压力注浆法在地基处理中的应用

压力注浆法在地基处理中的应用

收稿日期:2009-11-14

作者简介:兰剑锋(1982-),男,助理工程师,江西省地质工程(集团)公司,江西南昌 330029

兰剑锋

摘 要:结合具体工程实例,介绍了灌浆法的加固机理,具体阐述了灌浆要求及其工艺,并通过轻型动力触探试验和浅层平板载荷试验对施工效果进行检验,得出灌浆技术在技术上可行,施工质量和处理效果好,值得推广。关键词:压力注浆,地基处理,加固机理,工艺,施工效果中图分类号:T U 472.6

文献标识码:A

1 工程概况

永新湘赣社区办公大楼层高6层,建筑占地面积为578.42m 2。场地原为水塘,现已人工填平。拟建建筑基础埋深初定为1.5m,基底拟设置于处理后的杂填土层上,平均层厚3.0m 。据勘察报告揭露,拟建建筑物基础所坐落的杂填土为松散土层,压缩性高,承载力低,不能满足上部荷载的要求,为了保证该建筑的稳定性,提高地基土强度,提出对该建筑地基采取灌浆加固的方法。

2 灌浆法的加固机理

灌浆就是让水泥浆液或其他浆液在土体中通过充填、渗透、扩展形成网络,一方面钻孔对周围土体挤压提高土体的整体密度;另一方面,钻孔内的灌注浆液形成柱状,增加了土体的强度,三者经过压密使地基土体形成复合地基,相互共同作用达到控制沉降、提高承载力的目的。

3 灌浆要求及工艺

3.1 强度控制及施工控制标准

经灌浆处理后,确保地面以下1.5m 土层承载力特征值f a k \\160kPa 。由于杂填土均一性差、空隙率变化大、理论耗浆量不容易确定,因此施工时不能单纯凭理论计算量来控制,还应按耗浆量降低率来控制,即孔段耗浆量随灌浆次序的增加而减少。

3.2 浆材与浆液扩散半径

浆材采用两种配方的纯水泥浆,第一灌浆段水灰比为0.5,第二灌浆段为0.75。由于杂填土均一性差,其孔隙率、渗透系数变化大,因而仅用理式计算浆液扩散半径显然不甚合理。现据大量的经验数据与现场灌浆试验综合得出r =1.5m 。

3.3 灌浆孔位置及孔深

根据浆液扩散半径,灌浆孔孔距为1.5m,最优排距为1.5m 。灌浆孔采取梅花形分布。根据基础的埋深及勘察资料中杂填土及淤泥质土的层厚,灌浆孔深为4.0m~5.0m,灌浆段厚约3.0m 。

3.4 灌浆

由于灌浆压力与土的重度、强度、初始应力、孔深、位置及灌浆次序等因素有关,而这些因素又难以准确地确定,经灌浆试验,得出如下参数:灌浆压力为0.1M Pa~0.4M Pa,其灌浆过程中根据具体情况再做适当调整。灌浆量主要与灌浆对象的体积v ,土的孔隙率n 和经验系数k 值有关。据Q =k #v #n 理论估算杂填土、淤泥或淤泥质土单位吸浆量分别为0.35m 3,0.28m 3。在规定的灌浆压力下,孔段吸浆量小于0.6L/min 时,延续30min 即可结束灌浆。

3.5 灌浆施工

灌浆施工流程为:成孔y 下管y 压浆y 封孔。

灌浆过程中,同线位孔实行跳孔位作业。

暂停控制:当出现孔口冒浆,灌浆压力和耗灰量均较小时,暂停灌浆,间歇后重灌。

终灌控制:灌浆自下而上依次分段进行。若灌浆压力和耗灰量均正常,地面出现冒浆或浆液在邻孔冒出时,可终止该孔灌浆

作业。

灌浆时随时注意孔口、邻近孔口及地面冒浆情况,以确定是否暂停或终灌。灌浆处理过程中,对灌浆压力、水灰比等严格把关,确保灌浆质量。

在灌浆过程中,当浆液从附近其他钻孔流出即串浆时,采取如下方法处理:加大第Ñ次序孔间的孔距;在施工组织安排上,适当延长相邻两个次序孔施工时间的间隔,使前一次序孔浆液基本凝固或具有一定强度后,再开始后一次序钻孔;串浆孔若为待灌孔,采取同时并联灌浆的方法处理,如串浆孔正在钻孔,则停钻封闭孔口,待灌浆完后再恢复钻孔。

4 施工效果检验

1)轻型动力触探试验。灌浆结束后第二天,经过开挖场地西北角地基,可见杂填土中的水泥结石呈片状、条带状。水泥浆呈根须状渗入砂砾和土层中。当天东南角经两个检查点测试,在基础面以下土体中作轻型动力触探试验N 10达到19击~20击,相应承载力f ak 达到120kPa~145kPa,较处理前N 10=10击~12击有明显提高,随着水泥浆的固化,强度会继续提高,土体承载力f a k 满足160kPa 的要求。

2)浅层平板载荷试验。灌浆施工结束15d 后,在施工段选择3个代表性地点,其中2个在灌浆点位,1个在两(下转第131页)

#

103#

第36卷第7期2010年3月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTURE

Vol.36No.7M ar. 2010

料的极限强度。试件中存在残余压应力,相当于在材料上添加了预应力,当添加荷载时,残余压应力和荷载产生抵消,从而提高了

材料的极限强度。

表6 经纳米化处理的试件

测试层测试点1/MPa 2/MPa 3/MPa 各层距试样原表面的距离/m m

1-595-602-58702-233-230-2190.08379650.194

136

140

140

0.32

表7 未经纳米化处理的试件

测试层测试点1/MPa 2/MPa 3/MPa 各层距试样原表面的距离/m m

1132011022529320.131224350.284

23

34

25

0.32

对实验数据分析发现经纳米化表面处理的试件表面产生残余压应力,并且从表面到中心逐渐递减,直至中心区域才产生残余拉应力;而没有经过纳米化处理的试件从表面至中心均呈现残余拉应力。这说明经纳米化处理,表面经超声喷丸的连续撞击,晶粒组织发生了塑性变形,导致表面层晶粒位错密度增高,继而产生位错运动、湮灭、重排形成小角度晶界,从而在大晶粒内部形成亚晶粒,随着喷丸继续进行亚晶粒之间取向随机的细小晶粒,

细化了晶粒密度,增强了晶粒间的结合力,在材料中产生了残余压应力,改变了材料的力学性能,提高了材料的强度。

5 结语

超声喷丸纳米化处理方法是一种歪高材料强度性能的可行处理措施,其处理方法细化了材料表面层的晶粒,改变了材料晶粒的组织结构形式,材料体内产生了残余压应力,提高了材料的强度,发挥了材料的潜能。参考文献:

[1] 卢 柯,卢 磊.金属纳米材料力学性能的研究进展[J].金

属学报,2000,36(8):785.[2] 袁发荣,伍尚礼.残余应力测试与计算[M ].长沙:湖南大学

出版社,1987.[3] 徐尚龙.构件疲劳破坏的数值模拟分析[J].煤矿机械,2003

(5):29-30.[4] 范 雄.X 射线金属学[M ].北京:机械工业出版社,1981:136-138.[5] 上海有色金属研究所.上海测试技术研究所[J].上海交通大学无损检测,1980,2(2):24-28.[6] GB 3395-92,中华人民共和国船舶行业标准[S].

[7] 王卫锋,韩大建,罗文结.一种新的残余应力测试方法研究

[J].华南理工大学学报(自然科学版),2000,1(28):1.[8] 程育仁.疲劳强度[M ].北京:中国铁道出版社,1990.

Impact on the strength of materials by residual stress in surface nanocrystalline on 316L stainless steel

CHENG Guo -feng ZHONG Shu -hui CHE Zheng -wei

Abstract:T his paper tests the residual stress in nanocrystalline 316L stainless steel and ordinary 316L stainless steel,whose results are com -par ed and w hose results show t hat nanocr ystallization induced by ultrasonic shot peening is a reliable w ay to increase the material .s str ength character.

Key words:surface nanocrystallization,residual str ess,modifying,str ength character (上接第103页) 相邻灌浆点位中间,进行浅层平板(0.5m 2)载荷试验。当加载到设计值的两倍时,即在杂填土顶面单点加载达320kN ,满足设计要求后便停止加载,这时最大沉降量仅9.01mm(极限沉降10.6mm)。表明该点地基土未达到极限破坏状态,说明了经灌浆处理地基承载力标准值大于160kPa,见图1~图3。

综上所述,灌浆施工范围内的杂填土层空隙得到有效充填,地基经灌浆后,不同程度地得到加固,承载力明显提高,沉降得到控制。经过灌浆处理后的地基承载力可达到160kPa 。

5 结语

灌浆技术加固软地基在技术上是可行的,在施工质量和处理

效果上是好的,其承载力和稳定性将得到较大提高,能够满足经济、工期要求,而且极大地减少了环境污染,值得推广。参考文献:

[1] 陈 晖.灌浆法在城市道路地基加固中的运用[J].桩基研究与地基基础,2006(4):71-72.

[2] 叶观宝.地基加固新技术[M ].北京:机械工业出版社,2002.

[3] 徐浩然.压力灌浆和压密灌浆在房屋纠偏加固工程中的应用[J].铁道建筑,2005(2):75-77.

[4] 曹万里.注浆加固法在大直径灌注桩质量控制中的应用

[J].山西建筑,2007,33(21):114-115.

On application of pressure cast -in -place in foundation treatment

LAN Jian -f eng

Abstract:By combining w ith factual ex ample,the paper introduces the intensification mechanism of t he cast -in -place met hod,indicates the cast -in -place requir ements and its craft,checks the co nstruct ion effect of lig ht dy namic penetration test and shallow plat loading test,and con -cludes the cast -in -place technique is feasible,and its constr uction quality and treatment effect is better,so it can be further extended.Key words:pressur e cast -in -place,foundation treatment,intensification mechanism,craft,construction effect

#

131#

第36卷第7期

2010年3月

程国锋等:316L 不锈钢表面纳米化残余应力对材料强度影响