淤泥質(zhì)地基基礎(chǔ)沉降的加固

王順邦

(洛陽石化工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司，河南洛陽 471012)

1 概述

廣州小虎島集輸泵站是珠江三角洲成品油管線輸送的一個關(guān)鍵節(jié)點，位于廣州市南沙區(qū)珠江入海口小虎島油庫東南角，承擔(dān)小虎島油庫成品油下載、輸送及管線成品油輸送加壓的任務(wù)，泵站2006年下半年投用，在泵站使用過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備及泵基礎(chǔ)出現(xiàn)下沉、管線(支)墩出現(xiàn)下沉離開管線最高處25 cm，地面開裂，出現(xiàn)不均勻沉降，截止2007年下半年，地基下沉已經(jīng)影響到設(shè)備的正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

下沉原因分析:小虎島集輸泵站地基坐落在珠江入海口，地表下0 m～4 m為雜填土，4 m～16 m為沖洪積形成的淤泥質(zhì)土局部含粉質(zhì)砂土，16 m以下為砂土及粉質(zhì)砂土，29．6 m為強風(fēng)化及中風(fēng)化砂巖石。泵站緊鄰大海及珠江支流河道，地下水位淺，地基土含水量處于飽和狀態(tài)。該區(qū)域原地質(zhì)勘探時沒有揭露到強風(fēng)化巖層，從罐區(qū)勘探報告推斷過來，地質(zhì)報告給出強風(fēng)化砂巖在25 m處。泵基礎(chǔ)及部分管架基礎(chǔ)原設(shè)計為預(yù)制管樁，設(shè)計樁長25 m，其他管架基礎(chǔ)及地坪坐落在天然地基上。實際施工除泄壓罐原設(shè)計φ400管樁樁長29．6 m進入持力層外，其他φ300管樁樁長25 m，樁端位于砂土及粉質(zhì)砂土層，未進入持力層。隨著海水潮汐的影響，對地基水位產(chǎn)生影響，對處于飽和狀態(tài)的地基土產(chǎn)生影響，加上荷載的作用，使處于天然地基的管架基礎(chǔ)及地坪產(chǎn)生下沉及開裂，再加上預(yù)制樁沒有進入持力層，對樁產(chǎn)生負摩阻力，使泵基礎(chǔ)及部分管(支)墩產(chǎn)生下沉。

處理方案的確定:因小虎島集輸泵站現(xiàn)正在運行，加固原則為在保證裝置安全運行的前提下進行，通過比選方案，確定選用在沿海地區(qū)應(yīng)用比較成熟的單管高壓旋噴樁及高壓注漿技術(shù)。具體方案為:泄壓罐原設(shè)計φ400管樁進入強風(fēng)化巖層目前沉降量比較小，不進行加固處理;對泵基礎(chǔ)及管墩下基樁原設(shè)計φ300管樁樁長25 m進行高壓旋噴加固處理，原則上在擬加固的樁兩側(cè)各布1根斜向旋噴樁，要求伸入管樁下部，深度至強風(fēng)化砂巖，預(yù)計單樁長度29．60 m，設(shè)計成樁直徑不小于600 mm。采用R32．5普通硅酸鹽水泥，配制水泥漿噴射成樁，樁身旋噴體抗壓強度不小于2．0 MPa。由于場地條件限制旋噴樁無法施工的泵基礎(chǔ)及管(支)墩基礎(chǔ)，對樁端持力層以下土層進行高壓水泥漿注漿加固(注漿壓力試驗確定)，以提高樁端土承載力，減少沉降，阻止基樁下沉，注漿深度至強風(fēng)化砂巖。沒有打管樁的管(支)墩，沿其兩側(cè)布設(shè)旋噴樁，配合淺層高壓注漿，在基礎(chǔ)下形成復(fù)合地基。最后確定旋噴樁235根，深層高壓注漿108根，淺層高壓注漿38根。

大面積的地坪允許有沉降及不均勻沉降。需行車的地方做車行鋪砌處理;巡檢等需行人的地方做混凝土預(yù)制塊人行道;管線的下方和油罐區(qū)地坪等容易產(chǎn)生油花的地方鋪設(shè)碎石，其余地方鋪設(shè)草皮。

2 試樁

小虎島集輸泵站的地勘資料顯示，場區(qū)大部分鉆孔較淺(約16 m～18 m)，僅個別鉆孔鉆至25 m終孔，均未揭露穿淤泥質(zhì)砂層及到達持力層，為更準確的了解場區(qū)土層的埋深、持力層深度、確定加固施工的有關(guān)參數(shù)，確保小虎島集輸泵站地基加固工程的順利進行，根據(jù)處理方案要求，需對加固工程先行試樁。

本次加固要求樁端進入持力層，試樁時樁端要求進入強風(fēng)化砂巖。

試樁在站場內(nèi)車行道位置分別對單管高壓旋噴樁及高壓注漿樁選用3根樁參照以往的經(jīng)驗用不同的參數(shù)進行測試，以確定施工樁的最佳參數(shù)，單管旋噴試樁施工參數(shù)見表1。

表1 單管旋噴試樁施工參數(shù)

深層高壓注漿施工參數(shù):注漿深度29．60 m，注漿孔直徑:110 mm，袖閥管外徑:52 mm，提管間隔高度30 cm，注漿次數(shù)4次，最后一級注漿摻入3%的膨脹劑(見表2)。

表2 深層高壓注漿施工參數(shù)

3根單管高壓旋噴試驗樁的水泥用量分別為274．0 kg/m，259．4 kg/m，242．9 kg/m，3根高壓注漿試驗樁的水泥用量分別為403．6 kg/m，356．4 kg/m，381．8 kg/m。

對3根單管高壓旋噴試驗樁及3根高壓注漿試驗樁進行鉆孔抽芯檢測，從抽芯檢測情況看，樁身呈淺灰色，巖芯呈柱狀，水泥分布均勻，以純水泥漿體組成，局部見夾少量礫砂，膠結(jié)較好。每樁分別在上中下取4組樣做單軸抗壓強度試驗，樁身強度從26．3 MPa到2．6 MPa，完全達到 2．0 MPa設(shè)計要求。6 根樁取樣抗壓強度值見表3。

表3 高壓旋噴樁及高壓注漿樁取樣抗壓強度值

由于場區(qū)淤泥質(zhì)土較厚且呈流塑狀，不論是單管旋噴樁還是高壓注漿，其施工壓力參數(shù)不宜過大，尤其是高壓注漿壓力僅達到1．60 MPa以后則無法再上升，否則嚴重漏漿或跑漿，影響在一定壓力下注漿擴散范圍，而達不到注漿加固效果，因此本次加固參數(shù)如下:

單管旋噴樁施工參數(shù)按2號樁的相關(guān)參數(shù)施工，注漿壓力23 MPa，提升速度為20 cm/min，旋噴速度15 r/min～20 r/min。

高壓注漿采用3次，最大注漿壓力為1．6 MPa，第三次注漿摻入3%的膨脹劑。

3 樁基施工

測量定位:首先采用全站儀根據(jù)高壓旋噴樁及高壓注漿樁的樁位放出控制樁，然后使用鋼卷尺和線繩放出單樁位置，水泥地面用油漆做好標記，自然地面用竹簽做好標記并撒白灰標識，確保樁機準確就位。水泥漿的制備:水泥漿液配制嚴格按要求控制為水灰比1∶1，水泥漿比重1．49。攪拌灰漿時，先加水，然后加水泥，每次灰漿攪拌時間不得少于2 min，水泥漿應(yīng)在使用前1 h制備，漿液在灰漿拌和機中要不斷攪拌，直到噴漿前停止。噴漿時，水泥漿從灰漿拌和機倒入集料斗時，經(jīng)過過濾篩，過濾掉可能出現(xiàn)的水泥硬塊。水泥漿通過高壓泵用膠管送到旋噴樁的鉆機或高壓注漿樁的注漿管內(nèi)。

3．1 高壓旋噴樁的施工

鉆機安裝定位:鉆機就位后，按照施工設(shè)計的孔位，調(diào)試鉆機方位及角度，然后安牢鉆機底盤，使之穩(wěn)定。鉆機定位后，孔位偏差應(yīng)控制在20 mm內(nèi)，垂直方向偏差應(yīng)控制不超過1%。

成孔:由于本工程持力層土質(zhì)較軟，采用自成孔施工，將注漿管鉆入強風(fēng)化砂巖，注漿管連接接頭應(yīng)密封良好，保證在注漿過程中不至于跑漿或壓力減小。

噴射灌漿:噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進行噴射作業(yè)，并掌握好旋轉(zhuǎn)提升速度;嚴格按照施工參數(shù)進行施工，旋噴注漿壓力23 MPa，提升速度為 20 cm/min，旋噴速度在 15 r/min～20 r/min之間。

3．2 高壓注漿樁施工

高壓注漿分2種深度，即淺層注漿按4 m計共38根樁，深層注漿按29．6 m計共108根進行加固。

高壓注漿采用袖閥管施工工藝，袖閥管結(jié)構(gòu)主要由φ52mm PVC外管、DN20鍍鋅注漿內(nèi)管、橡皮套、密封圈等等組成。袖閥管是一種只能向管外出漿，不能向管內(nèi)返漿的單向閉合裝置。在灌漿時，壓力將小孔外的橡皮套沖開，漿液進入地層，如管外壓力大于管內(nèi)時，小孔外的橡皮套自動閉合。每節(jié)灌漿長度固定為30 cm，可根據(jù)地層情況調(diào)整灌漿長度，實現(xiàn)定量定尺可控灌漿，可根據(jù)需要灌注任何一個灌漿段，還可以重復(fù)灌漿，可使用較高的灌漿壓力，灌漿時冒漿和串漿的可能性較小;鉆孔和灌漿分開，提高了鉆孔、設(shè)備的利用率，可在一個孔內(nèi)灌注幾種漿材。由于在被加固的地層中，進行了多點、一定壓力、均衡的注漿，注漿體在地層中均勻分布，均勻連接，因此，大大提高了被加固地層段的整體穩(wěn)定性。

鉆孔深度達到設(shè)計要求(進入強風(fēng)化巖層)，提出鉆頭放置袖法管，袖法管的連接采用套筒膠粘結(jié)方法，然后放置注漿管，進行第一次注漿。

到達規(guī)定時間進行第二次及第三次注漿，最后一次注漿灰漿加入膨脹劑，避免或減少水泥漿體的收縮。

4 沉降觀測結(jié)果及結(jié)論

沉降觀測從施工階段開始，共進行了7次觀測:施工階段每半個月觀測1次，觀測了4次，施工階段觀測主要是保證在施工過程中設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)及檢測加固效果，觀測點設(shè)置在泵基礎(chǔ)四周、油罐環(huán)周及管(支)墩位置，共設(shè)置115個觀測點。施工結(jié)束后觀測共進行了3次，分別在1個月、3個月和6個月時各進行了一次觀測。從觀測數(shù)據(jù)看，在施工過程中沉降由正值變?yōu)樨撝担f明在加固過程中地面有輕微的抬升，隨著時間的推移，在施工結(jié)束后進行的觀測，變形量明顯變小，變形趨于穩(wěn)定，特別是在最后一次觀測，變形量非常小，說明加固取得了滿意的效果。

作為地基處理的方法，高壓旋噴樁及高壓注漿對于飽和淤泥質(zhì)土及飽和砂土有著明顯的效果，對于處于飽和淤泥質(zhì)土及飽和砂土上的基礎(chǔ)加固采用高壓旋噴及高壓注漿加固不失為一種有效的方法。

［1］GB 50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］．

［2］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．

［3］DBJ 15-38-2005，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］JGJ 8-2007，建筑變形測量規(guī)程［S］．