袖閥管分層注漿技術在軟土地基中對樁基水平承載力的影響研究

楊 亮

(上海寶冶集團有限公司，上海 201900)

1 引 言

淤泥作為填海工程中的主要填料，深受工期和管理方式的制約[1]，軟土地基在短期加固的處理方式下往往達不到效果[2]，固結沉降周期長，效果不可控，在基礎施工時部分淤泥質土層的性質仍較差，當遭受擾動時，其各項物理力學指標下降較快[3]。

袖閥管注漿技術是法國Soletanche公司研發(fā)一種地基加固處理方法，國內從20世紀90年代開始將該技術廣泛應用于建筑地基土體處理的加固工程中[4]，國內外許多專家學者已對此進行了研究。Fei Sha[5]等通過注漿模擬試驗，得出了注漿時土體和漿液之間的作用機理。Stuart Morgan[6]等根據試驗結果，得出了對土層進行注漿時注漿參數對漿液擴散的影響程度。王生[7]等針對高鐵的路與橋的轉換區(qū)域，利用袖閥管注漿技術進行加固處理，其有效地完善了袖閥管注漿技術的工法，并確定其實用價值。邵羽[8]等采用袖閥管注漿技術對拱座基礎中的飽和砂卵石層進行加固處治，試驗結果表明，袖閥管注漿技術可以顯著提高卵石層的摩擦性能和承載性能。張浩[9]等驗證了模袋袖閥管注漿膨脹構造的止?jié){巖盤可以有效對漿液擴散起到控制作用，并達到了預期的注漿效果。孫國慶[10]等利用剛性袖閥管束注漿新技術，成功地解決了胡麻嶺隧道中砂層成孔性差、漿液擴散困難等技術難題，驗證了剛性袖閥管束注漿技術的可行性。

2 工程概況

廈門新會展中心項目地上建筑面積33萬m2，地下建筑面積20.82萬m2，其場地布置在沿海周邊，部分地基是由填海造陸形成的。由于填海地基中存在大面積的淤泥層，且其余各土層性質復雜，作為典型的大跨空間結構，其軟土地基處理尤為重要。試驗樁基地層圖如圖1所示。

圖1 試驗樁基地層圖

工程采用PHC-AB型預應力預制管樁，樁尖采用閉口型樁尖，樁徑D為500mm、600mm和700mm。持力層為中粗砂層，樁端進入持力層深度不小于2m。由于試樁時樁基水平承載力不滿足設計要求，現對建筑工程內展館位置的PHC-700-130-AB管樁周圍土體進行袖閥管注漿加固，通過對樁基水平承載力的檢測反映袖閥管分層注漿技術對軟土地基的加固效果。

3 袖閥管分層注漿技術與試驗方案

3.1 袖閥管注漿技術原理

袖閥管注漿技術是利用注漿泵將水泥漿加壓，通過密封的注漿器注入到袖閥管中，環(huán)繞在管外的橡膠管因注漿壓力而打開，管外的套殼料因管內注漿壓力過大而快速破碎，漿液泵入到受注的地層內。袖閥管的橡膠管保護套可以有效防止?jié){液回流，同時當袖閥管外的漿液壓力大于管內的漿液壓力時，橡膠管會主動閉合，防止水泥漿產生回流[11]，如圖2所示。

圖2 注漿前剖面圖

3.2 袖閥管注漿技術的儀器及原料

現場選用PVC袖閥管和不銹鋼注漿器。PVC袖閥管直徑28mm、厚度2.5mm， 構造主要包括PVC管、 橡膠管、 出漿孔和袖閥管堵頭等。不銹鋼注漿器構造包括輸漿管、上端阻漿塞、出漿孔和下端阻漿塞等，如圖3所示。

圖3 袖閥管注漿儀器詳圖

在袖閥管注漿加固土層的過程中，影響注漿加固效果的因素有注漿參數、水泥漿和套殼料的性能等。因此，水泥漿和套殼料的配合比至關重要。工程選用建福牌42.5普通硅酸鹽水泥和閩高牌混凝土高效速凝劑。工程中套殼料水灰比為0.8，高效速凝劑摻量4%，注漿料水灰比取0.45～1.0。

3.3 袖閥管注漿的施工工藝及相關參數

袖閥管注漿法的施工工藝流程如圖4所示，相關參數如表1所示。

圖4 袖閥管注漿流程

表1 袖閥管分層注漿相關參數

(1)測量定位及鉆孔：注漿孔間距為1.35m，梅花形布置，漿液預估擴散半徑為1m，如圖5所示。采用全站儀或衛(wèi)星定位儀，根據施工設計要求確定鉆孔位置，定位后利用鉆孔機進行鉆孔。

圖5 注漿孔布置及噴漿范圍

(2)安插袖閥管：先對袖閥管的一端進行封口，為了防止下管過程中發(fā)生彎曲，需往管內注入一定量的水。

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(3)套殼料替換土漿：安插好袖閥管后，立刻將制配好的套殼料壓入孔內，替換孔中的土漿。發(fā)現上部涌出套殼料時，停止灌漿。靜置養(yǎng)護3天后進行下一道工序。

(4)注漿：待套殼料達到設計要求時，進行下一道工序，根據施工要求配置合適的注漿液，調整注漿速度以達到預期效果。

(5)封住袖閥管口，同時清理場地。

4 注漿加固效果驗證

4.1 試驗方案

試驗選用同一根樁對加固前后進行單樁水平靜載試驗，加固前對樁基X軸方向的水平承載力進行檢測，加固后對該樁Y軸方向的水平承載力進行檢測，以此來驗證袖閥管注漿對土體的加固效果。

試驗選用加載試塊作為反力裝置，試驗荷載通過一臺50t油壓千斤頂以0.4L/min速度進行施加。樁基承臺底面標高要與水平作用點一致，千斤頂水平作用力需通過樁身軸線。試驗荷載用0.4級精密壓力傳感器測讀，水平位移觀測采用兩支精度為0.01mm、量程為50mm的位移傳感器，單樁水平靜載試驗示意圖如圖6所示。

圖6 單樁水平靜載試驗示意圖

本試驗加載根據《建筑樁基檢測技術規(guī)范》的規(guī)定，采用單向多循環(huán)加載法，其分級荷載不大于樁基水平承載力的1/10。現場樁基設計最大水平試驗荷載為250kN，每級荷載增加25kN。每級荷載施加后，恒載4min后觀測其水平位移，卸載后停滯2min觀察其殘余水平位移。循環(huán)5次完成一級荷載的觀測，得到H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，對比加固前后的樁基H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，通過分析得到袖閥管注漿技術在軟土地基中對樁基水平承載力的影響程度。

4.2 注漿加固效果驗證

為驗證袖閥管分層注漿加固效果和淤泥層固結程度，對完成注漿加固并靜置3天后的位置進行開挖(如圖7所示)，觀察挖出的淤泥層土體水平截面和豎向截面，可以清楚地發(fā)現，淤泥土層上部和下部的注漿液擴散以滲透和壓密的形式為主，呈圓柱狀向四周擴散，中部漿液主要為劈裂形式進行擴散，土體中生成大量片狀生成物，生成物厚度在6～10mm左右，注漿液呈扇葉狀向四周擴散，范圍較廣。

(a)土體水平截面 (b)土體豎向切面

通過土體開挖發(fā)現，注漿液已達到預期的注漿范圍，注漿液已填充淤泥中的微小空隙，增大了其孔隙水壓力，使淤泥土層更加密實。片狀生成物使淤泥土體更加牢固，加快了其固結沉降速度，對土層起到壓密的效果，把軟弱的土體膠結成一個整體，對軟土地基加固有優(yōu)異的效果。

4.3 單樁水平靜載試驗結果

通過現場對試驗樁基進行單樁水平靜載試驗(現場試驗情況及檢測裝置見圖8)，得到H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，如圖9和圖10所示。

圖8 現場試驗情況及檢測裝置

圖9 H0-t-Y0曲線

圖10 H0-△Y0/△H0曲線

由圖9和圖10可知，土體采用袖閥管注漿加固前，在250kN循環(huán)加載作用下，樁頂標高處水平位移最高達到59.45mm。根據JGJ 106-2014規(guī)范，取設計樁頂標高水平處位移6mm所對應的荷載75kN的0.75倍作為樁基水平承載力特征值，計算結果為56.25kN。采用袖閥管分層注漿技術加固后，在250kN荷載的循環(huán)加載作用下，樁頂標高處水平位移只有9.94mm，是加固前位移量的1/6左右。取設計樁頂標高水平處位移6mm所對應的荷載150kN的0.75倍作為樁基水平承載力特征值，計算結果為112.5kN。加固后樁基的水平承載力特征值是加固前水平承載力特征值的2倍。

對比加固前后H0-△Y0/△H0曲線可知，加固前每級加載的位移梯度增長遠大于加固后每級加載的位移梯度，加固前位移增長趨勢明顯。通過分析可以發(fā)現，袖閥管分層注漿加固技術可有效提高軟土地基中樁基的水平承載力，為實際工程提供數據支持。

5 結 語

(1)在軟土地基中采用袖閥管分層注漿技術，樁基水平承載力特征值有了顯著提升，達到112.5kN，是加固前樁基水平承載力特征值的2倍。

(2)注漿壓力為0.2MPa～1MPa、水灰比為0.45～1、注漿間距1.35m的注漿條件下，土體主要通過滲透作用、壓密作用與劈裂作用進行改性，從而有效提高樁基的水平承載力。

(3)通過對比H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線可以發(fā)現，加固前后相同荷載下，樁頂標高處水平位移差值相差較大，體現出袖閥管分層注漿技術可以大幅度地加固土體，從而提高樁基的水平承載力，為今后的實際工程提供了依據。