废弃防空洞的回填加固处理

废弃防空洞的回填加固处理

1地基强度设计南京市电气局4#和5#栋建筑位于南京市路和中州路交叉口，位于中州路以东约100米的北路。大楼高6层，半地下室，混凝土结构。基础尺寸4#楼为60.4m×13.2m,5#楼为42.3m×13.2m，自然地面以上高20.6m。采用墙下钢筋砼十字交叉条形基础，基底埋深在自然地面以下2.2m，要求地基承载力标准值fK=180kPa。但由于地基内填土厚度变化大、承载力低、有纵横交错的废弃防空洞和掩盖旧井等，造成地基不均匀且承载力不足，因此，决定采用锤击沉管挤密碎石桩法对地基进行加固处理，但施工不久就因对周边居民和民居影响严重而停工。根据施工噪音、震动对周边居民的影响和接受程度，河南省南阳市环境地质工程公司根据多次试验，采用钻孔夯填法、灌浆法对废弃防空洞和掩盖旧井进行处理，并以喷浆桩法代替锤击沉管挤密碎石桩法对软弱地基进行了加固处理，效果很好。2项目环境描述2.1地层细砂填充人工湿地沉积型qml充填地层(1)杂填土（Qml）主要成分为砖瓦碎块、石子、砂及少量的粉质粘土，层厚0.5-1.8m。(2)素填土（Qml）：黄褐色，湿，主要成分为粉质粘土，含少量砖瓦碎块，层厚1.5-5.6m，层底埋深1.6-5.6m。fK=85kPa。(3)素填土（Qml）:黄褐色，稍湿，主要成分为粉质粘土，偶见砖瓦碎块，层厚0.7-4.1m，层底埋深2.9-6.2m,fK=120kPa。(4)粉质粘土（Qal+pl）：棕黄色、青灰色，湿，可塑，有大量铁锰质浸染，层厚2.5-5.4m，层底埋深3.8-7.3m。fK=120kPa。(5)细砂（Qal+pl）:灰黄色，稍密，饱水，上部含少量泥质，有粘土夹层，层厚2.5-5.4m，层底埋深9.1-9.4m,fK=148kPa。(6)砾砂（Qal+pl）:灰黄色，中密，揭露厚度0.5-2.0m,fK=264kPa。主要问题有：(1)湿陷性填土厚度变化大；(2)填土、粉质粘土、细砂承载力低；(3)有废弃防空洞和掩埋旧井；(4)地下水位埋深4.8-5.2m，地下水位在防空洞拱顶之上。2.2细砂和地下房防空洞由地道和地下室两部分组成，属毛石砖混结构，厚0.5m。位于层(3)素填土、层(4)粉质粘土、层(5)细砂之中，拱顶上顶面埋深4.0-6.5m，有效宽度地道和地下室各为1.5m,3.0m；高度均为2.0m，洞底淤泥厚0.0-0.5m。防空洞有关尺寸见表1及图1示。地下房2#，3#坍塌，1#已用砖填实。在5#住宅楼发现一眼掩盖旧井（S35桩处），井深45.0m，直径1.2m，砖石衬砌，基本无淤积。2.3地点条件该处地处南阳市繁华地段。拟建住宅楼南、东侧紧邻民居，北侧距已有住宅楼不足8m，西侧距办公楼4-5m，场地狭窄。3废弃防空孔加固处理3.1回填防空洞方案因场地狭窄，不能采用大开挖方案。若采取放缓边坡开挖方案，因地下水位高于防空洞拱顶，又必须做降水和边坡支护，费用高；若采取降水措施，从防空洞洞口或开挖竖井中直接进入防空洞内回填，又因防空洞已多处塌陷，进入防空洞内无安全保证，加上邻近单位在防空洞内降水十分困难和降水导致民居裂缝的教训等，遂放弃该方案。若采用高压旋喷桩、灌注桩、预制桩、灌浆、筏板基础*等，在技术经济和可行性等方面也各有缺陷。最后决定沿防空洞轴线布置孔位并采用锤击沉管挤密碎石桩法回填防空洞。但施工不久就因噪音高、震动大导致邻近居民严重干扰而停工。为降低噪音影响程度，经反复试验（借鉴人工挖孔重锤夯填），先用回转钻机沿防空洞轴线成孔，借助于碎石桩机的冲锤将碎石冲入防空洞的施工方法，即钻孔夯填法回填地道；因回填质量差，又采用灌浆法补强，方将防空洞回填密实。3.2锤沉降法、致密碎石桩法的设计和施工3.2.1心轴线下桩位充填(1）处理范围为4#，5#住宅楼基础及基础轮廓线外3.0m范围内的防空洞。(2）单桩扩散范围试验在防空洞底板碎石分散体直径1.2～1.6m，邻近拱顶时直径0.8～1.2m。(3）桩位布置及间距(1)沿地道中心轴线布置单排桩位，根据单桩扩散试验确定桩间距1.5m，处理地道宽度1.5m。(2)对地下房按梅花型布置两排桩，每排桩距离侧墙0.75m，两排桩间距1.5m，处理地下房宽度3.0m；单排桩间距1.5m。(3)5#住宅楼道7#北侧拐弯处所见掩盖旧井，按单桩处理之。(4）桩径及桩长(1)防空洞拱顶板以上，桩径600mm。(2)桩长至防空洞底板或旧井井底处。(5）质量要求：要求处理后防空洞内回填碎石应密实，即圆锥动力触探试验锤击数>8击/10cm。(6）问题使用该法处理完成66根桩后（道1#、道4#、道7#及道5#、道5#一部分），因锤击成孔（尤其砸穿防空洞拱顶）时震动大、噪音高等严重影响周边环境，被迫停工。3.2.2防空洞结构及充填(1）设备2台ZJ-15型碎石桩机及其辅助设备，冲锤重量15000kN，导管直径325mm。(2）桩料为新鲜石灰岩碎石，粒径30-60mm，含泥量<2%。(3）施工工艺(1)移机就位，将导管中心对准桩位，偏差<5cm，桩身垂直度误差不超过1%。(2)投石制塞长度0.8-1.0m。(3)击沉导管时，开始1.5m左右采用低落距（1.5m）夯击，以保证导管的铅直度；之后采用高落距（4.0m）夯击，以加快沉管速度。沉管深度以击穿防空洞拱顶顶板为准。(4)击穿防空洞拱顶后，将石塞击出沉管并掉入防空洞内，随之探明防空洞底板深度。(5)将导管固定在拱顶处，从导管窗口向防空洞内均匀填料（每次填料0.05-0.10m3），再用高落距4.0m夯击，使碎石向四周扩散，再填料再夯实，直至拱顶，并使碎石尽可能扩散到地道内较远处。(6)防空洞拱顶以上，制成锤击沉管挤密碎石桩。每次填料量为0.1m3±0.01m3,单层厚度约50cm，提升冲击能量≥3500kN�m/m3，夯击7-12击，当锤击不进时，向上拔导管30～50cm，再重复前述填料夯实并直到地表以下1.5m；其上用低落距（1.5m）夯击，以免地面土体隆起使地基遭到破坏。3.2.3锤击数结果道1#，道5#大部分、道4#南端、道7#、道2#已处理部分，圆锥动力触探锤击数>8击/10cm，回填密实，合格。道1#与道7#交叉口附近、道4#北端，因居民干扰施工质量较差，锤击数<8击/10cm，欠密实，不合格，应重新处理。3.3设计与施工中的钻探、填充法3.3.1回转钻机成孔为完成余下的工作量，并尽可能减轻震动和噪音的影响程度，在原桩位处，改为回转钻机成孔，成孔直径400mm。成孔后，借助于碎石桩机的冲锤将碎石冲入防空洞内。3.3.2裸孔和灌浆孔的施工(1）钻机成孔采用1辆DPP-100型汽车钻机，回转钻进，将防空洞拱顶钻穿。钻孔间距1.5m，钻孔孔径400mm，共施工钻孔78个。成孔后不护壁，为裸孔，以便向防空洞内填料及冲锤升降的通道。(2）施工工艺通过裸孔向防空洞内填料，再逐层夯填至防空洞拱顶，桩料为碎石加中粗砂（约为碎石的1/10），填料量同前。防空洞拱顶以上，待质量检查后预留为灌浆孔。(3）掩盖旧井处理由于旧井结构尚存，从井口填料约30-50cm（每次填料0.34-0.57m3），然后用卷扬机带动冲锤，超高落距（6-8m）逐层夯击，直至井口，与钻孔夯填法相近。3.3.3孔压填充法的加固效果[12,13,14,15,16和17]圆锥动力触探试验锤击数均<8击/10cm，不合格（表2），但较接近回填质量标准，须处理。究其原因，主要是冲击能量偏小和掺砂所致。3.4固结桩法的设计和施工3.4.1固结桩法的设计针对钻孔夯填法回填碎石欠密实，遂采用固结灌浆法以补强，即向已回填的碎石间灌注加入速凝剂的水泥浆液，使之与碎石凝结而密实。3.4.2水泥灌浆施工(1)灌浆孔利用钻孔夯填法的钻孔为灌浆孔,置入4-7m长的25.4mm无缝钢管做注浆管(一端接孔口装置,另一端开口。若堵塞可将钢管提上数厘米),进入防空洞拱顶以下碎石内10-30cm,注浆管和钻孔孔壁之间用饱和的中粗砂回填并捣实。(2）灌浆材料及水灰比灌浆材料为22.5MPa普通硅酸盐水泥，外掺剂为氯化钙，掺入量2%左右，水灰比为1:0.5～1:0.6。(3）灌浆压力采用1台BW-150型灌浆机灌浆，灌浆压力为0.3～0.5MPa。(4）灌浆原则分二序施工，先稀后稠，间断4-6hr再次补灌，综合控制的原则。(5）终灌标准与封孔(1)终灌标准：在灌浆压力下，单位注浆量不大于0.4L/min并延续10-15min，即可结束灌浆。(2)封孔：灌浆结束后，拔出注浆管，用水泥砂浆封孔。3.5.3固结腹泻加固法的加固效果[12,13,14,15、16和17](1)灌进水泥已与碎石凝结。(2)灌浆后，圆锥动力触探锤击数大于8击/10cm，密实，均合格。3.5防空洞、砂井1998.05.13～07.03对防空洞进行处理，完成补充勘察孔和自检孔33个，进尺224.1m。锤击沉管挤密碎石桩66根，碎石用量634m3，其中处理防空洞430.4m3，为相应防空洞体积222.8m3的1.932倍；防空洞拱顶以上112m3；处理旧井91.6m3，回填碎石量是井体积的1.8倍。钻孔78个，进尺336.7m，碎石、砂用量340m3，为相应防空洞体积（房1#除外）252.8m3的1.345倍；灌浆孔78个，总进尺336.7m,22.5MPa水泥用量82.916t，氯化钙1.5t。3.7抗打击作用机理从导管的窗口向防空洞内均匀填料，随之借助冲锤的冲击力量（冲锤的冲击能量≥3500kN�m/m3），每层须夯击分散碎石3～5次，每次锤击时都使直接遭到锤击的分散的各个碎石在瞬间获得足够大的动量（而各个碎石的质量介于30～150g），各个碎石就获得了较大的不同初速度，各个碎石就会单独发生运动，按照受力方向的不同，遭到锤击的无数个碎石就朝不同的方向位移。开始时，防空洞内除水外几乎无异物，各个碎石沿防空洞底板向周围运动时其阻力较小，各个碎石的位移量就会较大，甚至遭夯击时会向四周飞溅至较远距离。随着填入碎石量的增多和升高，直接遭到锤击的分散的各个碎石获得的能量就较多，它们在有较大的初速度而位移的同时，也会在克服紧邻的碎石的摩擦阻力时被迫将能量传递到紧邻的碎石，这就使紧邻的碎石在阻止前者运动的同时，获得的能量也使它自己向稍远处的碎石运动；依次类推，直到最远处的碎石虽获得了传递来的能量，但不能克服本身的摩擦阻力而停止运动为止。当碎石夯填至一定高度后，各个碎石除发生前述水平运动外，也会在自身重力或分解的竖向外力作用下，滚向较远处。实践证明，对单个桩来说，在防空洞底板处分散的碎石可位移1.2～1.6m，邻近拱顶时仅位移0.8～1.2m。当施工下一个相邻桩时，碎石就会向前一根桩方向运动，当它的运动受阻后，它就要和上一根桩已扩散的碎石相互挤密，这样就会使相邻两个桩位之间的碎石达到密实或欠密实。钻孔夯填法因夯击能量偏小造成冲击力大为减小；以及碎石孔隙间充填有中粗砂颗粒，加大了碎石和砂粒之间的摩擦阻力；从而使碎石的位移量减少，因此在两桩（孔）位之间回填就欠密实。固结灌浆使邻近的碎石孔隙间通过水泥胶结起来并充填进水泥，强度增大，碎石间更密实。4加固加强地基因碎石桩发震动大、噪音高等缺点扰民严重，故变更设计改为喷浆桩法加固软弱地基，以便使桩体搅拌均匀并尽快提高桩身强度。在进行防空洞处理期间，做了3根喷浆桩试验，经开挖观察、小应变和取芯检验，质量优良，满足要求。4.1单桩承担处理(1）确定所需的复合地基承载力经计算，所需的复合地基承载力标准值fSP,K>180kN。(2）喷浆桩有关参数(1)桩位布置及间距：根据上部结构荷载要求和纵横轴线走向，只在开挖基础范围内，按开挖出的长度和宽度可具体布置为正方形、等边三角形（图2），要求单桩承担处理面积1.5m2，则桩距为1.22m，实际桩距为1.20～1.30m。4#楼布桩403根，5#楼布桩274根，总计677根。(2)桩径：0.5m。(3)桩长：以层(6)砾砂作为桩端持力层，实际桩长10.15m，有效桩长8.5m。(4)面积置换率为11.3%～13.6%。(5)固化剂及掺入比：固化剂为32.5MPa普通硅酸盐水泥,掺入比15%，水灰比1:0.6（折合每米水泥用量54±4kg）。(6)要求桩的实际工作强度QU=896kPa，单桩竖直承载力RK=176kN。4.2喷浆桩建设要点(1）设备采用1台PH-5A型深层搅拌机和1台BW-250型泥浆泵施工。(2）施工工艺(1)桩机就位：桩位偏差<5cm，垂直度偏差<1.5%。(2)预搅下沉：下沉速度0.8～1.3m/min，工作电流不大于70A。(3)喷浆搅拌提升：至设计孔深后，开启泥浆泵输送水泥浆液，边均匀喷浆边旋转提升钻头，提升速度控制在0.8～1.3m/min。(4)复搅复喷：在基底以下2.0m范围内要保证不少于两个上下的重复搅拌过程。(3）工作量1998.06.23～08.07(45d）施工喷浆桩。因局部喷浆桩桩位在地道和地下室上部，形成实际4.00～5.65m的短桩63根，