深基坑施工中注漿加固技術(shù)及應(yīng)用研究

陳 燕

（上海盧灣市政工程有限公司，上海市 200023）

1 工程概況

瑞金二路（復(fù)興中路—肇嘉浜路）是一條南北向的道路，全長約1.1 km。該工程所處位置為市中心路段，周邊區(qū)域歷史底蘊(yùn)深厚，賓館林立，商業(yè)繁榮，文化發(fā)達(dá)，環(huán)境優(yōu)雅。沿線有瑞金賓館、瑞金醫(yī)院、高級商務(wù)樓、住宅區(qū)以及繁華的打浦橋商業(yè)中心，地理位置十分重要。該工程主要建設(shè)內(nèi)容為：在已建成的肇嘉浜路排水系統(tǒng)一期工程中該路段排水干管（φ2 400～φ2 700）上新建特殊井3座，設(shè)置部分連通管與雨水口，連通支管管徑為φ1 200～φ1 500。建設(shè)范圍內(nèi)地下管線較多，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，某些部位與周邊建、構(gòu)筑物較近需保護(hù)，且有一特殊井和溝槽段在地鐵9號線和φ2 700市政管上方通過，井底墊層底在該管1.2 m上方和9號線隧道12.2 m上方。根據(jù)周邊環(huán)境情況及管道埋深，特殊井均采用鉆孔樁+旋噴樁作為基坑開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，排管中五段排管溝槽維護(hù)采用鋼板樁+旋噴樁作為溝槽開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在深基坑開挖施工中，為了減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，可在壁后采用注漿充填法進(jìn)行加固，以提高施工的安全性。表1為特殊井外包尺寸與埋深。

表1 特殊井外包尺寸與埋深

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地震

2.1 工程地質(zhì)

地基土自上而下為①1層雜填土、①2層暗浜層②1層褐黃色黏土、③1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2層灰色黏質(zhì)粉土、③3層灰色淤泥質(zhì)黏土、④1層灰色淤泥質(zhì)黏土。表2為天然地基設(shè)計參數(shù)表。

2.2 水文地質(zhì)

該工程場地地下水屬潛水類型，水位主要受大氣降水及地表水影響，設(shè)計時按常年地下水位0.5 m計算，地下水對混凝土無腐蝕性。

2.3 地震基本烈度

該工程所處的建筑場地均為Ⅳ類場地，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.1 g，構(gòu)筑物抗震設(shè)防烈度為7度。

表2 天然地基設(shè)計參數(shù)一覽表

3 注漿加固

注漿技術(shù)就是利用送壓設(shè)備將能夠固化的漿液材料通過鉆孔注入地層中顆粒的間隙、土層的界面或巖層裂隙內(nèi)，使其擴(kuò)張膠結(jié)、固化，以降低地層的滲透性，增強(qiáng)地層強(qiáng)度，防止地基沉降、變形的處理技術(shù)[4]。

壓密注漿技術(shù)具有施工機(jī)具輕便靈活、施工方便、作業(yè)面小、耗能低、振動小、噪聲小、施工效率高等優(yōu)點，同時，注漿的壓力和流量可根據(jù)工程需要進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，可以縮短工期，保證工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在工程中被廣泛運用。

灌注樁、旋噴樁后壓漿就是將固定于鋼筋籠上的通長壓漿管(帶單向閥)與鋼筋籠一同下放到孔內(nèi)設(shè)計位置，成樁一定時間后(1～3 d)實施壓漿，高壓漿液對樁端或樁側(cè)土體產(chǎn)生劈裂、滲擴(kuò)及壓密加固作用。實踐表明，后壓漿技術(shù)的應(yīng)用可使常規(guī)樁的承載力提高30%以上，同時，可以改善樁土相互作用關(guān)系，有效發(fā)揮樁身材料強(qiáng)度，大大提高深基坑施工安全系數(shù)。樁后壓漿按壓漿部位不同，可分為樁側(cè)壓漿和樁端壓漿；按壓漿裝置不同，可分為花管壓漿和壓力腔壓漿。樁后壓漿施工工藝流程如圖1所示[1]

圖1 樁后壓漿施工工藝流程圖

3.1 樁后壓漿施工

3.1.1 樁底開始注漿時間

泥漿護(hù)壁灌注樁水下壓漿需在5 d左右，故注漿時間宜在5 d后進(jìn)行。注漿過早，會導(dǎo)致因樁身混凝土強(qiáng)度過低而破壞樁本身，注漿過晚，可能難以使樁底已硬化的混凝土形成注漿通道，從而使樁中心形成低強(qiáng)度區(qū)而使?jié){液流向遠(yuǎn)處礫石層。不過，實際工程中可在成樁7～25 d內(nèi)注漿[2]。

3.1.2 注漿量的確定

注漿量的多少直接決定注漿的效果與成效。影響注漿量的主要因素有樁端土的密實度、含泥量、滲透性及注漿壓力。根據(jù)該工程特點及地質(zhì)條件，選擇每根樁的樁端注漿量為2.5 t水泥。

3.1.3 注漿泵的選擇

選用BW-250或BW-2350型柱塞式泥漿泵，這種型號的泥漿泵排漿量大、性能穩(wěn)定，但是注漿操作過程中容易產(chǎn)生堵管、清洗頻率高的弱點。

3.1.4 開塞與注漿

壓水試驗是注漿施工前必不可少的重要工序，也是確保樁后壓漿成敗的關(guān)鍵問題。成樁后要通過壓水確定樁底的可灌性。壓水試驗的情況是選擇注漿工藝參數(shù)的重要依據(jù)之一。

一般情況下，壓水過程中有兩個控制指標(biāo)，其一是壓力控制，其二是注水量控制。壓力控制是保證注漿的單向閥被打開，注水量的控制是確保樁體不被高壓水的沖擊而破壞，并要求有一定的壓水時間。

壓水量控制要根據(jù)注漿管的容量，當(dāng)注水量大于注漿預(yù)埋管的容量后，就要立即停止注水，除非此時樁體的混凝土強(qiáng)度已經(jīng)很高。開塞壓力一般控制在8 MPa以下。當(dāng)注漿壓力突然減小而注水仍在繼續(xù)時，說明單向閥已經(jīng)打開。

沖水時間是開塞的另一個關(guān)鍵問題，時間太早，容易沖壞樁體，太晚則打不開單向閥，因此，合理的時間應(yīng)該是灌樁后的24～36 h，同時要用注水量和注漿壓力同時控制，確保樁體不被沖水破壞。

3.1.5 漿液濃度

不同濃度的漿體其行為特性有所不同：稀漿(水灰比約為0.8∶1)便于輸送，滲透能力強(qiáng)，用于加固預(yù)定范圍的周邊地帶；中等濃度的漿體(水灰比約為0.6∶1)主要加固預(yù)定范圍的核心部分，在這里中等濃度的漿體起充填、壓實、擠密作用；濃漿(水灰比約為0.4∶1)的灌注對已經(jīng)注入的漿體起脫水作用。

在樁底可灌性的不同階段，調(diào)配不同濃度的注漿漿液，并采用相應(yīng)的注漿壓力，才能做到將有限漿量送達(dá)并駐留在樁底有效空間范圍內(nèi)。漿液濃度的控制原則一般為：依據(jù)壓水試驗情況選擇初注濃度，通常先用稀漿，隨后漸濃，最后注濃漿。在可灌的條件下，盡量多用中等濃度以上漿液，以防漿液作無效擴(kuò)散。在實際工程應(yīng)用中，施工單位往往多半只使用水灰比為0.4∶1～0.6∶1的濃漿。如注漿壓力低，通常在漿液中可放入減水劑(木鈣)、固化膨脹劑(UEA)。當(dāng)砂礫層很松散、注入水泥漿壓力很低、注漿量很大時，可改注水泥砂漿，但應(yīng)注意不要堵塞注漿管。

3.1.6 注漿壓力

在注漿過程中，樁底的可灌性的變化直接表現(xiàn)為注漿壓力的變化。可灌性好，注漿壓力則較低，其注漿壓力值的大小與樁長和樁底土層性質(zhì)有關(guān)。一般情況下，注漿的穩(wěn)定壓力在2.0 MPa左右即可。對于若可灌性較差地層，灌漿壓力會有所不同。漿液的擴(kuò)散半徑與灌漿壓力的大小密切相關(guān)，因此，人們往往傾向于采用較高的注漿壓力。較高的注漿壓力能使一些微細(xì)孔隙張開，有助于提高可灌性。當(dāng)孔隙被某些軟弱材料充填時，較高的注漿壓力能在充填物中造成劈裂灌漿，使軟弱材料的密度、強(qiáng)度以及不透水性得到改善。此外，較高的注漿壓力還有助于擠出漿液中的多余水分，使?jié){液結(jié)合體的強(qiáng)度得到提高。但是，一旦灌漿壓力超過樁的自重和摩阻力，就有可能使樁上抬，導(dǎo)致樁懸空。因此，這里有一個容許灌漿壓力問題，它與地層的密實度、滲透性、初始應(yīng)力、鉆孔深度、漿液濃度、灌漿次序等有關(guān)。綜上所述，注漿量與注漿壓力的確定應(yīng)通過試驗來定，但這些因素是難以準(zhǔn)確預(yù)知的，故通常只能根據(jù)現(xiàn)場試驗來確定[3]。

3.1.7 注漿節(jié)奏

為了使有限漿液盡可能充填并滯留在樁底有效空間范圍內(nèi)，在注漿過程中還需掌握注漿節(jié)奏，實行間歇注漿。間歇時間一般為12 h，但是需要注意的是，第一次注漿后，一定要對注漿管及時沖水，以免漿液堵塞。對于短樁，樁底注漿時往往會出現(xiàn)漿液沿樁周上冒現(xiàn)象，此時應(yīng)在注入到冒漿后暫時停止一下，待樁周漿液凝固后，再施行補(bǔ)注漿，經(jīng)過反復(fù)補(bǔ)注，這樣可以達(dá)到設(shè)計要求的注漿量。

3.1.8 注漿順序

對樁位圖上同一承臺或附近的樁要進(jìn)行跳樁式注漿，即隔樁進(jìn)行注漿，這樣可以確保漿液的串漿造成注漿量減小。另外，對大面積工程注漿，宜先注四周樁，再注中間樁。

3.1.9 注漿后的保養(yǎng)齡期

所謂注漿后的保養(yǎng)齡期，即樁底注漿后需多長時間才可以做靜載試驗，或作為工程樁使用的時間，通常要求注漿后保養(yǎng)15 d以上，才能做靜載試驗，此時注入的水下水泥漿剛初凝。

表3 肇嘉浜路口環(huán)境及基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 采用圍護(hù)及注漿加固后周圍環(huán)境及基坑監(jiān)測報表數(shù)據(jù)對比

數(shù)據(jù)對比見表3。

5 結(jié)語

結(jié)合瑞金二路（復(fù)興中路—肇嘉浜路）排水管道完善工程實際情況，進(jìn)行了注漿方案設(shè)計，總結(jié)了樁后注漿技術(shù)的施工工藝。實踐表明，采用樁后壓漿加固技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都很明顯，控制了地基的不均勻沉降，提高了地基承載力，確保了深基坑施工的安全性，具有較大的推廣價值。

[1]葉建良，汪國香，吳翔，等.樁基工程[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

[2]郭志業(yè)，陳運榮.水泥灌漿對地基土和樁基進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)[A].中國土木工程學(xué)會第八屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議論文集[C]，1999.

[3]周書明，陳建軍.軟流塑淤泥質(zhì)地層地鐵區(qū)問隧道劈裂灌漿加固[J].巖土工程學(xué)報，2002，24(2)：222-224.

[4]楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20(6)：839-841.