丁美松

淮南市幸福站壓實(shí)注漿法地基處理設(shè)計(jì)

丁美松

一、工程概況

幸福站位于安徽省淮南市洛河洼行洪區(qū)內(nèi)，作為該區(qū)唯一的排澇站承擔(dān)著區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)約31km2的排澇任務(wù)，設(shè)計(jì)排澇流量10.8m3/s。泵站始建于1963年，1966年建成并投入運(yùn)行，原設(shè)計(jì)裝機(jī)6臺(tái)，1976年在泵房南側(cè)增加2臺(tái)機(jī)組后，總裝機(jī)為8臺(tái)套1040kW。原泵房一層為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，二層泵房為1991年大水后增建，磚混結(jié)構(gòu)。穿堤建筑物為鋼筋混凝土預(yù)制圓管涵，計(jì)8根，直徑均為0.8m。

該站運(yùn)行至今已近40年，在排澇方面發(fā)揮了重要作用，取得了良好的社會(huì)效益。但由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，雖曾改造，但受資金等因素限制，許多問題未徹底解決，主要為：（1）泵站建設(shè)年代久遠(yuǎn)，廠房陳舊、屋面滲漏、門窗損壞且布置不合理。（2）防洪標(biāo)準(zhǔn)低，特別是關(guān)系到防洪安全的穿堤涵管，其接頭處無(wú)止水，部分管段因沉降較大，現(xiàn)已斷裂漏水，排澇時(shí)堤腳處翻水泛砂較嚴(yán)重；出口無(wú)防洪門，僅利用拍門擋水。（3）前池與引水渠等護(hù)砌工程水毀嚴(yán)重。（4）泵站前池?zé)o檢修控制閘，站房檢修困難。（5）站身進(jìn)口為簡(jiǎn)易攔污柵且銹蝕、損壞嚴(yán)重，清污條件差。

針對(duì)幸福站存在的主要問題，工程加固主要解決穿堤涵洞滲漏水、泵站防洪及檢修、清污問題，工程措施為拆除原穿堤出水管道，改建為壓力箱涵出水，在前池排澇渠上新建排澇進(jìn)水閘，兼作攔污閘。

二、處理部位及方案選擇

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，進(jìn)水閘基底為第③層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土層，勘探深度范圍內(nèi)未揭穿，承載力為140kPa，壓縮模量為 4.9MPa，可 ～硬塑狀，中等壓縮性。進(jìn)水閘最大基底應(yīng)力為68.4kPa，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)需進(jìn)行處理。壓力水箱及穿堤出水涵洞均位于第②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層上，建基面以下尚有約3m厚的淤泥質(zhì)土層，軟～流塑狀，承載力僅為70kPa，壓縮模量為2.2MPa，屬高壓縮性土層。其下為第③層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土層。經(jīng)計(jì)算，壓力水箱及穿堤涵洞最大基底應(yīng)力位于涵洞出口控制段，為106.2kPa，大于基底土層的承載力。由于地基土層軟弱，經(jīng)計(jì)算，壓力水箱及穿堤涵洞最大沉降量達(dá)164mm，位于堤身正下方，沉降差達(dá)107.8mm。因此，為保證泵站及洛河洼行洪堤的安全，需對(duì)壓力水箱及穿堤出水涵洞地基進(jìn)行處理。

地基處理的重點(diǎn)是解決沉降問題，有效提高地基土的承載力。因此，可選擇換填墊層法、水泥土攪拌法或壓密注漿法進(jìn)行地基處理。換填墊層法是將壓力水箱及穿堤涵洞建基面以下的淤泥質(zhì)土挖除，再填以粉質(zhì)粘土或重粉質(zhì)壤土。由于換填受天氣變化影響較大，且沿淮地區(qū)粘性土料分布較少，換填土料缺乏，難以保證工程質(zhì)量。水泥土攪拌法是在壓力水箱及穿堤涵洞基礎(chǔ)范圍進(jìn)行粉噴樁處理，樁徑0.5m，中心距1.0m，深入第③層2.0m，基礎(chǔ)輪廓線外至少布樁2排。由于噴粉樁施工工序復(fù)雜，工期長(zhǎng)（從施工準(zhǔn)備到下一道工序需近2個(gè)月），工程無(wú)法在汛前完工，將給當(dāng)?shù)胤姥磁艥彻ぷ髟斐蓢?yán)重影響。壓密注漿法注漿后土體強(qiáng)度提高很快，一般7天左右即可達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%，并可通過(guò)摻入外加劑進(jìn)一步提高其工效，較前兩種方法具有施工方便、投資省、工期短等優(yōu)點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)中優(yōu)選壓密注漿法進(jìn)行地基加固。

三、作用機(jī)理及工程設(shè)計(jì)

壓實(shí)注漿法是將極稠的漿液通過(guò)鉆孔強(qiáng)行擠向土體，并在注漿點(diǎn)集中地形成近似球形的漿泡，通過(guò)漿泡來(lái)擠壓被注載體鄰近土體的方法。通過(guò)對(duì)注漿孔周邊土體的擠壓，提高地基土的承載力及土體的壓縮模量，從而有效控制建筑物的沉降。壓密注漿的關(guān)鍵是“壓”，通過(guò)鉆孔強(qiáng)行擠壓以在注漿點(diǎn)集中地形成近似球形的漿泡為止。在注漿過(guò)程中，所需壓力必然愈來(lái)愈大，直至達(dá)到上抬壓力。所注漿液必須采用很稠的漿液，其機(jī)理核心技術(shù)是改善被注漿載體的密實(shí)性。

本次加固設(shè)計(jì)，地基被注載體為第②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層，加固范圍為壓力水箱及穿堤出水涵洞基礎(chǔ)輪廓線以外2.0m范圍內(nèi)的地基，注漿孔呈梅花型布置，縱、橫向孔距均為1.0m，孔端深入第③層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土層1.5m。漿液主料采用42.5普通硅酸鹽水泥并摻入少量水玻璃和粉煤灰，水玻璃摻入量為5%、粉煤灰摻入量為30%。漿液坍落度為2～2.5cm，水灰比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定。施工前應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先平整，上覆蓋土層厚度不小于1.5m，以保證注漿壓力。注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定，以略低于測(cè)定的上抬壓力為宜。

四、施工方法及技術(shù)要求

本工程采用自下而上、由堤內(nèi)側(cè)向堤外側(cè)逐段施工的方式，花管注漿法施工。鉆孔、制漿和注漿是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在施工中每一環(huán)節(jié)均應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

鉆孔：放樣并沿軸線測(cè)量地面高程，根據(jù)設(shè)計(jì)要求分段計(jì)算控制鉆孔深度；采用干法造孔，孔深不小于設(shè)計(jì)深度；機(jī)架調(diào)平后造孔，控制垂直度在0.5%以內(nèi)；插入注漿管，為注漿做好準(zhǔn)備。

制漿：經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，使用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，漿液坍落度為2～2.5cm時(shí)，水灰比為0.4～0.5。現(xiàn)場(chǎng)按此水灰比進(jìn)行漿液配制，并通過(guò)比重儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)水灰比。選用2臺(tái)泥漿攪拌機(jī)集中拌漿，統(tǒng)一供漿。

注漿：注漿前需通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定注漿壓力，以略小于上抬壓力為宜。選擇泵站壓力水箱右側(cè)空地為試注點(diǎn)，試注孔數(shù)9孔。經(jīng)測(cè)定，注漿壓力一般為1.4～2.0MPa。

利用注漿泵將拌制好的漿液注入加固土層，自下而上分層注漿，每次提升高度約0.5m，相鄰孔錯(cuò)開注漿。注漿過(guò)程中通過(guò)配置的SWJ-90型沉降儀密切觀測(cè)地基土的變形情況，嚴(yán)格控制注漿壓力，不得造成土體上抬。注漿結(jié)束后，在孔口稍作壓力摒漿后拔出注漿管，如孔口有溢漿現(xiàn)象，及時(shí)封堵孔口。

為保證工程質(zhì)量，壓密注漿速度不可過(guò)快。在同一施工段內(nèi)，先外圍封閉，后內(nèi)部注漿。為防止串漿，注漿孔先按4m間距跳孔注漿，待該工序完成后，再以2m間距跳孔注漿，完成后再進(jìn)行剩余孔的注漿工作。

五、質(zhì)量檢驗(yàn)

設(shè)計(jì)要求經(jīng)壓密注漿處理后的地基，其承載力不得小于130kPa。為檢驗(yàn)壓密注漿的施工質(zhì)量，在壓力水箱和穿堤出水涵洞基礎(chǔ)范圍內(nèi)計(jì)選取6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)。各試驗(yàn)點(diǎn)均先開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后放置鋼質(zhì)承壓板，承壓板面積為0.9×0.9m2。試驗(yàn)采用“慢速維持荷載法”，逐級(jí)加載，在每級(jí)荷載作用下達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后再施加下一級(jí)荷載。試驗(yàn)結(jié)果表明，各試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力基本值均達(dá)到130kPa，能夠滿足設(shè)計(jì)要求；6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在設(shè)計(jì)荷載作用下平均地基變形模量達(dá)15.7MPa?，F(xiàn)場(chǎng)開挖揭示，漿液與土體結(jié)合緊密，孔間土體密實(shí)度顯著提高。工程完工后，測(cè)得最大沉降量為4.1cm，沉降差1.6cm，地基沉降得到了有效控制。

六、結(jié)語(yǔ)

幸福站于2004年12月開工建設(shè)，2005年5月完工，適逢雨天，當(dāng)即發(fā)揮了巨大作用，工程運(yùn)行至今狀況良好。壓密注漿法作為一種新型地基處理技術(shù)，不僅能提高地基土的承載力，而且對(duì)于降低建筑物基礎(chǔ)沉降效果顯著。該法早期常應(yīng)用于既有建筑物的糾偏，其在幸福站的成功應(yīng)用，表明在水利工程基礎(chǔ)處理中也有獨(dú)特的功效，值得推廣應(yīng)用

安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 230022）