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某水泥搅拌桩复合地基事故分析及其处理方法

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摘要:本文介绍了某面粉厂新建麦仓水泥搅拌桩基础事故情况,分析了事故发生的原因,并详细论述了采用注浆加固处理桩间土的方法。检测结果表明采用该方法处理桩间土是合理可行的。

关键词:水泥搅拌桩;事故分析;注浆;地基处理

The Accident Analysis of Cement Deep Mixing PILE and Countermeasure

Zhang Zhao, Su Bin, Shen Ji-peng

(Zhengzhou Rail Traffic Co.,Ltd, Henan Zhengzhou 450000,China )

Abstract:The accident of cement deep mixing pile of flour factory in AN’hui was introduced and the cause of accident was studied. The grouted treatment method was discussed. Finally, the Measurement result showed that treatment method was applicable and reasonable.

Keywords:cement deep mixing pile; accident analysis; grout; ground treatment

1.工程概况

河南某面粉厂场地内勘察深度范围内的主要土层由粉土、淤泥质粉土、粘土、粉质粘土、粉细砂土等组成,地下水位埋深约3.50m。新建麦仓上部结构采用砖混结构,地基处理方式采用水泥搅拌桩复合地基。桩径为500mm,制桩长10.00m,有效桩长9.50m,要求处理后的复合地基承载力的特征值不小于200Kpa。基础采用梁板基础,筏板厚度为0.50m,梁高0.70m。

麦仓的主体结构完工后,在临近麦仓西墙南北侧进行下粮坑施工时,发现临近麦仓基础的桩间土大量流失,在下粮坑两侧形成较大的空洞(如图1、2、3)。桩与桩之间的空隙很大,可以钻过去一个人,桩间土的流失造成部分褥垫层中的碎石跌落下来(如图4),使桩与基础之间的接触面积减小,不能有效的传递上部荷载。在东西方向桩间土的流失空间约为4~6m,在南北方向上桩间土的流失空间长度约11.5m,空洞形状不规则。

图1南边基础形成的空洞图2北边基础形成的空洞

图3 下粮坑示意图图4褥垫层中的砂石散落

2.事故原因分析

经现场勘察认为管道渗水是此次事故的主要原因。在建下粮坑的过程中,在麦仓的里面有一条水沟流出麦仓,水在麦仓外边的空地上往下渗。麦仓的基础埋深为1.50m,下粮坑的基础还没有建好,只是挖了两个坑(如图5),坑底比褥垫层的底面要低0.70m。水从高水头的地方向着低水头的方向流动即由东向西流动,碎石褥垫层可以渗水,在渗流力的作用下,水从碎石褥垫层向着大坑的位置流动。桩间土体的流失使这部分面积上的荷载全部由桩承担,而且褥垫层中的碎石也散落在空洞之中,不能有效的传递荷载。当麦仓存储小麦以后,由于这部分的荷载几乎全部由桩来承担,这势必会引起基础底面的应力集中,进而使桩发生脆性破坏,麦仓出现下沉和裂缝,影响整个麦仓的稳定性。

(a)剖面图

(b)平面图

图 5 麦仓基础与下粮坑关系示意图

3.事故处理方法

3.1处理范围的确定

为了检查除能够现场观测范围之外的其他地方是否有空洞,决定在已经确定的处理范围之外布置勘探孔,用洛阳铲进行探测,并借助于微型摄像装置对空洞的大小,形状等现象进行观察。

3.2空洞的处理

3.2.1处理的基本思路

在桩与桩之间回填骨料,使桩完全被裹住;同时采取注浆的办法来充填骨料之间的空隙,使基础和桩有效的连接在一起。

3.2.2处理的基本方法

采用“先喷、再填、后注浆”的方法进行处理。具体的工序图6所示。

图6 施工工序

由于空洞的大小不规则,有的地方大(可以钻进去一个人)、有的地方小,为了有效的利用现有的工作条件,提高工作的效率,分以下几个步骤进行:

(1)首先按照注浆孔的布置图进行钻孔,将注浆管置入到相应深度。先将麦仓室内地表处的10cm素混凝土破除,然后挖除梁与梁之间的人工填土,最后在筏板上进行钻孔置注浆管。

花管注浆是本次注浆工艺的主体。花管注浆的注浆管在头部1~2m范围之内侧壁开孔,孔眼为梅花形布置。为了防止在喷射混凝土的时候将注浆管的孔眼堵住,将图钉放在孔上,然后用胶布粘住。这样就可以保证在喷射骨料的时候不会堵塞注浆管的孔眼。注浆时在注浆压力的作用下,可以把图钉冲开,顺利注浆并进行封孔。

(2)喷射骨料

由于现在空洞的大小可以钻进去一个人,可以让工人拿喷枪往空洞里面喷射骨料。

①喷射骨料施工机具:包括喷射机、喷嘴、搅拌机、上料装置、空气压缩机等。

②喷射的原材料:1)砂采用中、粗砂。2)石子的粒径为5~10mm。

③喷射流程图(图7):

图7喷射骨料工艺流程

(3)当空洞较小喷枪不具备施工条件时,可以往空洞口处回填一些比较大的碎石、碎砖、粗砂等并用混凝土进行封仓,防止在注浆时浆液外溢。

(4)注浆

1)注浆深度的确定

根据现场所调查的空洞范围和工程地质勘察报告,确定注浆的深度为麦仓地表以下3m。

2)注浆材料

注浆材料可选用水泥浆,按照规范要求水灰比为1.0,浆液用P.O.32.5普通硅酸盐水泥。

3)注浆压力

本次注浆压力选为0.30~0.50Mpa。

4)注浆形式

由于地表有混凝土硬壳覆盖,因此将注浆管一次压到设计的深度,采取从下而上分段施工,即采用上行式注浆(图8)。该方法一次成孔、钻孔、注浆互不干扰。当用花管注浆时每次上拔或下钻的高度控制在0.5m。为防止浆液沿着管壁上冒,加入一些速凝剂,使在加固层表面形成一层封闭层。

5)成孔方法

由于筏板基础已经做好,需要破除混凝土成孔,采用金刚石回转钻进,注浆孔的孔径为100mm。

图8上行式注浆

6)注浆步骤

花管注浆按照下列步骤进行:

①钻机与花管设备就位;

②通过钻孔将花管置入土层;

③从钻杆内注入封闭浆液,然后插入孔径为50mm的金属花管;

④待封闭泥浆凝固后,移动花管自下而上进行注浆。

7)信息化施工

①注浆压力突然下降或猛增时应该停止注浆。

②根据现场所调查的空洞范围,初步估计注浆量为17方,实施时根据注浆量来判断注浆情况。

③在注浆前设置位移观测点和沉降观测点,对注浆过程、注浆后进行观测,并设置报警值及时发现施工中出现的问题。

4.处理效果的检验

为了检验注浆效果,在注浆结束28天后利用钻孔取芯来检查浆液的充填饱和度以及是否与基础连接起来;用静载试验检测复合地基的承载力。

4.1钻孔取芯

钻孔布置:在注浆区设4个钻孔,通过现场检测,浆液对基础的充填率平均大于95%,浆液结石率平均为90%,送检取样试块16组,经抗压试验检测,抗压试验强度最大为0.52kPa,最小为0.48kPa,满足工程质量要求。

4.2静载试验

在注浆结束28天后,现场随机抽取3个点进行复合地基载荷试验,检测结果表明地基处理后强度提高较快,均匀性较好,地基承载力特征值 ,变形模量 ,达到了设计要求。

5.结语

本文介绍了河南某面粉厂新建麦仓水泥搅拌桩基础事故情况,分析了事故发生的原因,并详细论述了采用注浆加固处理桩间土的方法。检测结果表明采用该方法处理桩间土体流失是合理可行的。

参考文献

[1] 既有建筑物地基基础加固规范[s].北京.中国建筑工业出版社,2000.JGJ123-2000

[2] 建筑地基基础设计规范[s].北京.中国建筑工业出版社,2011.GB50007-2011

[3] 建筑地基处理技术规范[s].北京.中国建筑工业出版社,2012.JGJ79-2012

[4] 梁炯集.锚固与注浆技术手册[M].北京.中国电力出版社,2006

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【文章编号】1627-6868(2013)05-0046-03

【作者简介】张昭(1979-),男,河南信阳人,郑州市轨道交通有限公司,高级工程师,博士,主要从事地基基础、地铁工程等地下建筑工程技术管理工作。