1　基础下沉成因分析

各地填方整平或就地取材,或异地运土,将粘土、砂砾、残积物及风化岩块不均匀地混合在一起,杂乱堆填在沟谷低洼区。填土中的角砾、碎石和块石大小不一,形成大量的空洞、空隙;或充填松散状砂类土及软硬不均的粘土。由于角砾、碎石和块石形成的“骨架结构”作用,使得局部地段填土强夯加密处理效果较差或上密下松,填土承受楼体压力的反力不均匀分布而逐渐产生地面沉陷,引起建筑物基础下沉。大气降水入渗与排泄,使地下水位升降变化,地下水流对上述空洞、空隙及充填物进行浸润、溶蚀、冲蚀、淘空,加剧填土不均匀沉降和基础下沉。

2　灌浆加固原理

采用渗透充填灌浆为主、劈裂灌浆为辅进行灌浆加固。即用有一定限度的压力,使用水泥稠浆(或粘土水泥稠浆)向地基的孔隙、空隙和空洞灌注。灌浆时,浆液所受阻力较小,易于渗透充填。浆液的渗流是哪里薄弱,就往哪里钻,形成不规则脉状、网状和窝团状浆液流体;浆液流体包围和胶结土粒及碎石,固化后形成有一定强度的网络状结石,与四周被挤密的填土一起形成复合地基,从而使填土地基结构趋于致密、均匀性改善、承载能力明显提高。

3　工程实例

赣州市某大市场场地原为丘陵沟谷地貌,后经挖高填低拓平形成建筑地基。原有坡、坎、沟、塘地形高差较大,含碎块石素填土厚度不一,经强夯后作为3～5层规模框混结构商住楼的条形基础持力层,设计采用的承载力特征值为160 kPa。商住楼建成半年后,发现有十余栋楼房墙体产生很多裂缝。裂缝多呈斜列羽状分布,单条延伸长0.20～1.50 m、宽0.05～0.30 cm,线密度6～20条/m。

3.1　地基土概况

填土地基由白垩系红色粉砂岩、粉砂质泥岩全～强风化岩土及残坡积层的砂质粘土组成,夹角砾、碎石和少量块石。其中的块石直径一般为0.10～0.20 m,少数达0.50 m,质软易碎;土层中的空洞洞径一般为0.10～0.30 m。土层厚度5.00～12.00 m。经强夯后,地表至2.00 m深度内填土地基承载力特征值为160～180 kPa,往下至12.00 m深度内为140～80 kPa。下伏地层为粉砂岩、粉砂质泥岩风化残积土,含角砾粘土状,稍密～中密。

3.2　灌浆施工技术

(1)设备组合:XY-1型钻机一台,BW250/50泥浆泵一台,三角架一付,100 kg吊锤一个,圆锥头花管及厚壁套管一付,搅拌机一台及管道系统等。

(2)钻孔布置:在条型基础边缘外至0.80 m内对称梅花状布孔,孔深8.00～12.00 m。通过不同地段的现场灌浆试验确定孔距。采用三角形布孔灌浆。灌浆结束28天后,人工开挖竖井检查,井壁土层的孔隙、空隙中的浆液充填良好,浆液扩散半径R=1.00～1.90 m。确定沿条基走向的灌浆孔距:房屋严重裂缝区为1.60 m,局部较轻微裂缝区为1.60～2.80 m。遇太硬块石难以成孔时适当偏移孔位,并保持设计孔距。

(3)灌浆次序:灌浆孔分为周边孔、Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。先灌周边孔,再灌Ⅰ序孔,最后灌Ⅱ序孔。先施工沉降较大、填土较厚地段,后施工沉降较小、填土较薄地段。

(4)灌浆材料配比:用425号普通硅酸盐水泥,掺15%～30%粘土;水灰比1∶1～0.6∶1。

(5)灌浆方式与灌浆压力:自下而上分段灌浆,灌浆段长1.00～1.10 m。灌浆压力一般控制在0.10～0.25 MPa间,局部为0.30 MPa。灌浆同时进行沉降点观测,密切注意已建建筑物和地基土可能发生的变形,限制灌浆量和灌浆压力,确保土层不受浆液冲剪破坏,并在不断的观测下进行安全施工。

(6)施工工艺:采用花管灌浆工艺。花管上部为 50 mm钻杆,中部为 50 mm注浆厚壁钢管,下部为一内径25 mm、长0.90 m、底部带圆锥尖头的注浆花管。花管孔眼直径为3～4 mm,梅花状布眼。用锤击法将注浆花管击至设计灌浆加固深度,灌浆时上提钻杆,露出底部花管,进行底部段的灌浆。段灌浆结束后,上提注浆管进行第二段灌浆。

(7)灌浆结束标准:参照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-94)要求,当吸浆量不大于1 L·min-1时,继续灌注90 min,结束灌浆。

3.3　灌浆效果检查

(1)灌入水泥粘土量(表1)。

表1　灌入水泥粘土量统计表

项目 灌浆孔数(个) 灌浆米数/m 灌入水泥量/t 灌入粘土量/t 平均每米灌入水泥量/kg 平均每米灌入粘土量/kg

数量 210 1822.88 101.375 30.413 55.61 16.68

(2)施工灌浆检查孔:灌浆结束28天后,每栋商住楼布设10个灌浆效果检查孔。从检查孔的钻孔取样检查表明:地面以下3 m之内土层中的水泥量少;3 m以下水泥含量逐渐增大,水泥浆脉结石呈不规则脉状、网状,并可见直径0.26 m的水泥质块状结石与填土碎块石胶结在一起。

(3)现场圆锥动力触探试验(N63.5):在灌浆结束28天后,每栋商住楼沿基础边缘布设42个动力触探试验点,触探试验深度为5～11 m。试验结果表明:地面以下至2 m深度之内地基土承载力为160～190 kPa,比灌浆前提高6%;地下2.0～11.0 m深度范围地基土承载力为150～170 kPa,比灌浆前提高21～87%。

(4)设置沉降观测点检查:在每栋商住楼墙角及中间设置10个沉降观测点。通过一年的沉降观测表明,沉降量为3～5 mm。

3.4　灌浆效果评价

上述灌浆效果检查表明,水泥粘土灌入地基土后充填了填土内孔隙及空洞,并与碎块石紧密胶结,地基土的密实度和均匀性得到了改善和提高;减弱了地下水对土层的渗透、冲蚀、淘空;从而提高了地基土的承载能力。

4　讨　论

(1)填土地基上的建筑物基础下沉,采用灌浆加固处理,可以提高地基土的承载能力和整体均匀性,达到纠偏防沉的效果。

(2)灌浆施工技术参数的选择是一个复杂的问题,应通过现场灌浆试验确定。

(3)花管灌浆施工工艺适宜于填土、砂层及圆砾层。其优点为造孔与下注浆管同步,工效较高(一般成孔8～10孔/天),施工工艺简单;花管孔眼不会被堵塞,便于浆液流动,灌浆加固效果较好。缺点是少部分灌浆孔遇较大块石不易穿透成孔,需挪孔位等,且一般只适宜于低压(<0.50 MPa)灌浆加固。