鋼管注漿地基處理方法的研究與應用

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。錨桿注漿技術從20世紀50年代應用于國外隧道工程，60年代引入我國開始一直主要應用于煤礦、礦山、隧道、水利等專業的巖體加固方面，到90年代又開始應用到基坑圍護加固工程當中。中空錨桿注漿是在加固巖土體內成孔后，在孔內放入錨桿，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，進而對松散破碎的巖土體起到加固作用［1-3］。壓密注漿技術起源于美國，20世紀50年代早期用于工程，90年代開始廣泛應用于世界各國。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間內，孔壓將逐漸消散，周圍土體被壓密而強度提高，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展程度及土層條件［2-6］。鋼管注漿通過結合兩種技術，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主要應用于臨港地區和浦東機場的厚填土和暗浜回填土地層加固工程中，經過前期項目當中的摸索，取得了較好效果，積累了一些經驗。

2 鋼管注漿的加固機理

鋼管注漿法采用在加固區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準。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加密同時加大注漿量，可使地基土更加均勻，差異沉降較小。按照地表均布荷載進行地坪沉降計算，該方法地坪沉降最小，主要原因是單樁分攤荷載較小，導致樁頂沉降小。

3 上海某倉庫地基處理工程概況

3.1 處理區建筑物概況

處理區域位于新建2層倉庫內，倉庫采用樁基礎，地坪荷載30 kPa，按設計地坪標高考慮，需在原場地標高基礎上再填墊1.5 m，相當于原地基加載 60 kPa，柱網間距為 12.0 m ×11.5 m，地坪厚度300 mm。注漿鋼管結構示意圖見圖1。

3.2 場地工程地質概況

場地淺部涉及地基處理的地層有:①1層素填土:明浜區域缺失;以粘性土為主，暗浜區土質松散不均。①2層浜土:局部分布;灰黑色淤泥，土質差。②層褐黃～灰黃色粉質粘土:局部缺失，壓縮性中等。③層灰色淤泥質粉質粘土:普遍分布;飽和，流塑，壓縮性高等。③t層灰色砂質粉土:普遍分布;飽和，松散～稍密，壓縮性中等。勘察報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2.50 m，以粘性土為主，夾雜有機質、貝殼碎屑，土質松散不均，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，土質差。

圖1 注漿鋼管結構示意圖

4 可用地基處理方法比選

根據以上地質條件，本場地對明浜需要進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，碾壓機械會對已完成工程樁的成品保護造成較大影響;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，土質差，壓密注漿難以對其有較好作用，且壓密注漿的擠土效應會對已施工工程樁有影響;鋼管注漿在鋼管側面等間距開孔，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中，增強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)根據勘察報告在現場對原暗浜、明浜、厚填土區域邊界和鋼管打設位置進行放樣。2)采用φ48 mm，壁厚3.2 mm Q235鋼管，長度6.0 m，壓入地表，壓入鋼管時應保證垂直度，垂直度偏差小于1%，鋼管應連續壓入。3)注漿鋼管頂部設置300 mm厚C30混凝土地坪，內配雙層雙向Φ10@150鋼筋。注漿鋼管頂端應錨入底板50 mm。4)鋼管可選擇單節或分兩節，分兩節時采用綁條焊連接，綁條采用3Φ16鋼筋，長度20 cm，與上下節鋼管雙面滿焊，焊縫高度3.0 mm，鋼管對接接口處應用焊縫填滿。鋼管側壁每50 cm對稱鑿開兩個直徑為5 mm～8 mm注漿孔，注漿孔位置設置倒刺。5)水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，應新鮮干燥無結塊。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，然后利用鋼管上預先設置的注漿孔分段注漿。注漿順序從管底向外分段進行，最后封孔，注漿壓力大于0.6 MPa，并根據試驗注漿結果調整。注漿體強度不低于12 MPa，3 d不低于6 MPa。

6 技術經濟效果

通過載荷板試驗，處理前暗浜和厚填土區域平均地基承載力特征值為90 kPa，處理后達到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時最大沉降量132 mm，最小為108 mm。可見在技術角度鋼管注漿法具有較高的可靠性，滿足建筑物設計要求。

7 結論和建議

1)結論。a.在分布有填墊暗浜和厚填土等不良地質條件的情況下，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，可以用鋼管注漿法進行地基處理。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.大面積施工前應選取有代表性區域進行現場試驗，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.注漿過程中應對周圍基礎承載進行沉降觀測，以確定注漿對周圍結構物影響，根據監測結果調整注漿。

［1］中國巖石力學與工程學會巖石錨固與注漿技術專業委員會.錨固與注漿技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，1999.

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

［3］馮旭海.壓密注漿作用機理與頂升效應關系的研究［Z］.煤炭科學研究總院，2003.

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

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

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