引言
地基加固是加固软土基坑工程不可缺少的技术措施,其主要目的是通过加固地层改变软弱土层的土体结构以提高土体强度,增强基坑的整体抗失稳(滑移和隆起)能力,使被动土的抗力增加,减少围护结构的位移和变形,有利于对环境的保护。但是加固过程中若方法不当也会产生一定的负面效应。
本文就淤泥质粘土地质条件下,对双液注浆加固施工工艺的可行性及其加固时对周围环境的影响进行研究,并对加固效果进行评价分析,为今后类似软土地基加固施工提供借鉴。
2、概述
1、工程概况
上海轨道交通M8线延吉中路站位于营口路地下,两侧为密集的居民商住区。车站围护结构设计为800mm厚地下连续墙,标准段开挖深度为14.52m,端头井为15.97～16.91m,采用明挖法施工。
本工程地基均属第四系河口～滨海浅海相沉积层,主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成。在施工范围内,各沉积地层厚度、成份、土的物理力学性质及各项指标大致趋同,总体上呈现地面下3.0m为杂填土;3.0m～8.0m之间主要以饱和粉性砂土夹粘土为主,呈松散性,稳定性差,土质不均匀;8.0m以下均为饱和状态淤泥质粘性土层,局部夹少量薄层粉细砂及贝壳屑,具有高灵敏度、高含水量及弱渗透性的特点,车站地基土属中～高压缩性软弱土层。车站底板位于④层的灰色淤泥质粘土内,该土层超孔隙水压力为390kpa,平均静力触探Ps值为0.58Mpa,呈饱和、流塑状态,属高压缩性土,土质较均匀。
2、地基加固设计
车站底板位于第④层淤泥质粘土层内,根据地质情况为保证施工安全,在距房屋小于10m的1～5轴、43～46轴、52～60轴段及两端头井内采用抽条、分层、快凝、双液注浆加固,加固后土体强度指标Ps1.2Mpa,注浆加固土体深度为基坑底面以下3.0m;对端头井转折角处因斜撑反力造成的基坑外大抗力被动区也采用双液注浆进行加固,加固深度为原地面下2m至基坑底面以下3m。
3、主要施工工艺
1、工艺原理
软土地基注浆加固的实质是利用气压或液压,把能固化的浆液注入土层中的裂缝或孔隙,以强度高的浆液固化体加强土层并挤密原土,以改善其物理力学性质,从而提高其地基承载能力和抗隆起稳定性。
2、注浆工艺
注浆工艺可分为渗入性注浆、劈裂注浆、压密注浆和电动化学注浆等,本工程采用劈裂注浆工艺。
3、施工设计
标准段基坑内抽条加固幅有效范围长17.2m、宽3.0m,注浆孔孔距1.2m、排距1.0m,钻孔平均深18m;端头井地下连续墙转角处外侧大抗力被动区共布置注浆孔72只,钻孔深度23m;南北端头井基坑内,共布置注浆孔540只,钻孔深23m。
4、工艺参数选定
(1)、注浆压力:0.1～0.4MPa;
(2)、注浆流量:15～20L/min;
(3)、注浆量:根据Ps1.2Mpa通过试验确定加固体的双液参量,按加固体的双液参量确定每节注浆量是80L/节(33cm);
(4)、孔位布置:行距排距=1.21.0m;
(5)、浆液配比:
A液:水:水泥:膨润土=0.7:1:0.03(70kg水:100kg水泥:3kg膨润土);
B液:350Be水玻璃:粉煤灰:水=0.25:0.5:0.5(25kg水玻璃:50kg粉煤灰:50kg水)。
5、主要施工工艺
（1）、成孔
采用地质钻机或凿岩机预制成孔至地面下6～8米深,然后移走钻机,分节插入注浆管,并用平板振动器将注浆管振冲至设计加固体底面。
（2）、制浆
根据试验确定的加固体浆液参量,拌浆桶配置A、B双液浆。
（3）、注浆提升
根据试验确定的每节注浆量分节注浆,然后提升0.33m再注浆,提升至基坑底面注浆结束,拔出注浆管。
施工过程中,根据试验确定的加固体浆液参量确定每节加固体注浆时间,并通过控制注浆时间来控制每孔的注浆量。具体计算式如下:
每节注浆量=行距排距节深20%
每节注浆时间=每节注浆量/注浆流量
每孔注浆量=每节注浆时间节数
4、关键技术和难点及应对措施
1、工艺参数的选定
注浆加固区主要位于④层灰色淤泥质粘土内,此土层颗粒细、孔隙小、渗水性低,故采用劈裂法注浆。劈裂注浆用料有水泥浆或水泥-水玻璃混合浆,本次注浆采用后者,并掺入粉煤灰和膨润土以改善浆液性能。
地基加固注浆孔间距一般为1.0～2.0m,为保证注浆效果,本工程设计为:行距排距=1.21.0m。对粘性土层,注浆压力经验值为0.2～0.3MPa,本工程采用0.1～0.4MPa;浆液充填率为15～20%,本工程取20%;本工程采用分层注浆法,分层厚度0.33m,每节(层)注浆量=1.21.00.3320%=0.792m3/节80L/节。
根据以上注浆工艺参数,在正式施工前,在车站北端注浆加固区选取有代表性地质的区域,分2组,每组2个钻孔,进行现场注浆实验。在注浆结束28天后,对加固地层进行静力触探试验。
土层经加固后其平均Ps值均超过1.2MPa,能够满足设计要求。
对土层加固后:
⑴加固区土体比贯入阻力明显增大,平均值超过设计要求的1.2MPa;
⑵对加固区上部土层有明显的压密作用。
2、注浆加固的均匀性及质量控制
⑴均匀性控制
①注浆开始前充分做好准备工作,注浆一旦开始即连续进行,整个注浆深度范围内注浆加固一次完成避免中断;
②浆体在泵送前筛选过滤,并经过高速搅拌机搅拌均匀后,方可开始压注,并在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌;
③每块抽条加固按对称、由外向内的顺序进行;
④施工过程中派专人值班做好各项施工记录,如有遗漏或不符合要求的钻孔,立即采取补救措施;
⑤加强现场控制,确保孔距及孔深,如因地下障碍等原因不能在设计孔位施工时,则在其周围布置加密孔。
⑵质量控制
①根据设计方案对要施工的钻孔位置进行放样,并进行复核定位,孔位误差不大于3cm;
②开钻前用水准尺校平,保持机身机座平稳、钻机倾斜小于1%,钻进时保持中速,遇硬层时减速慢钻,以防卡钻;
③注浆开始前做好充分准备,包括机具、仪表、管路、材料和水电等的检查及必要的试验,保证注浆连续进行;
④注浆压力为0.1～0.4MPa,一旦超过设计压力,及时拔出注浆芯管,并严格按设计方案将注浆流量控制在15～20L/min;
⑤施工过程中随时抽查浆液配合比和凝固时间,确保浆液质量。
5、效果评价
1、加固效果
⑴静力触探试验
注浆结束28天后,按2%抽检,采用15t静力触探器对加固地层进行检测,检测孔布置于两相邻注浆孔中间,检测结果为强度指标Ps=1.25～1.75Mpa,基本能满足设计要求。
⑵开挖后实地观察
加固30天后,当开挖到加固区时,可见薄片状浆液凝固分布在土体中,呈树根、劈裂状,土体坚实,小型挖机在上方行走时不需铺设道板;凡空隙处与薄弱处均充满浆液的凝固体,但分布无规律,看不出设计图中的条柱状。
⑶地下连续墙的位移变化
未加固地段基坑开挖时地下连续墙的最大位移量一般为6～12cm,加固区一般为5～8cm。可见注浆加固提高了土体的强度,增大了其地基承载系数,从而在一定程度上提高了地下连续墙的稳定性。
2、加固公司对周围环境的影响
在注浆加固时会不同程度的引起局部的土体隆起,本工程在对北端头井西侧地下连续墙转角处外侧进行注浆加固时,曾引起加固区附近的煤气管局部上抬,最大上抬量超过了报警值,达到20.10mm。
6、结论
本工程采用双液注浆对基底及端头井转折角处基坑外大抗力被动区进行加固,基本有效地控制了地下连续墙向基坑内的侧向位移和坑底的隆起,保证了围护结构及周边建筑物和地下管线的安全,并在一定程度上改善了基底的施工作业条件。但是局部地段加固效果并不明显,存在一定的不均匀性,而且其在增强土体强度方面效果也不太显著;此外,在注浆加固施工时一般都会造成局部土体隆起,有可能会危及附近地下管线和建(构)筑物等的安全。