压密注浆工艺在高填方区轻型工业建筑中应用

陈 斌

(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

随着现代工业的发展，不同规模的工业园区在全国各地落地生根。为解决该类园区的用地问题，常见围海造地或是削坡移山平整场地用于园区的建设，以致在园区场地表部常分布有大厚度的填土层。该类填土层强度底，变形大，均匀性差，若直接作为园区建筑物的天然地基，其强度和变形均难以满足要求。另外，工业园区中的建筑往往以单层轻型钢构厂房、车间为主，具建筑荷载小而占地面积大的特点，若采用桩基础方案，基础造价高，经济合理性欠佳。

本文结合工程实例，分析探讨了压密注浆工艺在高填方区轻型工业建筑中的应用，并通过现场检测、监测验证了其可靠性。实践表明，在高填方区的轻型工业建筑中采用压密注浆地基处理方案，技术上可行，建筑基础沉降量及不均匀沉降差均可控制在规范允许范围内，且经济合理，具有良好的经济效益，从中得出的一些结论供相关基础设计参考与借鉴。

1 工程实例

1.1 工程概况

该工程位于南平市某工业园区内，拟建1幢单层轻型钢构车间，建筑高度8.60m，占地面积165m×66m，正常柱距6.00m～8.25m，单柱荷载201kN～523kN，位于B轴位置最大柱距16.50m，单柱荷载998kN～1061kN。

工程场地属剥蚀残山地貌，原为山坡地，因园区规划需要，整个园区由山包削坡回填到沟谷地带平整而成。该工程车间建设位置刚好位于沟谷高填方区域，分布有素填土层厚度达25m～31m。素填土层按建设期计算的回填时间约7年，呈松散状态，稍湿～饱和，以沟谷两侧山坡开挖出来的坡残积砂质黏性土回填为主，混含少量碎石，碎石粒径一般为10cm～20cm，土层均匀性差。场地典型岩土层分布如图1所示，各岩土层相关计算参数如表1所示。地下水位埋深约在室外地面设计标高下2m，地下水及地基土对建筑材料具微腐蚀性。

图1 典型工程地质剖面图

1.2 基础选型

该工程车间为单层轻型钢架结构，荷载小，大部分单柱荷载仅201kN～523kN，最大单柱荷载的B轴位置仅998kN～1061kN。拟建场地表部的素填土层①厚度达25m～31m，回填时间仅7年，呈松散状态，强度低，且压缩模量2.2MPa～4.5MPa，承载力特征值60kPa～90kPa，土层性质很不均匀，属工程地质性能差的中～高压缩性土，后期必将存在固结沉降及不均匀沉降等问题，不能直接作为拟建车间的天然地基。车间若采用桩基础，以场地下部的风化岩层作为桩端持力层，颇有“杀鸡用牛刀”之感，基础造价高，经济合理性差，而且表部填土层会对桩体产生负摩擦力，使单桩提供的有效承载力大打折扣。

综合各类基础方案的施工经验、适用条件和基础造价等因素，该工程选择压密注浆地基处理方案，对场地表部的素填土层①进行地基加固处理，调节填土层均匀性后作为车间的浅基础持力层。

表1 岩土层设计参数

1.3 地基加固设计

场地表部的素填土层①的性质很不均匀，不同地段的承载力特征值及压缩模量差异很大。因此，该工程地基加固设计的主要目的是补强地基薄弱环节，调节地基均匀性，减少基础不均匀沉降，控制柱基沉降量以及相邻柱基的沉降差。

地基基础设计时，对注浆加固处理后的素填土层①综合取承载力特征值80kPa、压缩模量4.0MPa，依此进行车间基础的布置与验算。车间采用钢筋混凝土独立基础，基础埋深取1.50m。

根据地基变形初步计算，该工程地基最终变形沉降量80%以上基本位于基础底面以下约5m的深度范围内，5m深度之下的地基土层变形很小且承载力也能满足要求，故该工程地基注浆加固深度确定为基底以下5m。同时，结合岩土层渗透性及有关要求，该工程注浆孔采用正方形布置，每注浆孔点间距取1.0m，每注浆孔点加固面积为1.0m2，最外侧注浆孔位超出基础底面边缘0.5m。

另外，依据现场配比试验及地区经验，确定注浆材料配合比为水0.6∶水泥1.0∶粉煤灰0.8∶扩散剂0.05∶凝固剂0.002，注浆水泥掺量为80.0kg/m，注浆压力按0.2MPa～0.5MPa控制，采用二次注浆施工。

地基加固及基础布置如图2～图3所示。

图2 基础下压密注浆孔布置示意图

图3 基础平面布置图

1.4 地基验算

本文以柱下独立基础J-4为例，进行地基承载力、基础变形等方面的验算，J-4基础的底面宽度b=4.40m(X方向)，长度l=4.60m(Y方向)。根据规范[1]，注浆加固处理后的地基土修正后的地基承载力特征值fa=97kPa。

1.4.1承载力验算

由结构设计软件计算，相应于作用的标准组合时，J-4基础位置上部结构传至基础顶面的竖向力Fk=1061kN，基础自重和基础上的土重Gk=614.7kN，作用于基础底面的力矩值Mkx=189.6kN·m，Mky=127.2kN·m。

(1)轴心荷载作用下

(2)偏心荷载作用下

(3)双向偏心荷载作用下

按以上方法对其它各独立基础进行承载力验算，均满足规范[1]要求。验算过程中，若局部承载力不能满足要求，也可通过调整基底面积(尺寸)来调节基底压力和抵抗矩，从而控制基底压力值达到要求。

1.4.2基础沉降变形验算

表2 沉降量计算过程表

按以上方法计算其它各独立基础位置地基最终变形量S的范围值为45.6mm～57.0mm，满足单层排架结构柱基沉降量不大于120mm的要求。另外，车间柱距6.00m～16.50m，基础沉降差57.0-45.6=11.4mm<0.002l=0.002×6000～0.002×16 500=12.0mm～33.0mm，相邻柱基的沉降差也满足要求。验算过程中，若局部沉降不能满足要求，也可通过调整基底面积(尺寸)来调节基底附加压力，从而减少地基沉降变形量，最终达到控制沉降及不均匀沉降的目的。

2 现场检测

2.1 重型圆锥动力触探试验

根据规范[2]，在地基注浆加固施工完成28d后，该工程采用重型圆锥动力触探试验方法进行加固地层的均匀性检测，并进行注浆前后对比。

该工程检验点数量按不少于总注浆孔数3%控制，共随机均匀抽选了108个注浆孔位测试点，同时在场地内注浆孔以外选取了54个未注浆的天然地基测试点，分别进行重型圆锥动力触探试验(简称“动探”)检测，检测深度范围均为1.5m～6.5m，每贯入10cm计一次击数。

注浆前后的土层动探试验数据对比如表3所示。由表3可知，注浆后的动探击数有一定程度增大，尤其最小击数增大的幅度较大，且击数的极差、变异系数缩小，说明地基土强度得到提高，薄弱地段得到补强，地基土均匀性得到较好改善。

表3 注浆前后的土层动探试验对比表

2.2 浅层平板载荷试验

在地基注浆加固施工完成28d后，采用浅层平板载荷试验检验注浆加固处理后的地基承载力和变形参数。在现场内随机均匀抽选了5处注浆加固后的地基进行浅层平板载荷试验，方形承压板面积1.0m2，按设计要求最大试验荷载160kPa，p-s曲线均位于直线变形阶段，试验结果如表4所示。

表4 载荷试验结果

由此可见，该工程压密注浆加固后的地基土承载力特征值不小于80kPa，且根据变形模量与压缩模量的关系[3]计算土的压缩模量Es=4.7～6.2MPa>4.0MPa，满足设计要求。

2.3 沉降观测

该工程在车间角点及沿周边每隔6m～12m，以及柱距大于 15m的内部柱上共设置46点沉降观测点。根据施工期及竣工后不间断的连续观测，目前各观测点的总沉降量范围值38.6mm～49.8mm，与设计计算值基本吻合，各柱基沉降量及相邻柱基的沉降差均满足规范[1]要求，截止目前车间运行良好。

3 结论与建议

在高填方区，采用压密注浆工艺对建筑场地表部的填土层进行地基加固处理，地基强度会得到提高，尤其地基薄弱地段得到补强，能在很大程度上改善地基均匀性，满足建筑物对地基承载力和变形要求。

填土地基处理是一项技术性很强的工作，只有在精心设计、精心施工的条件下，才能获得高质量的填土地基。大面积施工前，应在场地代表性区域进行相应的现场试验或试验性施工，检验设计参数和处理效果。施工时，必须进行施工全过程的施工质量监测和质量检验。注浆检验应在注浆结束28d后进行，沉降观测应观测到建筑物沉降稳定为止。

参考文献

[1] GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2] JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，1997.

[4] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.