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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2008-06-08

压力灌浆在高填方机场地基处理试验中的应用
　贵州黎平机场位于贵州省黎平县境内，场址处在贵州高原东南边缘与湘西丘陵过渡地带，属侵蚀剥蚀构造低山丘陵地貌。场址范围内低山成群、山沟发育、高低起伏，总体地势西南高、东北低，海拔高程在510～458m之间，相对最大高差近50m，现已建成通航。该机场设计机型为CRJ-200飞机，飞行区等级指标为3C支线机场，跑道长2200m，宽45m，远期按4C等级机场进行规划。地勘报告显示，场址存在较发育的土（溶）洞，埋深标高在460.0～485.0m之间，岩溶高度在0.7～8.3m间，顶板岩石厚度在0.3～4.7m间，上履土厚度在3.2～7.4m间，洞内填充土为可塑或软塑粘土；下卧软（流）塑土层埋深标高在455.0～480.0m之间，厚度在3.5～14.4m之间，存在不均匀沉降和差异沉降变形问题等。场区地下水埋藏较深，标高在455m左右，以岩溶裂隙为主，流速较小，约0.5m/s，雨季有所增大。场址属开地震区，属小于6度震区。因此，针对黎平机场高填方（最大设计填方高度约30m）、土（溶）洞较发育及下卧软塑土层容易引起地基不均匀沉降、差异沉降和影响地基稳定性等工程特点，需要通过地基处理试验研究，获取相对经济适用的地基处理方法，确保地基工程质量。
　　
　　一、地基试验原理
　　
　　机场对地基的要求是：经过处理后土基必需达到密实、稳定和均匀。黎平机场设计的基本要求是：地基的工后剩余沉降不得大于8cm，原地面沉降不得大于4cm；差异沉降按1‰的弯沉盆进行控制也不得大于5cm。此外，设计还要求地基总沉降量的95%在施工期完成；处理后的原地面回弹模量应不小于25Mpa。本次地基试验结合工程地质条件分别进行了强夯试验、碾压试验、土（溶）洞试验、软塑土试验等，本文重点分析研究土（溶）洞及下卧软塑土层的压力灌浆法地基处理试验。
　　对于土（溶）洞的处理，根据洞的埋深、规模、上履土层厚度、填充物情况、填（挖）方高度等确定处理原则，主要分为三种处理方法：（1）地表履土厚度（H1）和填（挖）方高度（H2，挖方时为负值），当H1﹤4m或（H1+H2）﹤4m时，采用清爆换填土夯实方法；（2）当H1≥4m或（H1+H2）≥4m时，采用压力灌浆法；（3）对于无填充物的较大土（溶）洞时，可采用抛填块石再灌水泥砂浆固结的方法。对下卧软塑土层的处理，也是根据土层的埋深厚度、填（挖）方情况及影响深度等因素综合考虑，参考上述原则确定是否需要采用压力灌浆法处理。
　　压力灌浆是利用液压、气压或电化学原理，通过注浆把浆液均匀地注入地层，浆液以填充、渗透和挤密等方式，挤走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气，从而形成一个结构新、强度高、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。灌浆的浆液可以用纯水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆等。灌浆方法按灌浆的目的不同可分为防渗灌浆、堵漏灌浆、加固灌浆和结构纠倾灌浆等。通过试验确认压力灌浆加固法，能否起到降低洞内填充物变形量、提高承载力或者减少下卧软塑土层的不均匀沉降及差异沉降；推荐合理的施工工艺、适宜的注灌材料和配合比；提供浆液的扩散半径、容许灌浆压力、灌浆孔间距、浆液消耗量等试验参数；提出注浆设备意见等。
　　
　　二、压力灌浆试验情况
　　
　　本次压力灌浆试验分为下卧软塑土试验和土（溶）洞试验两部分。试验采用一台XY-1型油压钻机、一台XJ-100型手把钻机造孔注浆，一台100/1.5型砂浆泵、一台100/2.5型砂浆泵。软塑土试验区选择在地勘钻孔编号Z104-Z123孔地段，土（溶）洞试验区选在Z057、Z058和Z081三个孔地段。原设计灌浆试验方案为袖阀管法，由于实际等待套壳料初凝的时间较长，袖阀管的损耗量较大，根据实际情况经各方研究后，改为采用套管护壁直接灌浆法。
　　1．压浆材料的选用：采用纯水泥浆，水泥采用52.5MPa（原525#标号）普通硅酸盐水泥，外加剂采用水玻璃，也可根据现场情况选用。
　　2．水灰比及扩散半径（孔距）的确定：现场试验时先采用较大水灰比（8：1），再根据实际情况变浓至1：0.5、1：1两种水灰比做试验。土（溶）洞试验直接在原地勘钻孔附近相距1.5m左右呈三角形布置灌浆孔，共施工6个注浆孔；软塑土试验则根据土质情况孔距按以往工程经验选用2.0m和2.5m两个小区，每种水灰比施工5个注浆孔为一组，编号为1～5，呈互接等边三角形布置（如图一所示），注浆加固后施工3个取芯检验孔，编号为ZK1～ZK3，两个小区共计注浆孔20个，取芯检验孔12个。
　　
　　3．容许灌浆压力的确定：试验中采用逐步提高压力的办法获得灌浆压力与灌浆量的关系曲线，当压力升至某一数值而灌浆量突然增大时，可将此时的压力值确定为容许灌浆压力。根据类似土层的施工经验，初始注浆压力在0.25～0.60Mpa之间，终止压力在0.4～0.60 Mpa之间。
　　4．灌浆孔深度应贯穿下卧软塑土层（或洞内填充物），孔斜小于1%。进浆流量控制按小于20L/Min控制。
　　5．灌浆效果检查：在地基处理试验结束28天后对加固区进行效果检查，包括标贯或动力触探试验、钻芯取样试验、开挖检查等。（1）土（溶）洞试验效果：由于溶洞内充填物含碎石，有岩石顶板履盖，荷载试验无法做。原状及加固后土样又难以取出，经钻孔抽芯检验，溶洞内见碎石块状水泥结石。采用人工开挖，爆破揭去洞顶盖后，取出灌浆处理后填充物进行观察，可见水泥结块，体积较大，中间有粘土及碎石结核，水泥块呈浅灰色，强度稍低，四周仍有软土包围。处理效果虽不如原设想的水泥呈脉状充填于软土中，但仍可见岩土已得到明显的加固处理；（2）软塑土层处理试验效果：取样可见到水泥呈脉状充填于软土层中，已无软土存在。重型动力触探试验证实，加固前软土的一般击数小于1，一阵3击贯入量30cm以上；加固后距灌浆孔1.2m左右范围内已无软土，一般击数2～4，一阵3击贯入量8～15cm，加固效果非常明显。
　　三、试验结果分析
　　
　　1．土（溶）洞压浆试验表明，采用纯水泥浆，水灰比1：（0.5～0.8），高标号52.5Mpa硅酸盐水泥，外加剂选用水玻璃，灌浆压力控制在0.8～1.0Mpa之间，灌浆孔距在1.5m左右，浆液扩散半径大致在1.0～1.5m。试验中单孔平均注浆量约为1249.17L，单孔平均耗用水泥量约为966.67kg。灌浆方案技术上是可行的，施工效果也较好。
　　2．软塑土压浆试验表明，采用纯水泥浆，水灰比1：（0.5～0.8），高标号52.5Mpa硅酸盐水泥，外加剂选用水玻璃，灌浆压力控制在0.3～0.4Mpa之间，灌浆孔距在2.5m左右，扩散半径可达到2.5m范围。在灌浆过程中进浆量稍高于设计值20L/Min，技术上是可行的，但成本较高。试验中每米厚度软土注浆量从几千到上万升，平均每米软土耗用水泥量约2吨多。造成这种情况的主要原因是：软塑土灌浆无边界限制，土层中裂隙较发育，导致吸浆量较大。
　　
　　四、结论
　　
　　压力灌浆试验仅是本次高填方机场地基处理试验的一部分，重点在于确认设计试验方案的可行性，为大规模机场施工提供参考意见。试验的关键是灌浆压力的选择和控制、浆材配比和灌浆工艺，这些灌浆参数的选择是比较复杂的问题，只有通过现场试验才能切实地确定。本次试验基本达到了预期的目标，通过采用压力灌浆法加固处理土（溶）洞效果相当明显，技术和经济上均可行；用于处理软塑土层，虽技术上可行，但经济上成本较高。压力灌浆地基试验的主要结论得以在黎平机场地基处理中实际运用。机场竣工两年多来的使用情况表明，地基处理效果是比较好的。这也表明：压力灌浆试验为山区高填方机场的地基处理提供较为实用的参考案例。