深基坑施工中注漿加固技術及應用研究

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，周邊區域歷史底蘊深厚，賓館林立，商業繁榮，文化發達，環境優雅。沿線有瑞金賓館、瑞金醫院、高級商務樓、住宅區以及繁華的打浦橋商業中心，地理位置十分重要。該工程主要建設內容為：在已建成的肇嘉浜路排水系統一期工程中該路段排水干管（φ2 400～φ2 700）上新建特殊井3座，設置部分連通管與雨水口，連通支管管徑為φ1 200～φ1 500。建設范圍內地下管線較多，基坑周邊環境復雜，某些部位與周邊建、構筑物較近需保護，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。根據周邊環境情況及管道埋深，特殊井均采用鉆孔樁+旋噴樁作為基坑開挖的圍護結構，排管中五段排管溝槽維護采用鋼板樁+旋噴樁作為溝槽開挖的圍護結構。在深基坑開挖施工中，為了減少支護結構變形，可在壁后采用注漿充填法進行加固，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、水文地質及地震

2.1 工程地質

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層灰色淤泥質粉質黏土、③2層灰色黏質粉土、③3層灰色淤泥質黏土、④1層灰色淤泥質黏土。表2為天然地基設計參數表。

2.2 水文地質

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，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.1 g，構筑物抗震設防烈度為7度。

表2 天然地基設計參數一覽表

3 注漿加固

注漿技術就是利用送壓設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，使其擴張膠結、固化，以降低地層的滲透性，增強地層強度，防止地基沉降、變形的處理技術[4]。

壓密注漿技術具有施工機具輕便靈活、施工方便、作業面小、耗能低、振動小、噪聲小、施工效率高等優點，同時，注漿的壓力和流量可根據工程需要進行控制和調節，可以縮短工期，保證工程質量達到設計標準，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設計位置，成樁一定時間后(1～3 d)實施壓漿，高壓漿液對樁端或樁側土體產生劈裂、滲擴及壓密加固作用。實踐表明，后壓漿技術的應用可使常規樁的承載力提高30%以上，同時，可以改善樁土相互作用關系，有效發揮樁身材料強度，大大提高深基坑施工安全系數。樁后壓漿按壓漿部位不同，可分為樁側壓漿和樁端壓漿；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后進行。注漿過早，會導致因樁身混凝土強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度區而使漿液流向遠處礫石層。不過，實際工程中可在成樁7～25 d內注漿[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。根據該工程特點及地質條件，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、性能穩定，但是注漿操作過程中容易產生堵管、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的重要依據之一。

一般情況下，壓水過程中有兩個控制指標，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。

壓水量控制要根據注漿管的容量，當注水量大于注漿預埋管的容量后，就要立即停止注水，除非此時樁體的混凝土強度已經很高。開塞壓力一般控制在8 MPa以下。當注漿壓力突然減小而注水仍在繼續時，說明單向閥已經打開。

沖水時間是開塞的另一個關鍵問題，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，用于加固預定范圍的周邊地帶；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)的灌注對已經注入的漿體起脫水作用。

在樁底可灌性的不同階段，調配不同濃度的注漿漿液，并采用相應的注漿壓力，才能做到將有限漿量送達并駐留在樁底有效空間范圍內。漿液濃度的控制原則一般為：依據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，以防漿液作無效擴散。在實際工程應用中，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有關。一般情況下，注漿的穩定壓力在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。漿液的擴散半徑與灌漿壓力的大小密切相關，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孔隙張開，有助于提高可灌性。當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，使漿液結合體的強度得到提高。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、初始應力、鉆孔深度、漿液濃度、灌漿次序等有關。綜上所述，注漿量與注漿壓力的確定應通過試驗來定，但這些因素是難以準確預知的，故通常只能根據現場試驗來確定[3]。

3.1.7 注漿節奏

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，在注漿過程中還需掌握注漿節奏，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漿液沿樁周上冒現象，此時應在注入到冒漿后暫時停止一下，待樁周漿液凝固后，再施行補注漿，經過反復補注，這樣可以達到設計要求的注漿量。

3.1.8 注漿順序

對樁位圖上同一承臺或附近的樁要進行跳樁式注漿，即隔樁進行注漿，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 注漿后的保養齡期

所謂注漿后的保養齡期，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 肇嘉浜路口環境及基坑監測數據

4 采用圍護及注漿加固后周圍環境及基坑監測報表數據對比

數據對比見表3。

5 結語

結合瑞金二路（復興中路—肇嘉浜路）排水管道完善工程實際情況，進行了注漿方案設計，總結了樁后注漿技術的施工工藝。實踐表明，采用樁后壓漿加固技術的經濟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：中國地質大學出版社，2000.

[2]郭志業，陳運榮.水泥灌漿對地基土和樁基進行加固補強[A].中國土木工程學會第八屆土力學及巖土工程學術會議論文集[C]，1999.

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

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