江宗寶，楊凡, 孫劍平,邵廣彪

(1.山東建大工程鑒定加固研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250010)

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浸水法在濕陷性黃土地區(qū)罐倉糾傾中的應(yīng)用

江宗寶1，楊凡1, 孫劍平2,邵廣彪2

(1.山東建大工程鑒定加固研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250010)

在濕陷性黃土地區(qū)，針對濕陷性黃土的特性，采用浸水糾傾方法可以避免由于勘察、設(shè)計、施工等方面原因或者使用過程中地基的浸水造成的建筑物不均勻沉降和傾斜事故。文章基于山西陽曲縣某水泥罐倉糾傾工程實例，根據(jù)罐倉的傾斜狀況、傾斜特點以及濕陷性黃土的濕陷特性，在分析罐倉傾斜原因的基礎(chǔ)上，采用了浸水法對其進(jìn)行糾傾處理；并由浸水糾傾過程中浸水區(qū)域范圍，估算了注水量以及注水過程中沉降量的變化，分析了浸水法在工程實踐中的運用。結(jié)果表明：在濕陷性黃土地區(qū)，可以利用黃土的濕陷特性并結(jié)合工程特點，采用浸水糾傾方法來達(dá)到預(yù)期的糾傾效果；糾傾后罐倉總體傾斜為2.4‰，滿足國家相關(guān)規(guī)范要求，同時基本消除了黃土的濕陷性，保證了水泥罐倉的使用安全。

糾傾;浸水法;濕陷性黃土;罐倉

0　引言

由于種種原因，建(構(gòu))筑物傾斜問題時有發(fā)生，國內(nèi)外建筑物糾偏的工程實例較多，房屋糾傾技術(shù)的應(yīng)用也越來越普遍，并已成為國際上一個重要的研究課題[1-3]。在西北黃土高原及相鄰地區(qū)濕陷性黃土分布及其廣泛，因濕陷性黃土自身特點，建于其上的建(構(gòu))筑物出現(xiàn)傾斜事故非常普遍[4-5]。濕陷性黃土在天然含水量狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，常被認(rèn)為是良好的天然地基；而被水浸濕后，土的抗剪強(qiáng)度迅速降低，在土的自重壓力或附加壓力的作用下，結(jié)構(gòu)迅速破壞，產(chǎn)生濕陷現(xiàn)象，從而使浸濕區(qū)產(chǎn)生顯著的附加下沉；若下沉不均勻，就會使建于其上的建筑物或構(gòu)筑物出現(xiàn)傾斜，影響正常使用。對于濕陷性黃土地區(qū)傾斜建(構(gòu))筑物的糾傾可采用浸水糾傾法，此方法是利用濕陷性黃土遇水濕陷的特點，根據(jù)建(構(gòu))筑物的實際傾斜狀況，在建(構(gòu))筑物基底合理部位注水，人為地造成濕陷，產(chǎn)生壓密，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)合理調(diào)節(jié)注水量以控制建(構(gòu))筑物的回傾速度，以達(dá)到糾傾的目的[6-7]。另外浸水壓密消除了地基土的部分濕陷性，同時達(dá)到了加固地基的目的；糾傾完成后再采取地面防排水措施，可保證糾傾后的建(構(gòu))筑物以后的正常使用。

1　工程概況

山西陽曲縣某水泥廠位于陽曲縣大盂鎮(zhèn)，其水泥罐倉為圓筒形鋼板倉，圓筒直徑為21 m，高為25 m。采用的基礎(chǔ)形式為殼體基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-3.50 m，水泥罐倉如圖1所示。該罐倉建設(shè)前未對場地進(jìn)行必要的勘察，加之建設(shè)、施工單位不了解該地濕陷性黃土的特點，對地基沒有進(jìn)行必要的處理措施。

該水泥罐倉于2008年建成，使用過程中由于其東南側(cè)存在積水現(xiàn)象，水泥罐倉逐漸向東南側(cè)傾斜，至2011年4月，其東南與西北方向的最大沉降差為266 mm，傾斜率達(dá)到了12.7‰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GB 500007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第 5.3.4條中6‰的容許值[8]，并影響其正常生產(chǎn)。

圖1　水泥罐倉圖

2　場地補(bǔ)充勘察和水泥罐倉傾斜原因分析

2.1場地補(bǔ)充勘察

為了查明建筑物傾斜的原因，選擇合理的糾傾方案，在方案設(shè)計前對水泥罐倉進(jìn)行了補(bǔ)充勘察工作，以便確定場地地基土的土性參數(shù)。在罐體西側(cè)、南側(cè)以及北側(cè)基礎(chǔ)邊緣外布置3個勘探孔，鉆孔深度為20 m。根據(jù)補(bǔ)勘報告，該場地自天然地面以下20 m范圍土層內(nèi)分為兩層土，其中上部為第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土,灰黃色，厚度為15.3～15.9 m；該層土結(jié)構(gòu)疏松，孔隙比為0.894～0.992之間，濕陷系數(shù)為0.037～0.059之間。其下為中更新統(tǒng)離石黃土,褐色或褐紅色，密實，孔隙比為0.761～0.853之間。由于東南側(cè)黃土長時間積水使得與西北側(cè)黃土的土層參數(shù)有所差別，具體的土層參數(shù)與濕陷性指標(biāo)見表1、2。

2.2水泥罐倉傾斜原因分析

根據(jù)補(bǔ)充勘察結(jié)果可以看出，該水泥罐倉出現(xiàn)傾斜的原因主要有以下兩點：

(1) 地基基礎(chǔ)方案選型錯誤

由于該水泥罐倉基礎(chǔ)持力層為濕陷性黃土，且濕陷系數(shù)較大。但罐倉既未對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理也沒有選用樁基礎(chǔ)，而是直接選用天然地基作為基礎(chǔ)持力層，這是造成該水泥鋼板倉傾斜主要原因。

表1　土層物理力學(xué)指標(biāo)

表2　黃土濕陷性指標(biāo)

(2) 場地未做好排水措施

水泥罐倉東南側(cè)局部地勢較低，受降水的影響，在該部位造成積水并下滲，濕陷性黃土層距地面深度較淺，由于長時間浸水使?jié)裣菪渣S土結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得該部位濕陷性黃土遇水發(fā)生濕陷沉降，造成水泥罐倉整體向東南方向傾斜。

3　浸水法糾傾處理

由于該罐倉在地基基礎(chǔ)選型時沒有考慮濕陷性黃土的濕陷影響，若采用地基處理或基礎(chǔ)托換則必然對原有基礎(chǔ)進(jìn)行破壞；同時考慮到罐倉為整體殼體基礎(chǔ)且基礎(chǔ)面積較大且埋深較深，若采用抬升法或掏土法糾傾，增加了糾傾處理時的風(fēng)險和不確定性。

在綜合分析建筑物結(jié)構(gòu)型式和濕陷性黃土地基的特點后，決定采用浸水法對罐倉進(jìn)行糾傾。通過浸水法可消除或部分消除未沉陷部分土體的濕陷性，達(dá)到糾傾與消除濕陷一舉兩得的效果，同時該方法施工工藝簡單，不破壞原有基礎(chǔ)，費用少，經(jīng)濟(jì)可行，并可以改善地基的不均勻性，因而采用浸水法對水泥罐倉進(jìn)行糾傾處理是一種經(jīng)濟(jì)、合理的糾傾方案。

3.1浸水區(qū)域與注水孔設(shè)計

合理確定浸水區(qū)域是糾傾能否成功的關(guān)鍵之一。根據(jù)地基補(bǔ)充勘察資料得知，水泥罐倉基礎(chǔ)下濕陷性黃土的厚度約為12 m，由于罐倉東南側(cè)基礎(chǔ)下的土層長時間經(jīng)受水的浸潤，產(chǎn)生了較大的濕陷，其濕陷性雖未全部消除，但已有所減??；而西北側(cè)黃土的濕陷性系數(shù)仍然很高，因而在糾傾方案設(shè)計時充分利用西北側(cè)黃土的濕陷性，通過對該側(cè)持續(xù)地浸水使西北側(cè)的黃土產(chǎn)生濕陷沉降，從而達(dá)到糾傾的效果。根據(jù)對濕陷性黃土沉降、糾傾的研究成果[9-14]，一處連續(xù)浸水并進(jìn)入足夠數(shù)量時，地基浸潤飽和線與地平線呈45 °。綜合以上考慮，在平面布置上，浸水范圍以傾斜主軸A—A為準(zhǔn)，兩側(cè)各75 °范圍，設(shè)置豎向注水孔和斜向注水孔。詳細(xì)的注水孔的平面布置圖如圖2所示，剖面圖如圖3(a)、(b)所示。

在圖2中，豎向注水孔孔深為5.50 m，在最小沉降點2#左右兩側(cè)45 °范圍內(nèi)孔間距為1.5 m，其余范圍之內(nèi)孔間距為2.00 m，共計17孔；斜向注水孔與豎向夾角為45°，成孔長度采用15.8和13.4 m兩種，間隔布置，各8孔；豎向注水孔與斜向注水孔的孔徑均為150 mm。

圖2　浸水區(qū)域與浸水孔平面分布圖

3.2注水量的估算及注水步驟

在注水糾傾過程中，隨著土層含水量的增大，地基的承載力會逐漸減小。因此糾傾過程中要嚴(yán)格控制地基土的含水量，做到既要讓建(構(gòu))筑物按預(yù)想的要求沉降而回傾，又要防止地基因承載力不足而出現(xiàn)整體失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗將基底壓力控制在地基承載力特征值的1.6倍范圍以內(nèi)。

圖3　注水孔剖面圖/mm(a) 1-1剖面圖; (b) 2-2剖面圖

一般濕陷性黃土地基承載力特征值計算可由式(1)表示為[9]：

(1)

式中：fak為地基承載力特征值，104Pa；wL為黃土的液限(適用范圍23～35%)；e為黃土的孔隙比(適用范圍0.80～1.30)；w為黃土的天然含水量，適用范圍10～28%。

根據(jù)補(bǔ)充勘察資料，罐倉西北側(cè)濕陷黃土地基的平均干密度為1.37 g/cm3, 液限wL為31.3%，塑限wp為22.7%，平均含水量w為18.3%。根據(jù)計算式(1)計算可得出：在初始含水量18.3%狀態(tài)下，黃土的地基承載力特征值fak為245 kPa；在注水糾傾過程中，水泥罐倉內(nèi)水泥量要求控制在滿倉的80%以內(nèi)，水泥量在滿倉的80%時，按軸心荷載作用計算基底壓力pk為275 kPa，為保證在注水過程中水泥罐倉的地基不出現(xiàn)整體失穩(wěn)，即滿足pk<1.6fak，因而在注水糾傾過程中黃土地基承載力特征值必須控制在172 kPa以上。由計算式(1)可算出在注水糾傾過程中需將地基含水量的大小控制28%以下。

罐倉西北側(cè)濕陷黃土地基的平均干密度為1. 37 t/m3，則含水量每提高一個百分點,需注入的水量為13.7 kg/m3，則估算所需總的浸水量為

Q=13.7×4420×(28-18.3)×10-3=5.87×105kg

在實際注水時，需逐步使黃土層的含水量增大到28%，且第一次向注水孔中注水水量不宜過大，以免出現(xiàn)罐倉沉降速率過快。在整個注水過程中，需分多次向注水孔中注水，同時對罐倉沉降進(jìn)行觀測，逐漸找出注水量與沉降速率的關(guān)系，盡量將沉降速率控制在5～8 mm/d范圍內(nèi)，同時確定每天各孔的注水量大小。當(dāng)注水過程中發(fā)現(xiàn)新的不均勻沉降出現(xiàn)時，要及時調(diào)整各孔注水量的大小，以使建筑物均勻回傾，保證結(jié)構(gòu)安全。

圖4　浸水區(qū)域平面圖

圖5　浸水區(qū)域剖面圖/mm

根據(jù)罐倉的變形特征，本次注水施工按如下步驟進(jìn)行：

(1) 注水步驟應(yīng)最先在主軸A—A的注水孔注水，然后再沿其兩側(cè)注水管全面注水；

(2) 在大量注水、短時間產(chǎn)生較大沉降后，宜暫緩注水，待沉降速率趨小后，再適當(dāng)增加注水量；

(3) 注水工作應(yīng)考慮沉降的滯后效應(yīng)，在西北側(cè)和東南側(cè)沉降差值接近或進(jìn)入規(guī)范允許值后及時終止，不允許出現(xiàn)“反傾”。

3.3沉降監(jiān)測

為準(zhǔn)確測定水泥罐倉的沉降，在罐倉外圍設(shè)定了14個沉降觀測點，具體觀測點的布置如圖2所示。在整個注水糾傾施工過程中，每天最少進(jìn)行 2 次水準(zhǔn)觀測，將監(jiān)測信息進(jìn)行整理并繪制曲線和圖表，嚴(yán)格控制回傾速度在10 mm/d以內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)回傾速度過快，則應(yīng)立即調(diào)整相應(yīng)浸水孔的注水量，使其嚴(yán)格按預(yù)定的設(shè)計回傾。在注水糾傾過程中，具體各主要觀測點的沉降曲線如圖6所示(其中第10～30工作日、第50～70工作日、第75～100工作日因罐倉內(nèi)水泥量偏少導(dǎo)致基底壓力過小，從而影響了糾傾的進(jìn)度)。

圖7為糾傾前后罐倉各觀測點高程坐標(biāo)值的比較(根據(jù)現(xiàn)場測量，確定2#點為高程最大點，9#點為高程最小點，初始測量時，9#點高程設(shè)為0 mm)。從圖7可看出，糾傾完成后2#點高程為-60 mm，3#點高程為-55 mm，9#點高程為-110 mm，水泥罐倉整體傾斜為50/21000=0.0024(55/21000=0.0026)，滿足國家相關(guān)規(guī)范要求[15]。

圖6　水泥罐倉各測點沉降曲線圖

圖7　水泥罐倉各測點高程坐標(biāo)值圖

3.4封孔注漿及地面排水處理

糾傾完成后對注水孔采用水灰比為0.5的水泥漿進(jìn)行了注漿處理，注漿壓力為0.5MPa。同時為防止地面積水下滲，在殼體基礎(chǔ)外側(cè)地面下設(shè)置厚為1.0m、寬為3. 5m的灰土隔水墊層，并做好地面硬化和有組織排水。全部工程完成后，對水泥罐倉沉降繼續(xù)進(jìn)行了半年的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明沉降趨于穩(wěn)定，說明采用浸水法確實同時達(dá)到了糾傾和基本消除黃土濕陷的目的。

此次注水糾傾工作自2011年5月17日進(jìn)駐現(xiàn)場，5月19日開始注水至9月10日完成注水糾傾，歷時近四個月，圓滿的完成了糾傾工作，同時基本消除了黃土的濕陷性，糾傾后水泥罐倉總體傾斜為2.4‰，滿足國家相關(guān)規(guī)范要求，保證了工廠的正常生產(chǎn)。

4　結(jié)論

通過上述研究可知：

(1) 通過水泥罐倉浸水法糾傾工程的成功實踐，表明在濕陷性黃土地區(qū)，采用浸水法對傾斜建(構(gòu))筑物進(jìn)行糾傾是一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)上可行的糾傾方法。浸水法不但能使建(構(gòu))筑物的傾斜得以矯正，而且使地基的濕陷性得到消除或部分消除；若再次發(fā)生浸水時，其濕陷量可顯著減少，濕陷敏感性變?nèi)酰煌瑫r，地基的壓縮性降低，強(qiáng)度提高。

(2) 文中采用的浸水法糾傾水泥罐倉試驗，糾傾后罐倉總體傾斜為2.4‰，滿足國家相關(guān)規(guī)范要求，同時基本消除了黃土的濕陷性，保證了水泥罐倉以后的安全。

(3) 浸水法糾傾工程完成后，應(yīng)對注水孔進(jìn)行注漿封孔處理；同時在地表采取一定的隔水、排水措施，防止地表水下滲。

[1]唐業(yè)清. 地基基礎(chǔ)質(zhì)量事故引起的建筑物損壞與挽救[J]. 土木工程學(xué)報, 1998, 31(2).

[2]衛(wèi)龍武, 徐學(xué)軍. 復(fù)合地基房屋傾斜糾偏實踐[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 1999, 29(2): 36-37.

[3]王建平, 朱思響, 李品先. 既有建筑綜合糾傾法設(shè)計與施工[J]. 施工技術(shù), 2012(9): 57-59.

[4]朱彥鵬，王秀麗，曹凱，等.濕陷性黃土地區(qū)傾斜建筑物的沉降法糾偏技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2003, 29(2): 101-103.

[5]李清泉．錨桿靜壓樁和鉆孔取土在濕陷性黃土地區(qū)糾傾加固工程中的應(yīng)用[J]．鐵道建筑,2013(6): 118-121.

[6]朱彥鵬, 曾春飛, 黃麗華. 濕陷性黃土地區(qū)某框架房屋地基加固設(shè)計研究[J]. 甘肅科學(xué)學(xué)報, 2014, 26(4): 145-151.

[7]姚志華, 黃雪峰, 陳正漢, 等. 蘭州地區(qū)大厚度自重濕陷性黃土場地浸水試驗綜合觀測研究[J]. 巖土工程力學(xué), 2012, 34(1): 65-75.

[8]GB50007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[9]裴章勤, 劉衛(wèi)東. 濕陷性黃土地基處理[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1992.

[10]楊校輝，黃雪峰，朱彥鵬，等. 大厚度自重濕陷性黃土地基處理深度和濕陷性評價試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2014, 33(5): 1063-1075.

[11]ZhuY.,WangX.,LiangY., et al..SettlementRectifyingMethodandApplicationofInclineBuildingonCollapsibleLoess[C].AdvancesinMechanicsofStructuresandMaterials,Rotterdam:A.A.BaikemaPress, 2002.

[12]黃雪峰, 張廣平, 姚志華, 等. 大厚度自重濕陷性黃土濕陷變形特性水分入滲規(guī)律及地基處理方法研究[J]. 巖土力學(xué), 2011(32): 100-109.

[13]王小軍, 米維軍, 熊治文, 等. 鄭西客運專線黃土地基濕陷性現(xiàn)場浸水試驗研究[J]. 鐵道學(xué)報, 2012, 34(1): 83-91.

[14]劉保健, 謝永利, 于友成, 等. 黃土非飽和入滲規(guī)律原位試驗研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2004, 23(24): 4156-4160.

[15]GB50025—2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

(學(xué)科責(zé)編：吳芹)

Application of tilting correction for silo by injecting water in collapsible loess area

Jiang Zongbao1, Yang Fan1, Sun Jianping2,etal.

(1.Research Institute of Appraisal and Strengthening Engineering of Shandong Jianzhu University, Jinan 250014, China;2.School of Civil Engineering, Shang Jianzhu University, Jinan 250101,China)

In collapsible loess area, the survey, design, construction and the foundation of soaking in the course of using may cause the uneven settlement for building and the inclination accident. In view of the characteristics of collapsible loess, the soaking method can be used to achieve the purpose of rectifying. Based on the case of a cement silo in Yangqu County of Shanxi Province, the paper analyzes the reasons of the inclined cement silo, and uses the soaking method to correct the cement silo. According to the tilt characteristics of the cement silo and the collapsible characteristics of collapsible loess, the paper explores the application of the soaking method in engineering practice around the soaking range in the process of rectifying inclination, the estimation of water injection and the variation of the settlement in the process of the water injection. The successful practice of rectifying Engineering for cement silo, showed that the soaking method can be used to achieve the desired effect of rectifying inclination by making use of the collapsibility of the loess characteristics and combining with engineering characteristics in collapsible loess area. The tilt rate of silo was 2.4 per thousand after rectifying inclination, and conformed to the requirements of national standard. The soaking method basically eliminates the collapsibility of loess at the same time, and ensure the safety of cement silo.

rectifying; soaking method; collapsible loess area; silo

2015-03-13

江宗寶(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事地基加固與基坑支護(hù)等方面的研究.E-mail:1954901243@163.com

1673-7644(2016)02-0183-06

TU470

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