鋼管注漿地基處理方法的研究與應(yīng)用

張 力

(上海長凱巖土工程有限公司，上海 200070)

1 概述

鋼管注漿是結(jié)合了錨桿注漿和壓密注漿兩種方法的一種地基處理方法。錨桿注漿技術(shù)從20世紀(jì)50年代應(yīng)用于國外隧道工程，60年代引入我國開始一直主要應(yīng)用于煤礦、礦山、隧道、水利等專業(yè)的巖體加固方面，到90年代又開始應(yīng)用到基坑圍護(hù)加固工程當(dāng)中。中空錨桿注漿是在加固巖土體內(nèi)成孔后，在孔內(nèi)放入錨桿，再將水泥漿通過中空錨桿壓入孔中，使錨桿體與周圍巖土體形成共同受力體系，進(jìn)而對松散破碎的巖土體起到加固作用［1-3］。壓密注漿技術(shù)起源于美國，20世紀(jì)50年代早期用于工程，90年代開始廣泛應(yīng)用于世界各國。壓密注漿是將濃稠的漿液注入土體，在土體中形成孔洞，隨著壓力升高，注漿量增大，孔穴擴(kuò)張，并迫使周圍土體中孔隙水壓力上升，注漿完畢后的一段時(shí)間內(nèi)，孔壓將逐漸消散，周圍土體被壓密而強(qiáng)度提高，注漿體的形狀通常為球形或圓柱形，這主要取決于任一注漿過程中注漿孔的擴(kuò)展程度及土層條件［2-6］。鋼管注漿通過結(jié)合兩種技術(shù)，對于局部淺層軟弱地基加固，可以大大減小整體沉降和不均勻沉降。鋼管注漿在上海地區(qū)主要應(yīng)用于臨港地區(qū)和浦東機(jī)場的厚填土和暗浜回填土地層加固工程中，經(jīng)過前期項(xiàng)目當(dāng)中的摸索，取得了較好效果，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

2 鋼管注漿的加固機(jī)理

鋼管注漿法采用在加固區(qū)按照一定間距施打注漿鋼管，鋼管上開注漿孔并焊接倒刺，穿透加固層，深入其下層0.5 m～1 m左右。打入地表后注漿，漿液一般采用水泥漿，按一定水灰比配備好，采用高壓泵將其壓入土體，注漿量以折合每延米注入水泥量為標(biāo)準(zhǔn)。該方法施工速度快，施工對原有樁基無影響，在填土范圍開孔增加注漿量，對加固填土有很好作用，填土范圍注漿鋼管可適當(dāng)加密同時(shí)加大注漿量，可使地基土更加均勻，差異沉降較小。按照地表均布荷載進(jìn)行地坪沉降計(jì)算，該方法地坪沉降最小，主要原因是單樁分?jǐn)偤奢d較小，導(dǎo)致樁頂沉降小。

3 上海某倉庫地基處理工程概況

3.1 處理區(qū)建筑物概況

處理區(qū)域位于新建2層倉庫內(nèi)，倉庫采用樁基礎(chǔ)，地坪荷載30 kPa，按設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高考慮，需在原場地標(biāo)高基礎(chǔ)上再填墊1.5 m，相當(dāng)于原地基加載 60 kPa，柱網(wǎng)間距為 12.0 m ×11.5 m，地坪厚度300 mm。注漿鋼管結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

3.2 場地工程地質(zhì)概況

場地淺部涉及地基處理的地層有:①1層素填土:明浜區(qū)域缺失;以粘性土為主，暗浜區(qū)土質(zhì)松散不均。①2層浜土:局部分布;灰黑色淤泥，土質(zhì)差。②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土:局部缺失，壓縮性中等。③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:普遍分布;飽和，流塑，壓縮性高等。③t層灰色砂質(zhì)粉土:普遍分布;飽和，松散～稍密，壓縮性中等?？辈靾?bào)告指出場地西北角及場地西部、中部、東部多處揭遇填土較厚，厚度達(dá)2.50 m，以粘性土為主，夾雜有機(jī)質(zhì)、貝殼碎屑，土質(zhì)松散不均，局部下部夾有淤泥。在場地西部有暗浜分布，寬度約14 m，浜土最大厚度達(dá)1.5 m，最大埋深約3.1 m。在場地有一條東西走向的明浜穿越，明浜水深約1.50 m，浜底淤泥最厚約1.10 m，夾腐殖物，有臭味，土質(zhì)差。

圖1 注漿鋼管結(jié)構(gòu)示意圖

4 可用地基處理方法比選

根據(jù)以上地質(zhì)條件，本場地對明浜需要進(jìn)行地基處理來減少總沉降量和地坪下的差異沉降，因該場地填土和樁基已施工完畢，原明浜區(qū)域已清淤換填處理，但是暗浜卻沒做換填。本次需對地坪下地基進(jìn)行處理，以滿足總沉降小于200 mm、不均沉降小于50 mm的要求。常用的方法有換填法、深層攪拌法、壓密注漿和鋼管注漿方法。但是鑒于場地樁基部分施工完畢，換填法需要分層壓實(shí)，碾壓機(jī)械會對已完成工程樁的成品保護(hù)造成較大影響;壓密注漿在該場地亦可使用，但是場地局部分布①2層浜土，灰黑色淤泥，土質(zhì)差，壓密注漿難以對其有較好作用，且壓密注漿的擠土效應(yīng)會對已施工工程樁有影響;鋼管注漿在鋼管側(cè)面等間距開孔，可以控制漿液均勻的滲入各層，且鋼管留在原處和漿液共同形成加固體，且上端錨入倉庫地坪當(dāng)中，增強(qiáng)地坪的整體性和受力均勻性。

通過對比分析可知，場地厚填土和暗浜區(qū)域加固采用鋼管注漿處理方法較為合理。

5 鋼管注漿法施工步驟

1)根據(jù)勘察報(bào)告在現(xiàn)場對原暗浜、明浜、厚填土區(qū)域邊界和鋼管打設(shè)位置進(jìn)行放樣。2)采用φ48 mm，壁厚3.2 mm Q235鋼管，長度6.0 m，壓入地表，壓入鋼管時(shí)應(yīng)保證垂直度，垂直度偏差小于1%，鋼管應(yīng)連續(xù)壓入。3)注漿鋼管頂部設(shè)置300 mm厚C30混凝土地坪，內(nèi)配雙層雙向Φ10@150鋼筋。注漿鋼管頂端應(yīng)錨入底板50 mm。4)鋼管可選擇單節(jié)或分兩節(jié)，分兩節(jié)時(shí)采用綁條焊連接，綁條采用3Φ16鋼筋，長度20 cm，與上下節(jié)鋼管雙面滿焊，焊縫高度3.0 mm，鋼管對接接口處應(yīng)用焊縫填滿。鋼管側(cè)壁每50 cm對稱鑿開兩個(gè)直徑為5 mm～8 mm注漿孔，注漿孔位置設(shè)置倒刺。5)水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，應(yīng)新鮮干燥無結(jié)塊。注漿鋼管樁每米鋼管注入40 kg水泥，原明浜換填范圍鋼管注漿量增加至50 kg/m，漿液水灰比0.5，然后利用鋼管上預(yù)先設(shè)置的注漿孔分段注漿。注漿順序從管底向外分段進(jìn)行，最后封孔，注漿壓力大于0.6 MPa，并根據(jù)試驗(yàn)注漿結(jié)果調(diào)整。注漿體強(qiáng)度不低于12 MPa，3 d不低于6 MPa。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

通過載荷板試驗(yàn)，處理前暗浜和厚填土區(qū)域平均地基承載力特征值為90 kPa，處理后達(dá)到120 kPa;處理前地基平均回彈模量為27.2 MPa，處理后為 35.1 MPa;變形模量由 7.8 MPa 提高為10 MPa。荷載120 kPa時(shí)最大沉降量132 mm，最小為108 mm?？梢娫诩夹g(shù)角度鋼管注漿法具有較高的可靠性，滿足建筑物設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論和建議

1)結(jié)論。a.在分布有填墊暗浜和厚填土等不良地質(zhì)條件的情況下，采用換填碾壓法、深層攪拌法和壓密注漿法難以滿足處理深度和工期的要求時(shí)，可以用鋼管注漿法進(jìn)行地基處理。b.鋼管注漿法施工速度快，對原有樁基影響較小，在填土范圍開孔增加注漿量，對加固填土有很好的作用，可提高地基土的均一性。c.采用鋼管注漿法能大大提高地坪下地基的承載力和變形模量，地坪最終沉降和差異沉降小均能滿足要求。

2)建議。a.大面積施工前應(yīng)選取有代表性區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，確定最佳注漿壓力。b.大面積注漿需要先對地坪四周的2排～3排鋼管注漿。c.注漿過程中應(yīng)對周圍基礎(chǔ)承載進(jìn)行沉降觀測，以確定注漿對周圍結(jié)構(gòu)物影響，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整注漿。

［1］中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會巖石錨固與注漿技術(shù)專業(yè)委員會.錨固與注漿技術(shù)手冊［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］巨建勛.土體壓密注漿機(jī)理及其抬升作用的研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2007.

［3］馮旭海.壓密注漿作用機(jī)理與頂升效應(yīng)關(guān)系的研究［Z］.煤炭科學(xué)研究總院，2003.

［4］張 弛，王 杰，杜嘉鴻，等.巖土注漿技術(shù)的理論探討［J］.沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(1):49-50.

［5］王 杰，杜嘉鴻.巖土注漿技術(shù)的理論探討［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2000(6):11-12.

［6］戰(zhàn)玉寶，宋曉輝，陳明輝.巖土注漿理論研究進(jìn)展［J］.路基工程，2010(2):65-66.