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。從我國城市化建設初期至今，老舊城區大量建筑物使用年限已經接近或達到設計基準期，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、對周圍環境干擾程度低、施工工期短、工藝簡單、適用范圍廣泛等優勢[2]。因此，注漿加固施工工藝廣泛應用于既有建筑地基加固中，其應用優勢顯著，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實意義。

1 工程概況

該工程為某市老城區一住宅小區樓，該樓為地上四層，地下一層磚混結構，毛石砌筑基礎，長51.20m，寬13.10m，建筑面積1556m2。由于自來水管爆裂，導致大量水涌入住宅樓基礎下部，出現墻體開裂情況且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，相變為粉質黏土，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，力學性質良好，是建筑持力層和受力層。

經鑒定，該住宅樓未設置圈梁、構造柱并且砂漿強度不能達到要求，建筑完好的狀態下部分構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，也是導致墻體發生開裂的主要原因。

根據《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。待沉降穩定后，對上部主體結構進行加固，同時增強抗震構造[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，對注漿加固施工質量具有關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、低強度化學漿；工藝技術可以選用滲透注漿、電動化學注漿、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、高強度化學漿；工藝技術科選用脈狀注漿、電動化學注漿、高噴注漿；漿液類型包括水泥漿、環氧漿、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，從而出現不均勻沉降。因此，通過科學比選方案，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，水泥漿逐漸凝結硬化，與土壤結合形成大型高強度固結體。在滲透性方面，水泥漿與土體固結后，固結體的滲透性會大大降低，在該工程中，在注漿深度范圍內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，合理取值應在1.0。

3 確定注漿參數

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，使其達到預定的范圍，注漿壓力能夠有效克服水泥漿的內部摩擦力和內聚力以及注漿導管、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構造成不良影響。因此，需要根據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—注漿次序相關系數，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，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，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；注漿結束后的儲層壓力大于注漿前的壓力；注漿壓力控制根據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，工藝技術選用滲透注漿，根據滲透注漿理論公式（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（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，設置孔間距為1.5m～2.0m，位置在地基外側，根據成孔過程實際情況，若遇障礙物則可適當移位。孔底進入角礫層頂面，孔深度隨其層面變化而變化。現場成孔施工中，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當用水泥袋包裝好，避免發生受潮結塊等情況，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，采用質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，水泥漿攪拌時間應當不低于1min，若為普通混合機，則應當延長時間在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，水泥漿液應當隨用隨制，避免放置過長時間。

4.2.2 注漿施工參數確定

利用設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，主要技術參數：根據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；注漿中上拉、下鉆高度在0.5m 左右；注漿過程持續進行，按照跳孔間隔注漿，確定注漿順序，施工順序為先外圍后內部；施工中，加強對周邊建筑物、地下管線等監控，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。當注漿壓力、注漿量超出規定標準，或注漿孔周圍地面隆起，泥漿發生流動情況出現時，應立即終止注漿。

4.3 施工準備

4.3.1 技術準備

首先，施工方同監理方、業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；技術人員進行施工設計圖分析，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，在施工方案中根據檢驗情況標注施工重難點，結合工程實際制定應對方案。再次，施工前結合具體施工操作關鍵點和難點，嚴格控制技術質量，規范強化技術要點。最后，編制預算施工圖，對施工涉及人員、材料、設備等成本費用進行計算，對施工過程進行科學管控。

4.3.2 施工人員、材料及設備準備

該工程中，組織5 個施工小組，根據施工進度依次進場。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。材料及設備由施工組織根據實際情況進行準備，其中，按照施工計劃方案及預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；施工前做好向有關部門的申請，確保施工機械及設備可以及時到位。

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，裂隙發育，具有較強的滲透性。因此，根據實際情況確定注漿孔位置間距在平面規劃中為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，根據現場地質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。孔徑滿足注漿管要求，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，需要注意注漿持續進行。按照相應的注漿施工參數要求進行注漿，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置1 個測試點。根據工程施工設計規范，進行跳孔注漿灌注，按照孔洞從外向內間隔灌注，一般按照間隔2～3 個鉆孔順序灌注，根據現場實際條件分析，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冰；注意場內運輸通道通常，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。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，并鋪設材料，室內可以開通暖氣。總之，在冬季注漿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，水泥漿與土壤結合固化情況良好。在地基加固范圍內選取三個觀測點進行靜載荷試驗，根據工程實際情況，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，測試結果統計如表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，進行現場靜載荷試驗檢測結果顯示，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構正常使用標準。

5 結語

現階段，注漿技術在工程建設領域的應用已經十分廣泛，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，按照一定的擴散規律，通過漿液與土體或巖體的結合，填實孔隙、裂隙，從而達到加固的目標。注漿加固技術主要反映出漿液、注漿施工工藝以及地質情況之間的相互關系，對其深入研究，能夠為注漿技術的科學應用提供有效參考。在對既有建筑地基加固中，應用注漿加固技術具有良好的效果。該工程中對城市老舊住宅樓建筑地基加固中應用注漿加固技術進行了研究。通過合理選用注漿材料，科學配比，進行注漿試驗確定各項注漿施工參數，并按照相應的施工工藝流程，加強施工質量控制，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。