陶曉軍

（蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730046）

1 前言

我國建筑能耗占總能耗1/3，為進(jìn)一步降低能耗、節(jié)能減排，我國建筑業(yè)已從“大拆大建”轉(zhuǎn)向“綠色建造”輔以既有建筑綜合性能提升改造階段。截止2015年，我國既有建筑面積近600億m2，大部分既有建筑都存在能耗高、使用功能不完善等問題，部分建筑存在嚴(yán)重的安全隱患甚至病害，亟需加固維修。我國西部廣大的濕陷性黃土場地，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，還有大量的上世紀(jì)建設(shè)的既有建筑在繼續(xù)使用。由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，很多既有建筑采用淺基礎(chǔ)，地基土剩余濕陷量遠(yuǎn)大于現(xiàn)行規(guī)范要求，一旦使用維護(hù)不到位地基土浸水，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，危及建筑安全。地基處理作為一門實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，它的理論與實(shí)踐正處于不斷發(fā)展和完善之中，并日益受到了工程界及學(xué)術(shù)界的重視[1-3]。灰土擠密樁作為一種濕陷性黃土地基處理方法，是西北地區(qū)最早推廣應(yīng)用的一種以土治土的方法[4]。水泥漿液注漿對濕陷性黃土地區(qū)地基的加固以及建筑物糾偏加固中能起到快捷有效的作用，其常見注漿加固方式有填充注漿、滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿[5]。對地基的加固處理，要綜合分析場地情況、施工條件、成本等，針對不同的現(xiàn)場實(shí)際情況，采用不同的加固方法[6-7]。

圖1 地基加固示意圖

2 工程概況

某生產(chǎn)大樓建于上世紀(jì)五十年代，因造型獨(dú)特、歷史文化積淀濃厚具有較高的保留價(jià)值。該樓共分為三部分，前部中間為五層框架結(jié)構(gòu)、前部兩翼為四層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下為150mm厚卵石三合土（1：3：6）墊層；中部及后部均為二層混合結(jié)構(gòu)，墻下基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)下為300mm厚三七灰土墊層，柱下為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基底標(biāo)高-6.0m。

該樓建造時(shí)間長，基礎(chǔ)采用淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為灰土卵石三合土，其下為濕陷性黃土，地基水穩(wěn)性差。在長期使用過程中，該樓地基土長期浸水，室內(nèi)局部曾采用化學(xué)注漿法進(jìn)行加固，但本次加固時(shí)探井開剖表明，局部地基土浸水嚴(yán)重，地坪空鼓、開裂、地梁及墻體出現(xiàn)貫穿裂縫，室內(nèi)地面下回填土塌陷嚴(yán)重，衛(wèi)生間、走廊及局部開間地面與回填土脫空（最嚴(yán)重處達(dá)800mm以上）。

根據(jù)探井開挖斷面分析，在探井深度內(nèi)，該場地主要由粉質(zhì)粘土組成，局部夾粉砂，探井在6.5～6.7m處均有水滲出。根據(jù)該生產(chǎn)大樓場地工程地質(zhì)探查，該場地地基土由于長期浸水，濕陷變形已趨穩(wěn)定。該場地目前為Ⅰ級非自重濕陷性場地且總沉降量較大，沉降差較小，基礎(chǔ)底面下3～5m地基土仍具有濕陷性，地基土含水量大，反映出濕陷性下降，壓縮性上升。該場地地基土壓縮及濕陷變形下限深度在5m左右，是本次加固處理的主要土層。

3 地基加固設(shè)計(jì)施工

針對該項(xiàng)目場地地質(zhì)現(xiàn)場實(shí)際，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比采用基礎(chǔ)外則水泥石灰擠密樁和基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)注漿法相結(jié)合的地基加固方法。擠密樁及注漿孔布置見圖1。

3.1 水泥石灰擠密樁

水泥石灰擠密樁樁徑均為0.2m，處理深度為6.0 m，均采用正三角形布樁，樁間距為0.6m，填料采用水泥：消石灰：土=1：3：6，即水泥、消石灰與土的體積配合比為1：3：6。水泥石灰擠密樁加固處理的主要地層為基礎(chǔ)下濕陷性土層，成孔深度6.0m。加固目的是防止加固部位土體發(fā)生橫向變形，起帷幕作用，又可防止室外水滲入。擠密樁采用先外后內(nèi)、間隔跳躍方式施工。

該工程水泥石灰擠密樁成孔510個(gè)，共計(jì)3060m。

地基加固區(qū)施工采用改裝的XY-100型鉆機(jī)、XY-200型鉆機(jī)沖擊成孔，夯錘由鑄鋼制成，錘重500kg，錘尖做成400錐角，落距2.5m左右。成孔后每填入200mm填合料用夯錘夯實(shí)，每次回填料夯擊4～6次，每孔填至距孔口0.3m，以上部分用灰土封口。

3.2 注漿法

注漿采用水泥和水玻璃雙液型混合漿液。水泥采用普通硅酸鹽水泥（R32.5級），水泥漿水灰比為1：1；水玻璃模數(shù)為3.0，摻量為水泥用量的1%，并摻入膨潤土防止?jié){液離析沉淀，摻量為水泥用量的3%。注漿加固孔處理深度室外為6m，室內(nèi)為7.0m，注漿孔間距1.0m，該工程注漿，屬滲透注漿，主要灌注地層為填土，其注漿壓力0.5～0.7MPa。

該生產(chǎn)大樓工程前部西翼4～7軸線和生產(chǎn)樓前部東翼18～24軸線基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)注漿成孔390個(gè)，共計(jì)2588m；對中部及后部中間通道部分及前部生產(chǎn)樓臺階4根門柱也采用注漿法加固，成孔273個(gè)，共計(jì)1788m。

4 地基加固效果檢測分析

4.1 檢測內(nèi)容

1）水泥石灰擠密樁

做標(biāo)貫試驗(yàn)，開剖探井取樁身試樣及樁間土樣，進(jìn)行土工試驗(yàn)，對樁身壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)、樁間土的濕陷性進(jìn)行評價(jià)。

2）注漿法

做標(biāo)貫試驗(yàn)，開剖探井實(shí)地查看注漿效果。

3）散水

取墊層土樣，進(jìn)行土工試驗(yàn)，對墊層壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行評價(jià)。

4）沉降觀測

在加固施工全過程中及加固施工后進(jìn)行沉降觀測，結(jié)合水泥石灰擠密樁、注漿法檢測結(jié)果對該工程地基加固整體效果進(jìn)行評價(jià)。

4.2 檢測結(jié)果

4.2.1 水泥石灰擠密樁

4.2.1.1 樁間土標(biāo)貫試驗(yàn)

對樁間土進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，隨機(jī)設(shè)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，標(biāo)貫試驗(yàn)點(diǎn)編號分別為BT1、BT3，分別對加固施工前后的樁間土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，自地面1.0m以下每米做試驗(yàn)一次，地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入（N）試驗(yàn)成果見表1。

表1 加固施工前、后地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入（N）試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

該項(xiàng)目地基土層加固施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果表明：加固施工前，該場地地基土層較松散，且局部含水量高，標(biāo)貫錘擊數(shù)一般不大于6擊/30cm，加固施工后，該場地地基土層標(biāo)貫錘擊數(shù)一般大于12擊/30cm，說明該場地地基承載力和壓縮模量得到了顯著提高，達(dá)到了加固目的。

4.2.1.2 土工試驗(yàn)

1）水泥石灰擠密樁灰土拌合較均勻，摻入一定比例的水硬性材料（水泥）后，灰土擠密樁樁身強(qiáng)度較高。

2）擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果：灰土最大干密度為1.53g/cm3，最優(yōu)含水率為22.5%；素土最大干密度為1.72g/cm3，最優(yōu)含水率為15.5%。

3）擠密（壓實(shí)）系數(shù)

干密度試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，該場地在處理深度范圍內(nèi)，樁體的壓實(shí)系數(shù)為0.96～0.99，平均壓實(shí)系數(shù)為0.98；三樁間土的擠密系數(shù)為0.96～0.98，平均擠密系數(shù)為0.97，均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。

表2 樁體壓實(shí)系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

表3 三樁間土擠密系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

4）濕陷性

土工試驗(yàn)結(jié)果表明，該場地處理后的樁間土在200kPa壓力下的濕陷系數(shù)（δs）均小于0.015；飽和自重壓力下自重濕陷系數(shù)（δzs）也均小于0.015。說明在處理深度范圍內(nèi)，地基土的濕陷性已消除。

4.2.1.3 樁長、樁徑

對水泥石灰擠密樁樁長、樁徑等進(jìn)行了檢測復(fù)核，檢測結(jié)果表明，抽檢的水泥石灰擠密樁樁長均大于6.0m，樁徑均大于0.2m，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 注漿孔

4.2.2.1 樁間土標(biāo)貫試驗(yàn)

對樁間土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，隨機(jī)設(shè)2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，標(biāo)貫試驗(yàn)點(diǎn)編號分別為BT2、BT4，分別對加固施工前后的樁間土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，自地面1.0m以下每米做試驗(yàn)一次，地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入（N）試驗(yàn)成果見表4。

表4 加固施工前、后地基土標(biāo)準(zhǔn)貫入(N)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

該項(xiàng)目地基土層加固施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果表明：加固施工前，該場地地基土層較松散，且局部含水量高，標(biāo)貫錘擊數(shù)不大于6擊/30cm，加固施工后，該場地地基土層標(biāo)貫錘擊數(shù)大于13擊/30cm，場地地基承載力和壓縮模量均得到提高，達(dá)到了加固的目的。

4.2.2.2 注漿孔影響半徑

根據(jù)檢測、試驗(yàn)及開剖檢查，該加固工程注漿孔影響半徑為0.3～0.5m，局部嚴(yán)重疏松地層注漿孔影響半徑可達(dá)1.2m。

4.2.2.3 根據(jù)檢測、試驗(yàn)及開剖檢查，檢測結(jié)果表明：

1）在注漿過程中，漿液在設(shè)計(jì)壓力下劈裂土層，形成了壓力通道，多從注漿孔周邊劈裂開的地面冒漿。

2）注漿孔多呈層狀、柱狀及片脈狀，將塌陷、脫空嚴(yán)重的回填土充分填充，地基土固化效果明顯。

3）室內(nèi)地面下回填土塌陷嚴(yán)重，衛(wèi)生間、走廊及局部開間地面與回填土脫空（嚴(yán)重處達(dá)0.8m以上），回填土疏松、欠壓實(shí)，衛(wèi)生間、走廊東部回填土夾層陷空現(xiàn)象嚴(yán)重，注漿量很大。

4.2.3 散水

干密度試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，散水下灰土墊層的壓實(shí)系數(shù)為0.94～0.96，平均壓實(shí)系數(shù)為0.95，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.2.4 沉降觀測

地基加固施工期間，共計(jì)對加固區(qū)域進(jìn)行了8次沉降觀測，加固區(qū)域（1～29號點(diǎn)）累計(jì)沉降+2.0～-10.0mm，最大沉降量10.0mm（衛(wèi)生間外墻處）。在注漿加固施工前期（尤其是衛(wèi)生間內(nèi)外注漿孔注漿）沉降量較大，經(jīng)綜合分析，這是因?yàn)榧庸虆^(qū)域地基土塌陷、脫空嚴(yán)重且漿液凝固前地基土發(fā)生附加下沉所致。分析加固施工期間8次沉降觀測值及總沉降觀測值，綜合地基加固情況，從9月6日開始注漿，考慮到水泥漿的凝固等情況，注漿效果自9月14日沉降觀測時(shí)開始逐漸發(fā)揮，至地基加固完成后沉降趨于穩(wěn)定（注漿前8月20日～9月14日加固區(qū)域累計(jì)沉降0～-12.0mm，注漿后9月14日～10月11日加固區(qū)域累計(jì)沉降+3.0～-4.0mm，加固區(qū)域沉降收斂趨勢明顯），說明加固效果顯著。

圖2 沉降觀測點(diǎn)布置

5 結(jié)論

某生產(chǎn)大樓地基加固工程，共分為二灰（水泥石灰）擠密樁、注漿、拆除及恢復(fù)散水三個(gè)分部分項(xiàng)工程，通過對加固后地基進(jìn)行檢測，得到以下結(jié)論：

1）采用水泥石灰擠密樁加固施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果表明：加固施工前，該場地地基土層較松散，且局部含水量高，標(biāo)貫錘擊數(shù)不大于6擊/30cm，加固施工后，該場地地基土層標(biāo)貫錘擊數(shù)大于12擊/30cm。在處理深度范圍內(nèi)，樁體的壓實(shí)系數(shù)為0.96～0.99，平均壓實(shí)系數(shù)為0.98；三樁間土的擠密系數(shù)為0.96～0.98，平均擠密系數(shù)為0.97；均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，該法對地基土濕陷性的消除有顯著的作用。

2）采用注漿法加固施工后該場地地基土層標(biāo)貫錘擊數(shù)大于13擊/30cm，說明注漿后場地地基承載力和壓縮模量得到了提高。

3）注漿前加固區(qū)域累計(jì)沉降0～-12.0mm，注漿后加固區(qū)域累計(jì)沉降+3.0～-4.0mm，加固區(qū)域沉降收斂趨勢明顯，證明采用該法加固地基取得了明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。