既有建筑地基注漿加固施工工藝

姜尊義

（山東鉅輝建筑技術(shù)有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

既有建筑地基加固是延長建筑物使用壽命的重要手段。從我國城市化建設(shè)初期至今，老舊城區(qū)大量建筑物使用年限已經(jīng)接近或達到設(shè)計基準期，對這些既有建筑的地基加固改造需求開始增多[1]。在地基加固技術(shù)中，水泥注漿法主要是運用水泥材料進行注漿處理，其材料價格低、方便易得，具有良好的經(jīng)濟效益；且強度較高，能夠得到良好的加固效果，還具有處理方法簡單、對周圍環(huán)境干擾程度低、施工工期短、工藝簡單、適用范圍廣泛等優(yōu)勢[2]。因此，注漿加固施工工藝廣泛應(yīng)用于既有建筑地基加固中，其應(yīng)用優(yōu)勢顯著，深入研究既有建筑地基注漿加固施工工藝，對提高既有建筑改造效果，提升我國城市化改造水平具有一定的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

該工程為某市老城區(qū)一住宅小區(qū)樓，該樓為地上四層，地下一層磚混結(jié)構(gòu)，毛石砌筑基礎(chǔ)，長51.20m，寬13.10m，建筑面積1556m2。由于自來水管爆裂，導(dǎo)致大量水涌入住宅樓基礎(chǔ)下部，出現(xiàn)墻體開裂情況且1～4 層均有裂縫分布。場地巖土工程條件勘測結(jié)果顯示，場地巖性自上而下為素填土層，厚度為0.8m～2.4m，主要由粉土混建筑垃圾堆填形成，年限高于5 年；粉土層，素填土層之下厚度有1.3m～6.8m，為中-高壓縮性Q3 粉土，輕-中度濕陷性，相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土，該層中還包括角礫夾層，最厚為2.2m，60%粒徑大于2mm，母巖成分為火成巖；卵石層分布于粉土層之下，中等密實度，母巖成分主要為火成巖，顆粒級配良好，力學(xué)性質(zhì)良好，是建筑持力層和受力層。

經(jīng)鑒定，該住宅樓未設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱并且砂漿強度不能達到要求，建筑完好的狀態(tài)下部分構(gòu)建不能達到承載力要求。同時，巖土勘察報告顯示，建筑場地地基存在不均勻沉降，尤其東南部地基受涌水影響，存在一定的塌陷問題，地基承載力較低，也是導(dǎo)致墻體發(fā)生開裂的主要原因。

根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標準（GB50292-1999）》，該住宅樓建筑安全性等級為Dsu，與相關(guān)標準不符。因此，需要對該住宅樓進行地基加固處理。待沉降穩(wěn)定后，對上部主體結(jié)構(gòu)進行加固，同時增強抗震構(gòu)造[3]。

2 注漿加固方法選擇

該工程中，墻體裂縫位置主要位于素填土部位，在地基加固過程中，以此位置周圍地基為主。注漿加固中，對注漿加固施工質(zhì)量具有關(guān)鍵影響的是注漿材料及方案選擇。在土防滲注漿中，選用懸浮漿液、低強度化學(xué)漿；工藝技術(shù)可以選用滲透注漿、電動化學(xué)注漿、高噴注漿；漿液類型為水泥漿、黏土漿、氨脂漿、丙凝漿等。在土加固過程中，選用漿材類型為懸浮漿液、高強度化學(xué)漿；工藝技術(shù)科選用脈狀注漿、電動化學(xué)注漿、高噴注漿；漿液類型包括水泥漿、環(huán)氧漿、甲凝漿、聚酯漿等。堵漏注漿中，漿材類型為速凝漿液，工藝技術(shù)選用滲透注漿，漿液類型可用水泥水玻璃漿、水玻璃漿、聚氨酯漿等[4]。

對該工程來說，住宅樓發(fā)生地基下沉的原因主要是由于雜填土位置地基遇水后下沉，但是在其他位置下沉的程度卻比較小，從而出現(xiàn)不均勻沉降。因此，通過科學(xué)比選方案，最終選用水泥壓力注漿加固方案進行地基加固。

水泥壓力注漿加固主要材料為水泥漿，在地基基礎(chǔ)加固中，對水泥漿的流動性要求較高，因此一般選用的水灰比較大。在凝結(jié)性方面，水泥漿在注漿壓力逐漸消失后，其流動性也會逐漸下降，并且隨著時間延長，水泥漿逐漸凝結(jié)硬化，與土壤結(jié)合形成大型高強度固結(jié)體。在滲透性方面，水泥漿與土體固結(jié)后，固結(jié)體的滲透性會大大降低，在該工程中，在注漿深度范圍內(nèi)的土壤層主要以淤泥為主，土壤孔隙較小，水泥漿水化熱和滲透性的影響都比較低，在確定水灰比時不宜過大，合理取值應(yīng)在1.0。

3 確定注漿參數(shù)

3.1 確定注漿壓力

注漿壓力直接影響注漿效果和注漿成本，在外力的影響下，水泥漿注漿過程中會向周圍擴散，使其達到預(yù)定的范圍，注漿壓力能夠有效克服水泥漿的內(nèi)部摩擦力和內(nèi)聚力以及注漿導(dǎo)管、土壤孔隙等對漿料的外部摩擦力，使其流動[5]。但是，注漿壓力過高可能會對周圍建筑物結(jié)構(gòu)造成不良影響。因此，需要根據(jù)工程實際確定合理的注漿壓力。

公式（1）為注漿壓力確定計算公式。

式中：pe—允許注漿壓力（MPa）；C—注漿次序相關(guān)系數(shù)，該工程取0.1；T—覆蓋層厚度（m），該工程取5m；k—注漿方式系數(shù)，自上而下注漿取0.8，自下而上注漿取0.6，該工程取0.6；λ—地層因素系數(shù)，取值范圍0.5～1.5，該工程取值0.6；h—注漿段距離地面深度（m），該工程為11m。

經(jīng)上述公式計算，確定該工程中允許注漿壓力為0.9MPa，3m 注漿深度范圍內(nèi)允許注漿壓力范圍為0.2MPa～0.9MPa。

注漿壓力隨著注漿深度的增加而增加，注漿深度每加深1m，注漿壓力增大20kPa～30kPa；注漿結(jié)束后的儲層壓力大于注漿前的壓力；注漿壓力控制根據(jù)漿液進入土壤的標準確定[6]。該工程中，注漿壓力控制 標準根據(jù)漿液順利進入土層進行控制，合理范圍要求控制在0.2MPa～1.0MPa。

3.2 確定漿液擴散半徑

該工程注漿加固施工中，工藝技術(shù)選用滲透注漿，根據(jù)滲透注漿理論公式（2），計算得出漿液擴散半徑。

式中：r1—為漿液擴散半徑（cm）；k—為土體滲透系數(shù)（cm·s）；h1—為注漿壓力水頭（cm）；r0—注漿管半徑（cm）；t—注漿時間（min）；β—漿液與水的黏度比，范圍取值一般為0.1～0.3；n—土層孔隙率（%）。

由于工程實際不同，理論公式中各項參數(shù)值存在較大差異且理論計算值往往大于實際值，因此主要通過注漿試驗確定泥漿擴散半徑。該工程中，采用原地鉆進行注漿管周圍土壤采樣試驗，通過試驗分析，確定泥漿擴散半徑為40cm。

4 注漿加固具體施工

4.1 注漿孔布置

該工程中，在注漿孔位布置中，設(shè)置孔間距為1.5m～2.0m，位置在地基外側(cè)，根據(jù)成孔過程實際情況，若遇障礙物則可適當(dāng)移位?？椎走M入角礫層頂面，孔深度隨其層面變化而變化。現(xiàn)場成孔施工中，運用輕型動力觸探原位測試角礫層頂面位置，注漿管下部設(shè)置間距為0.3m～0.6m 花眼，注漿前，注漿管底與孔底距離保持在0.5m左右，注漿管在基礎(chǔ)地面上進行封孔，先用水泥袋纏繞，再加入黏性土或水泥進行搗實，跳孔注漿，同一房間按照孔間距最大原則選取不超過2 個孔。

4.2 施工工藝要點

4.2.1 注漿材料選擇

該工程中，根據(jù)水泥注漿加固施工工藝，注漿材料主要包括水泥、水以及適量添加劑。水泥漿制備中，水泥材料為P.S 32.5 級礦渣硅酸鹽水泥，水為普通自來水，采用攪拌機進行攪拌，控制水灰比在0.7～1.0。

此外，在注漿材料制備過程中，還需要注意水泥注漿材料應(yīng)當(dāng)用水泥袋包裝好，避免發(fā)生受潮結(jié)塊等情況，在制備前對水泥材料進行檢查，確保其各項指標符合要求；控制材料制備誤差在5%以內(nèi)，采用質(zhì)量測量方法對水泥等材料進行精確稱量；制備機械采用高速混合機，水泥漿攪拌時間應(yīng)當(dāng)不低于1min，若為普通混合機，則應(yīng)當(dāng)延長時間在3min 以上，確保水泥漿攪拌充分；同時避免注漿沉淀影響質(zhì)量，需要對泥漿進行不斷攪拌，直至注漿施工；實際施工中，水泥漿液應(yīng)當(dāng)隨用隨制，避免放置過長時間。

4.2.2 注漿施工參數(shù)確定

利用設(shè)備將泥漿管輸送到目標位置，通過施加壓力注漿，將水泥漿注入目標土壤層。該工程水泥注漿加固中，主要技術(shù)參數(shù)：根據(jù)工程實際及公式計算，注漿壓力控制在0.4MPa；注漿流量為7L/min～200L/min，注入率15%～20%；；注漿孔徑50mm，垂直度偏差控制在1%之內(nèi)；注漿中上拉、下鉆高度在0.5m 左右；注漿過程持續(xù)進行，按照跳孔間隔注漿，確定注漿順序，施工順序為先外圍后內(nèi)部；施工中，加強對周邊建筑物、地下管線等監(jiān)控，嚴格控制位移、沉降、裂縫等。采用多孔注漿方式，加快漿液固化，降低注漿過程中對既有建筑地基造成的附加沉降。當(dāng)注漿壓力、注漿量超出規(guī)定標準，或注漿孔周圍地面隆起，泥漿發(fā)生流動情況出現(xiàn)時，應(yīng)立即終止注漿。

4.3 施工準備

4.3.1 技術(shù)準備

首先，施工方同監(jiān)理方、業(yè)主方進行進場工作準備，對所有注漿孔進行支出測量，并安裝檢查各項臨時裝置；技術(shù)人員進行施工設(shè)計圖分析，并熟悉掌握自己參與部分。其次，進行施工方案的編制工作，明確具體施工方式及劃分施工工序，根據(jù)確定的施工方案進行工程實踐控制，保證施工進度。同時，在施工方案中根據(jù)檢驗情況標注施工重難點，結(jié)合工程實際制定應(yīng)對方案。再次，施工前結(jié)合具體施工操作關(guān)鍵點和難點，嚴格控制技術(shù)質(zhì)量，規(guī)范強化技術(shù)要點。最后，編制預(yù)算施工圖，對施工涉及人員、材料、設(shè)備等成本費用進行計算，對施工過程進行科學(xué)管控。

4.3.2 施工人員、材料及設(shè)備準備

該工程中，組織5 個施工小組，根據(jù)施工進度依次進場。具體包括后勤雜工組兩人，混凝土攪拌組4 人，鋼筋組3 人，鉆孔組4 人，注漿組4 人，抹灰組5 人，各組人員暫定。材料及設(shè)備由施工組織根據(jù)實際情況進行準備，其中，按照施工計劃方案及預(yù)算進行材料分批采購，同時建立物資儲備管理制度，確保各項物資施工前準備就緒；施工前做好向有關(guān)部門的申請，確保施工機械及設(shè)備可以及時到位。

4.3.3 施工機械配置計劃

該工程中，施工使用機械設(shè)備配置包括鉆機2 臺、注漿泵2 臺、流量計2 塊、攪拌機1 臺、儲漿機2 臺、土漿塞2 個、全站儀1 臺、水準儀1 臺。

4.4 施工流程

該工程中，注漿加固施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 注漿加固施工工藝流程圖

在測量定位中，對開挖土層進行分析，軟土層土體松動情況較為嚴重，裂隙發(fā)育，具有較強的滲透性。因此，根據(jù)實際情況確定注漿孔位置間距在平面規(guī)劃中為1.5m。增加房間注漿量，減少室外注漿孔。注漿孔深度范圍為建筑地基地面底面到角礫層，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘測報告及實際情況，確定注漿深度。

鉆孔施工中，主要采用人造鉆進行鉆孔，保證鉆孔深度達到要求?？讖綕M足注漿管要求，下注漿管后，注漿孔鉆在距離管底部1.5m 處管壁上，在注漿管外安裝套管，二者之間使用砂塞。地基表面孔隙采用1 ∶3 水泥漿或者黏土進行填塞，堵塞后拔出套管，采用注漿泵進行加壓，按照規(guī)定加壓標準，將水泥漿壓入注漿管并向土壤孔隙中擴散，需要注意注漿持續(xù)進行。按照相應(yīng)的注漿施工參數(shù)要求進行注漿，注漿完成后立即拔管，采用1 ∶2 水泥砂漿或者細砂礫進行填塞密室，或者用原漿壓漿堵口。

4.5 施工質(zhì)量控制

在注漿過程中，要求避免碎屑入漿，防止影響漿液流動性，堵塞管道。在注漿前，采用輕型動力觸探進行地基地面之下、角礫層上的范圍的原位測試，同一房間進行兩點測量，與之相對的走廊部位設(shè)置1 個測試點。根據(jù)工程施工設(shè)計規(guī)范，進行跳孔注漿灌注，按照孔洞從外向內(nèi)間隔灌注，一般按照間隔2～3 個鉆孔順序灌注，根據(jù)現(xiàn)場實際條件分析，部分可以按照間隔1 個鉆孔順序完成。鉆孔深度達不到5m 時，能夠有效控制泥漿，則運用鉆孔填充法。在注漿過程中，漿液需要均勻混合，孔口用原漿液進行堵塞。

此外，在冬季施工中，還需要注意注漿施工保護。一是加強冬季施工管理，施工期間采取有效措施確保地下水不結(jié)冰；注意場內(nèi)運輸通道通常，并做好防滑措施。二是在注漿料拌制時，及時使用拌制完成的漿液，采取注漿液運輸過程中的保暖措施，防止注漿料凍結(jié)。三是盡可能避免在夜晚施工，防止注漿時氣溫過低。四是根據(jù)實際情況，在注漿過程中注意在必要位置覆蓋塑料薄膜，并鋪設(shè)材料，室內(nèi)可以開通暖氣?？傊诙咀{施工要注意做好防寒保護工作。

4.6 注漿加固效果檢測

該工程注漿加固施工完成4 周之后，進行加固效果檢測試驗，水泥漿與土壤結(jié)合固化情況良好。在地基加固范圍內(nèi)選取三個觀測點進行靜載荷試驗，根據(jù)工程實際情況，對加固后地基進行靜載荷試驗壓力加壓范圍為50kPa～450kPa，每增加50kPa 提高一個加載級別。1-3 號觀測點裝載完成后，測試結(jié)果統(tǒng)計如表1 所示。

表1 1-3 號測試點靜載荷試驗加載沉降表

注漿加固后，該工程既有建筑地基承載力特征值確定如表2 所示。

表2 注漿加固后地基承載力特征值

該工程中，注漿加固完成后，進行現(xiàn)場靜載荷試驗檢測結(jié)果顯示，三個試驗點最大沉降量分別為62.63mm、63.70mm、64.48mm，地基承載力特征值確定為207kPa。檢測結(jié)果顯示，該工程注漿加固完成后，住宅樓地基承載力能夠達到結(jié)構(gòu)正常使用標準。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，注漿技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，滲透注漿、壓密注漿等注漿理論也得到了廣泛認可。注漿加固技術(shù)是利用不同的注漿漿液，在土體孔隙或者巖體的裂隙中，按照一定的擴散規(guī)律，通過漿液與土體或巖體的結(jié)合，填實孔隙、裂隙，從而達到加固的目標。注漿加固技術(shù)主要反映出漿液、注漿施工工藝以及地質(zhì)情況之間的相互關(guān)系，對其深入研究，能夠為注漿技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用提供有效參考。在對既有建筑地基加固中，應(yīng)用注漿加固技術(shù)具有良好的效果。該工程中對城市老舊住宅樓建筑地基加固中應(yīng)用注漿加固技術(shù)進行了研究。通過合理選用注漿材料，科學(xué)配比，進行注漿試驗確定各項注漿施工參數(shù)，并按照相應(yīng)的施工工藝流程，加強施工質(zhì)量控制，完成住宅樓建筑地基注漿加固施工。同時，對注漿加固施工效果進行檢測，結(jié)果表明住宅樓地基采用注漿加固能夠使其達到地基承載力要求，具有良好的加固效果。