改進(jìn)型袖閥管注漿在黃河沖積層地基加固中的應(yīng)用

孫艷，辛強(qiáng) ，陳佃浩*，張學(xué)正

(1.山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024；2.山東建勘集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省基坑與邊坡工程研究中心，山東 濟(jì)南 250031)

0 引言

濟(jì)南地區(qū)黃河沖積地層主要由粉土與粉質(zhì)黏土組成，屬軟土地層[1-5]。該地質(zhì)條件下建筑采用獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，常因勘察失誤、設(shè)計(jì)不當(dāng)或工程條件改變等因素，引起后期地基不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形開裂。此時(shí)，需對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固，消除隱患。

目前常用的建筑地基加固方法有擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積法、錨桿靜壓樁法、樹根樁法、石灰樁法、注漿加固法[6-9]。其中注漿加固法原理簡(jiǎn)單，施工方便，技術(shù)成熟，應(yīng)用最為廣泛。而且地基基礎(chǔ)加固中多采用袖閥管分段注漿方法。

我國的袖閥管注漿工藝是在法國Soletanche基礎(chǔ)工程公司于20世紀(jì)50年代發(fā)明的索列坦修工法的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展[1]。多年來，袖閥管注漿工藝被廣泛應(yīng)用于建筑地基加固、土體改性、煤礦巷道支護(hù)、橋梁基礎(chǔ)加固、基坑支護(hù)、路基治理等各個(gè)領(lǐng)域，并表現(xiàn)出良好的適用性[10-22]。

1 改進(jìn)型袖閥管設(shè)備

1.1 袖閥管注漿原理

傳統(tǒng)的袖閥管注漿技術(shù)中，分段注漿時(shí)在注漿芯管底部設(shè)注漿器，注漿器的上下兩端設(shè)密封圈，密封圈將注漿器和袖閥管之間的縫隙封閉，在兩者之間形成封閉區(qū)域。注漿時(shí)，漿液通過注漿芯管進(jìn)入注漿器和袖閥管之間的封閉區(qū)域，漿液達(dá)到一定壓力后，將袖閥管上的單向閥頂開，穿破套殼料進(jìn)入地層。

現(xiàn)有技術(shù)方案中，注漿器上的密封圈多為橡膠密封圈，且上下各有2個(gè)以上，僅依靠橡膠的彈性將注漿器和袖閥管之間的縫隙封閉。該方法靠密封圈和袖閥管之間的擠壓實(shí)現(xiàn)密封，但密封圈和袖閥管之間的擠壓力過大時(shí)，注漿器下放和提升困難，且密封圈磨損速度快；而密封圈和袖閥管之間的擠壓力過小時(shí)，密封效果差，漿液可能從密封圈位置泄露，導(dǎo)致注漿壓力過小而無法沖破袖閥管上的單向閥和套殼料，分段注漿失敗。

1.2 袖閥管改進(jìn)

在現(xiàn)有袖閥管注漿器的基礎(chǔ)上增加拉桿喇叭橡膠墊、橡膠筒和限位管(圖1)。拉桿位于注漿器和注漿內(nèi)管的內(nèi)側(cè)，其下部與限位管相連，通過上提和下放拉桿可控制喇叭橡膠墊和橡膠筒的擠壓與松弛，解決傳統(tǒng)袖閥管上下密封圈磨損嚴(yán)重且無法提供較大壓力的缺點(diǎn)。

圖1 改進(jìn)型袖閥管設(shè)備

改進(jìn)型袖閥管設(shè)備[23]使用方法為： 注漿孔成孔， 孔內(nèi)灌注套殼料， 下放袖閥管， 逐節(jié)下放注漿器、拉桿與注漿內(nèi)管。 使注漿器上口緊貼在限位管外側(cè)，管底拉桿接頭卡在管底接頭上，將注漿頭提起，使注漿器上口邊沿不會(huì)在限位管上脫出； 將注漿器下到注漿孔最低端，用鉗子捏住拉桿頂端的方形頭，擰緊螺絲帽，使拉桿上提； 拉桿帶動(dòng)注漿器上移，注漿器上部的喇叭橡膠墊和下部的橡膠筒被擠壓外擴(kuò)與袖閥管的內(nèi)壁貼緊，使注漿頭與袖閥管之間形成封閉空間； 待套殼料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始注漿； 漿液經(jīng)過注漿內(nèi)管進(jìn)入注漿器，并從出漿口進(jìn)入注漿器與袖閥管之間的封閉空間，壓力達(dá)到一定值后，漿液橫向沖破袖閥管上的單向閥和套殼料進(jìn)入地層； 待該段地層注漿完畢后，松開螺絲帽，使注漿器上部的喇叭橡膠墊和下部的橡膠筒恢復(fù)原形，上移注漿器到設(shè)計(jì)位置進(jìn)行下一步注漿，直至注漿完成。

1.3 改進(jìn)型袖閥管的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的袖閥管依靠止?jié){塞自身的彈性與袖閥管內(nèi)壁貼合，形成密閉空間，可提供的注漿壓力有限；而改進(jìn)型袖閥管注漿器通過擰緊密封螺母上提拉桿，依靠持續(xù)的外力將橡膠筒與喇叭橡膠墊通撐開，形成密閉空間，可提供的更高的注漿壓力。

傳統(tǒng)的袖閥管上提注漿器時(shí)，止?jié){塞與袖閥管內(nèi)壁始終貼合在一起，導(dǎo)致止?jié){塞磨損速度快，壽命短；而改進(jìn)型袖閥管上提注漿器時(shí)，拉桿處于松弛狀態(tài)，橡膠筒與喇叭橡膠墊復(fù)位，與袖閥管內(nèi)壁脫開，幾乎不存在磨損問題。

2 工程概況

2.1 地質(zhì)概況

濟(jì)南市某住宅項(xiàng)目地處黃河沖積平原地貌單元。各巖土層特性及分布自上而下為：

(1)回填土:基礎(chǔ)及地下室施工完畢后，基坑回填素土夯實(shí)。

(2)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰褐色,流塑,干強(qiáng)度及韌性中,稍有光澤,含少量植物根系及腐殖質(zhì),具腥臭味,見貝殼螺母碎屑，平均厚度2.06m。

(3)層黏土：黃褐色,可塑,無搖振反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質(zhì)氧化物，平均厚度1.45m。

(4)層粉土：褐黃色,局部淺灰色,稍密,濕,搖震反應(yīng)迅速,干強(qiáng)度及韌性低,無光澤,含云母片,具銹染,局部夾薄層粉砂及黏土，平均厚度4.38m。

(5)層黏土：黃褐色,局部灰褐色,可塑,無搖振反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質(zhì)氧化物。平均厚度1.14m。

(6)層黏土：褐黃色,局部灰褐色,可塑,無搖振反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質(zhì)氧化物, 平均厚度1.77m。

(7)層粉質(zhì)黏土：灰黑色—淺灰色,可塑,無搖振反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性中等,稍有光澤,含少量鐵錳質(zhì)氧化物,混少量小徑姜石，平均厚度4.34m。

場(chǎng)區(qū)賦存地下水，地下水形態(tài)類型主要為第四系孔隙潛水。場(chǎng)區(qū)地下水主要靠大氣降水及黃河側(cè)滲補(bǔ)給，排泄方式主要為農(nóng)業(yè)開采、蒸發(fā)以及地下徑流。地下水位在2.63～3.25m 之間。

2.2 工程概況

該工程商業(yè)裙房采用獨(dú)立基礎(chǔ)。主體施工完成后，因鄰近基坑降水導(dǎo)致獨(dú)立基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，造成室內(nèi)墻體開裂?，F(xiàn)場(chǎng)采用袖閥管注漿法對(duì)現(xiàn)有柱下獨(dú)立基礎(chǔ)下方及周邊土體進(jìn)行加固處理。

3 注漿加固設(shè)計(jì)方案

采用袖閥管注漿對(duì)既有基礎(chǔ)地基進(jìn)行加固。加固范圍為3個(gè)主樓裙房基礎(chǔ)，共計(jì)獨(dú)立柱基39根，沿每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)邊緣均勻布置8～10個(gè)注漿孔。

成孔直徑110mm，成孔深度為進(jìn)入柱下獨(dú)立基礎(chǔ)底板下4m。注漿段為底板下4m范圍內(nèi)。水泥漿采用P·O42.5水泥，水灰比1∶0.6～1∶1，注漿壓力1.0～1.5MPa，單米注漿量750kg/m。套殼料配料比(水泥∶膨潤土∶水)為1∶1.5∶4.5。

4 注漿施工

4.1 施工概況

注漿施工初期使用傳統(tǒng)袖閥管注漿施工，注漿施工數(shù)個(gè)孔后，頻繁出現(xiàn)注漿壓力驟降且孔口冒漿現(xiàn)象。該注漿器依靠皮碗、橡膠圈與袖閥管內(nèi)壁的彈性接觸形成密閉空間，來實(shí)現(xiàn)分段注漿。皮碗、橡膠圈與袖閥管內(nèi)壁頻繁摩擦而磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致其密閉性變差，無法為漿液提供足夠的封閉壓力。漿液無法沖破套殼料或地層，轉(zhuǎn)而流向更加薄弱的皮碗一側(cè)，導(dǎo)致漿液從孔口溢出。為提高注漿效率與質(zhì)量，將注漿設(shè)備改為了改進(jìn)型袖閥管設(shè)備，注漿效率得到了顯著提升，注漿壓力無法施加和孔口冒漿的概率大幅減小。

4.2 試驗(yàn)分析

在注漿試驗(yàn)階段，分別選取10個(gè)傳統(tǒng)型袖閥管和改進(jìn)型袖閥管，繪制其在單個(gè)注漿段內(nèi)注漿壓力隨時(shí)間的變化曲線(圖2)。

圖2 袖閥管注漿壓力與時(shí)間關(guān)系曲線

由圖2可知，漿液進(jìn)入土層之前會(huì)經(jīng)歷2個(gè)峰值，分別為漿液沖破單向閥時(shí)以及漿液沖破套殼料時(shí)。漿液進(jìn)入土層后，壓力隨時(shí)緩慢上升并逐漸穩(wěn)定，直至本段注漿結(jié)束。

傳統(tǒng)型袖閥管與改進(jìn)型袖閥管試驗(yàn)最大注漿壓力與用時(shí)情況如表1、表2所示。

表1 傳統(tǒng)型袖閥管最大注漿壓力與用時(shí)情況

表2 改進(jìn)型袖閥管最大注漿壓力與用時(shí)情況

由表1可知，采用傳統(tǒng)型袖閥管時(shí)，有7個(gè)試驗(yàn)對(duì)象出現(xiàn)注漿壓力驟降現(xiàn)象，且其中有4個(gè)是漿液在袖閥管內(nèi)部溢出，2個(gè)是漿液在袖閥管與孔壁之間溢出，1個(gè)是漿液在相臨注漿孔溢出；采用改進(jìn)型袖閥管時(shí)，3個(gè)試驗(yàn)對(duì)象出現(xiàn)注漿壓力驟降現(xiàn)象，且其中1個(gè)是漿液在袖閥管與孔壁之間溢出，2個(gè)是漿液在相臨注漿孔溢出。由此可知，采用改進(jìn)型袖閥管時(shí)，漿液驟降和孔口返漿幾率大大降低，且密封圈與袖閥管管壁跑漿的問題得到徹底解決。

此外，采用改進(jìn)型袖閥管時(shí)，其漿液沖破單向閥和套殼料的速度更快，平均最大注漿壓力達(dá)到了1.69MPa，是傳統(tǒng)型袖閥管的1.3倍。單段注漿平均用時(shí)為6.22分鐘，比傳統(tǒng)型袖閥管節(jié)省了22%。

5 結(jié)論

(1)本工程注漿施工完成后，地基沉降得到有效控制，說明改進(jìn)型袖閥管在濟(jì)南黃河沖積層地區(qū)建筑地基加固中應(yīng)用效果良好。

(2)與傳統(tǒng)型袖閥管相比，改進(jìn)型袖閥管的最大注漿壓力提高了1.3倍，注漿時(shí)間節(jié)省了22%。

(3)采用改進(jìn)型袖閥管后，漿液驟降和孔口返漿幾率大大降低，密封圈與袖閥管管壁跑漿的問題得到徹底解決。