施工流程见图2。
中压喷浆
高压喷水
钻孔
定位
填补凹穴
移机清洗
静压注浆
图2双液分喷法施工流程
3.3.1钻孔
采用TVX-75型钻机成孔,φ130mm钻具开孔,钻至基础承台内0.1m后,下φ127mm套管,然后换φ110mm口径钻至设计桩底标高。
3.3.2高压喷水
将带有水喷头的钻具放入到孔底,在孔底旋喷不提升3min后,再按规定的技术参数进行高压喷水作业。
当喷头提升到承台底部,再旋喷不提升3min,然后停泵、提升喷头。
施工主要参数有:
喷水流量80L/min,提速20cm/min,喷水压力,旋转速度20~25r/min,直径2mm喷嘴2个。
3.3.3中压喷浆
喷水结束后,将带有喷浆喷头的钻具下到孔底,启动泥浆泵泵送水泥浆,操作与要求与喷水相同,施工主要参数有:
喷浆流量80~100L/min,提速20~25cm/min,喷浆压力8~10MPa,旋转速度25r/min,直径3mm喷嘴2个。
3.3.4填补凹穴
中压喷浆结束后,浆液在凝固过程中的析水作用会导致桩顶出现槽穴,此时需要测量凹槽深度,然后用带有一定压力的泥浆泵将胶管送至凹槽面填补浆液至桩顶标高。
3.3.5静压注浆
为解决旋喷水泥浆析水后桩顶与承台连接不好的问题,在旋喷后应利用套管安置止浆帽进行静压注浆。
注浆压力为0.05~0.3MPa,终止稳定时间2~3min,30min后拔管。
3.4施工注意事项
拆卸旋喷注浆管时要保持管头与旋喷体有0.5m的搭接长度,以免喷射固结体脱节;
同一承台施工必须间隔12小时以上,以防止两桩同时喷水液化土层,人为加剧承台的下沉;
施工期间应每天进行一次沉降测量观测,如发现基础沉降显著加大,应立即中止旋喷施工,待基础沉降趋稳后再恢复施工。
4.地基加固效果
施工期间抽取试桩开挖进行静载试验,结果表明旋喷桩竖向容许承载力在160kN以上,满足设计要求。
施工结束后进行钻孔取芯试验,结果也表明桩体质量符合设计要求。
沉降观测站点共设置30个,按二等水准精度测量,闭合差。
设计要求施工结束后3个月内基础沉降量应小于0.03mm/d,沉降差小于12mm。
施工结束后进行为期一个月的沉降观测,以施工结束时的沉降量为计算基零点,测得平均沉降量为0.29mm,其中最大沉降量0.63mm,最小沉降量0.03mm,沉降差0.6mm。
由沉降观测结果可知,施工结束后6天起,基础沉降开始趋稳,即相对沉降量趋于零,而基础承台间不均匀沉降差仅为0.6mm,平均沉降观测曲线见图3。
因此,采用高压旋喷桩加固厂房地基,控制基础沉降达到了预期的效果,完全能满足该厂房今后的使用和安全性能需要。
图3平均沉降观测曲线
5.结语
高压旋喷桩在地基处理方面有其独到之处,特别是在地基加固方面,施工方便,经济合理,对建筑物的破坏较小。
而采用双液分喷法加固地基,则优势更加明显。
该方法所需设备简单,拆迁方便,旋喷固结体强度高,可适用于不同类型的基础加固。
本工程采用高压旋喷桩加固厂房地基后,基础沉降得到了明显的控制,并且这种处理效果是永久性的。
随着时间延长,旋喷桩的桩身强度持续增长,对基础的顶托作用日益增强,更加保障了大跨度厂房的安全性能。
在加固地基后,厂房墙壁裂缝的问题则采用粘补的方法进行修整。
这表明,对于不均匀沉降较大而引起建筑物损坏的地基基础,在采用高压旋喷桩加固地基后,还应采用其他方法调整上部结构。
也就是说,针对地基基础不同沉降的形式和原因,将高压旋喷桩和其他有效方法结合起来,对基础及上部结构进行综合加固和治理,是处理建筑物地基基础各类沉降的有效措施。
参考文献:
[1]徐至均.高压喷射注浆法处理地基[M].北京:
机械工业出版社,2004
[2]雷崇红,孙树铭.高压旋喷注浆技术及其应用[J].铁道建筑,2004(5):
42-45
[3]JGJ79-2002:
《建筑地基处理技术规范》[S].北京:
中国建筑工业出版社,2002
[4]肖高孝,曾和生.高压旋喷双液分喷法在地基加固中的应用[J].建筑技术,2002,33(3):
190-191
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- 高压 旋喷桩 厂房 地基 加固 中的 应用
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