建筑物地基注浆加固技术在赞比亚谦比希铜矿的应用.pdf

237 1 工程概况中色非洲矿业有限公司谦比希铜矿位于中南部非洲国家赞比亚铜带省谦比希地区，该矿主西矿体 CCB办公楼为两层砖混结构，2003 年前后建设，至今已使用 18 年之久。近几年办公楼外墙及内墙出现明显裂缝，主要分布在中间楼梯附近，西侧建筑物室内墙体裂缝较多，东侧室内墙体有少量裂缝。通过观测发现不均匀沉降仍在继续，若不及时采取基础加固措施，工作人员无法安心办公，并可能造成建筑物倒塌的危险。2 CCB地基不均匀沉降情况及原因分析为了观察记录房屋基础下沉数据，测量技术人员对该栋建筑物进行了测控点标记，共有如图 1 沉降观测位置图所示的 26 个测控点。并于 2020 年 12 月 17 日完成25 个测控点标高的第一次测定，作为对比基数。之后又先后在 2021 年 1 月 5 日和 2 月 5 日分别进建筑物地基注浆加固技术在赞比亚谦比希铜矿的应用许伟（中色非洲矿业有限公司，赞比亚基特韦 22592）摘 要：中色非矿谦比希铜矿主、西矿体 CCB 办公楼墙体多处开裂，部分裂缝较严重，存在严重的安全隐患，初步分析赞比亚雨季降雨量较大，而该区域排水不畅，雨水侵入地基致使土层含水率较高，造成地基承载力不均匀，引起建筑物沉降。通过对 CCB 地基底部施工钻孔并注水泥浆进行加固，注浆结束 28 天后，对比 CCB 办公楼沉降量观测数据，建筑的整体沉降量趋于稳定，达到较好的注浆加固效果。关键词：建筑物不均匀沉降；地基承载力；注浆加固图1 沉降观测位置图行了测量，三次测量数据如表 1。表中高度 1 为对比基数，高度 2（1 月 5 日测量）和高度 3（2 月 5 日测量）为对比数据，差值为正代表基础下沉，差值为负代表上升。根据两次地基沉降测量数据分析，5 号点（后门位置）地基抬升明显（18.3mm、16.6mm），20#、21#及 25#轻微抬升，其余均呈现不同程度的沉降。经现场查看，建筑物南侧入口两侧散水水沟部分损坏，且散水及水沟的坡度较小，初步分析建筑物沉降原 238 因为雨季排水不畅渗入地基，造成地基的承载力下降，导致建筑物发生不均匀沉降。因没有此办公楼详细施工资料，仍须进行钻孔取芯，方可判定地基基础的实际情况。3 CCB地基注浆加固施工方案针对建筑物因地基承载力差异出现不均匀沉降问题，工程上一般多采用注浆地基置换或加固的方式进行处理，结合 CCB 墙体开裂及沉降观测结果，经现场调研和多方讨论决定采用注浆加固的方式处理 CCB 地基。由于 CCB 办公楼建造年限久，竣工图纸及地勘报告等资料不齐全，在注浆施工前，首先施工一个试验孔，钻孔设计角度与注浆孔相同，使用取芯钻具，施工深度根据办公楼基础及地层情况确定，施工目的为揭露该处地基的土层地质情况，确定后续注浆孔的施工准确深度，为注浆方案的实施提供可靠的技术依据。根据现场施工条件及相关规范要求，采用水泥压力注浆加固地基施工方案。水泥压力注浆加固机理：采用水泥压力注浆施工方法，更有针对性阻止地表水、雨水渗入地基。注浆可以形成强度较高的水泥土，提高地基变形能力，减少不均匀沉降。水泥压力注浆是用水泥浆液，采用高压注浆泵、注浆管均匀注入土体中，通过水泥中所含矿物与土体中水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成胶体和团粒，硬化后形成强度高、压缩性小、抗渗性能高、稳定性良好的水泥土。水泥土硬结后，空隙率、含水率降低，密度增大，同时水泥土挤压土体，以增强地基抗变形能力，提高变形模量，达到防止或减少不均匀沉降的目的。完成注浆后，注浆管留到孔内，增加整体强度。注浆管使用 10 米 DN25 的镀锌管加工（底部两米钻眼、注浆时增加射流作用、提高浆液扩散）、2 米 DN15 镀锌管做排气管。主要机具：钻机 2 台，高压注浆泵 1 台，搅拌桶 1台，注浆胶管 100m，阀门、压力表等。加固范围：办公楼外墙体地基。工艺流程：确定孔位、平整场地 PQ 开孔无水钻进 2 米安装井口装置 HQ 无水钻进终孔下注浆管水泥封注浆管与孔壁间隙配浆压浆记录孔口切管封孔。设计注浆孔的布置及施工步骤：墙外周边布置 1 排注浆孔，正门西侧及后门两侧注浆孔布置间距为 0.9 米，其他区域按 1.5 米间距布孔，终孔孔径 95mm，注浆孔倾角按-80 -70斜向插入土中（见图 2 钻孔平面表1 地基沉降观测数据点号高度1（m）高度2（m）差值（mm）高度3（m）差值（mm）112.43155012.4297501.812.430600.9212.42450012.4222502.312.422402.1312.42325012.4227500.512.423150.1412.41675012.4153001.512.414652.1512.39400012.412250-18.312.41055-16.6611.52485011.5229501.911.522602.3711.47390011.4686505.311.466107.8812.36770012.3625505.112.360557.1912.36455012.3598004.712.357856.71012.35865012.3555003.212.356702.01112.37260012.3697502.912.369153.51212.38260012.3797502.912.380052.5130.01412.38015012.3773832.812.379580.61512.37965012.3768332.812.378331.31612.37550012.3720833.412.374031.51712.38170012.3773334.412.376585.11812.40485012.4005334.312.400134.71912.41795012.4140833.912.412585.42012.45415012.4533830.812.45458-0.42112.48240012.4808331.612.48283-0.42212.43465012.4328331.812.434580.12312.43590012.4338332.112.435580.32412.42680012.4248332.012.426580.22512.43465012.4333331.312.43508-0.42612.43685012.4345832.312.436580.3 239 布置图）。为保证注浆的均匀性和有效影响半径，采用跳孔间隔注浆（隔一孔进行注浆，间隔时间在 3 天以上）分段进行施工。为提前检测注浆效果，优先施工 1-22号孔，此区域地基沉降较为明显，完成注浆的 28 天后每周进行沉降量观测。注浆技术参数及施工要点：材料选用水泥为 42.5#普通硅酸盐水泥；注浆压力 1.5Mpa，过大压力易造成上覆土层隆起、浆液上冒，注浆速率 20 30L/min。严格控制注浆速率，实施观测注浆孔周边土体情况，防止或减少附加沉降，如出现建筑物地面抬升或下沉过大，应立即停止注浆，待查明原因并进行处理后再继续施工；采用单浆液注浆，注浆初期水灰比采用 1:1，如果注浆均匀，水灰比可调整为 0.55 0.65。4 主要施工成果在 1 号至 10 号钻孔施工过程中，根据钻孔取芯情况，确定一楼卫生间位置的基础有渗水现象，拆开地砖后发现此处水管漏水，渗透到地基，此处对应的建筑沉降也较为明显，由此确定地基沉降的初步原因为水管渗图2 钻孔平面布置图注：1、根据地基基础沉降大小并综合施工预算，设计钻孔间距，正门西侧及后门两侧注浆孔布置间距为0.9米，其他区域按1.5米间距布孔，每孔设计深度10米（122mm口径12米、95mm口径210米），倾角：-80-70，方位角：垂直于建筑物基础方向，注浆深度：孔深210米位置；2、共设计钻孔60个，合计深度600米；3、如图钻孔布置间隔为：1-22号、34-48号为间隔0.9米钻孔，23-33号、49-51号、52-54号、55-57号为间隔1.5米。详细钻孔间隔需根据现场施工条件不同有相应调整。图3 实际施工钻孔平面布置图孔号施工日期孔深（m）注浆压力（MPa）水泥用量（包）注浆日期注单液浆量（m3）12021083010.162.057202109130.4122021083110.172.18202109130.47 32021083110.192.26202109130.35 42021090110.212.17202109130.41 52021090110.232.088202109130.47 62021090210.252.37202109130.41 72021090210.282.215202109130.88 82021090310.262.113202109130.76 92021090310.312.212202109130.71 102021090410.332.46202109130.35 112021090410.282.34202109130.24 122021090610.432.25202109130.29 132021090610.42.15202109130.29 142021090710.382.36202109130.35 表2 钻孔及注浆参数 240 孔号施工日期孔深（m）注浆压力（MPa）水泥用量（包）注浆日期注单液浆量（m3）152021090710.232.29202109130.53 162021090810.272.19202109130.53 172021090810.242.38202109130.47 182021081710.172.15202108310.29 192021081810.212.36202108310.35 202021081910.162.37202108310.41 212021082010.362.28202108310.47 222021082110.242.18202108310.47 232021082210.142.19202108310.53 242021082310.32.46202108310.35 252021082510.262.55202108310.29 262021082510.232.710202108310.59 272021082610.162.27202108310.41 282021082610.212.16202108310.35 292021082710.192.16202108310.35 302021082710.172.25202108310.29 312021082810.212.35202108310.29 322021082810.182.25202108310.29 332021082910.22.36202108310.35 342021090910.182.27202109190.41 352021090910.232.38202109190.47 362021091010.22.27202109190.41 372021091010.32.27202109190.41 382021091110.262.46202109190.35 392021091110.162.36202109190.35 402021091310.232.26202109190.35 412021091310.182.18202109190.47 422021091510.132.38202109190.47 432021091510.212.45202109190.29 442021091610.312.28202109190.47 452021091610.272.45202109190.29 合计460.6732018.82续表2 241 水及建筑周边排水差，造成地基基础承载力下降，从而引起办公楼的明显沉降，根据沉降原因及现场施工条件，调整了钻孔设计，实际施工了 45 个注浆钻孔（见图3 实际施工的钻孔平面布置图），钻孔及注浆参数参照表 2。根 据 实 际 注 浆 情 况，每 孔 的 注 浆 压 力 为2 2.7MPa，均高于设计的 1.5MPa，注浆过程中由于孔口管下入深度满足要求，未发生地面隆起现象，施工过程中加强地基沉降量观测，增加测量频率，掌握更多建筑物沉降数据，以确定实际的注浆效果。5 注浆加固后质量检验及沉降观测注浆加固地基的质量检验，应符合下列规定：（1）注浆检验时间应在注浆施工结束 28d 后进行。质量检测方法可用标准贯入试验、静力触探试验、轻便触探试验或静载荷试验对加固地层进行检测。对注浆效果的评定，应注重注浆前后数据的比较，并结合建筑物沉降观测结果综合评价注浆效果。（2）注浆检验点应设在注浆孔之间，检测数量应为注浆孔数的 2%5%。当检验点合格率小于或等于80%，或虽大于 80%但检验点的平均值达不到强度或防渗的设计要求时，应对不合格的注浆区实施重复注浆。（3）注浆凝固体试块进行强度试验。注浆结束 28 天后，对比 CCB 办公楼沉降量观测数据，建筑的整体沉降量已趋于稳定，已达到较好的注浆加固效果。另外，对建筑物周边排水沟和散水也进行了修复，防止雨水再次渗透，影响地基承载力，同时对上部结构裂缝进行了处理，未发现有新的裂缝，今后仍需加强建筑物沉降观测。6 结论及建议（1）通过 CCB 沉降变形观测，分析了 CCB 墙体开裂主要原因是地基不均匀沉降所致；（2）结合现场调查分析，设计了 CCB 地基注浆加固技术方案。通过现场实施与变形观测，结果表明，钻孔注浆地基加固方案效果明显；（3）对于类似地质情况的多层或轻型建筑的不均匀沉降处理，可采用钻孔注浆加固地基，根据地层渗透性选择浆液类型，可选用水泥浆液或化学浆液，注浆压力、水灰比等注浆技术参数应根据试验来确定，施工中注意控制注浆速率及注浆压力，可取得较好的加固效果；（4）针对赞比亚雨季短期降水量大的特点，应重视建筑物的排水设施设计，散水及排水沟底部坡度不能过于平缓，同时排水沟截面形式应设置成“V”形，保证排水通畅，使排水能力满足要求。