綜合注漿法的加固與應(yīng)用

綜合注漿法在建筑物地基加固中的應(yīng)用摘要：為改善地基承載力或變形要求，常需對(duì)既有建筑物進(jìn)行地基加固。本文結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和研究成果，介紹了綜合注漿法的特點(diǎn)、施工方法、部分試驗(yàn)成果等，對(duì)類似地基加固工程有重要借鑒意義。關(guān)鍵詞：綜合注漿法；地基加固；應(yīng)用0前言改革開放以來，城市用地逐漸緊張，對(duì)于常出現(xiàn)的既有建筑物需要加層改造，或建筑用途改變需要增加荷載，而地基承載力和變形不能滿足要求；或者建筑物在使用過程中由于地基原因出現(xiàn)裂縫、傾斜而影響正常使用甚至危及建筑物安全的情況，可以采用綜合注漿法對(duì)既有建筑物進(jìn)行地基加固，使其可以滿足相關(guān)要求。我院（廣東省建筑科學(xué)研究院）加固的200多項(xiàng)工程充分證明了綜合注漿法是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、有效、安全、可行的加固新技術(shù)。1常規(guī)注漿方法簡(jiǎn)介注漿方法按常規(guī)可以分為高壓旋噴注漿法和靜壓注漿法兩大類，這兩種注漿方法都可以應(yīng)用在地基加固工程中，有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，詳見表一。常規(guī)注漿法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用土質(zhì)高壓旋噴注漿法靜壓注漿法方法漿液可控性好，固結(jié)體強(qiáng)度高，可以加固處理地基時(shí)漿液擴(kuò)散范圍大，對(duì)占定向定位，能形成連續(xù)的圓柱狀的旋砂礫石、砂卵石地層注漿效果好，注優(yōu)點(diǎn)噴樁體，直接承受上部荷載。適用土漿固結(jié)體強(qiáng)度較高，注漿漿液全部進(jìn)質(zhì)范圍大，在砂層中注漿效果尤佳。入地層中，漿液利用率高。高壓旋噴注漿法靜壓注漿法漿液只能在噴射破壞土體的極限范圍內(nèi)固結(jié)，擴(kuò)散范圍較小。漿液受噴射注漿漿液的可控性較差，不能定向定缺點(diǎn)流動(dòng)性的制約，水灰比較大，固結(jié)體位，易出現(xiàn)串漿及跑漿現(xiàn)象，漿液易收縮也較大。對(duì)卵礫石地基及含有大流失到加固區(qū)域以外的地方。量纖維質(zhì)的腐殖土注漿效果較差。適用土仍*工好好工汩咆好碧工刮皿、和中粗砂及砂礫石，破碎巖石與卵礫石，砂類土、粘性土、濕陷性黃土和淤泥質(zhì)軟粘土和濕陷性黃土2綜合注漿法工藝綜合注漿法是將高壓旋噴注漿法和靜壓注漿法進(jìn)行時(shí)序結(jié)合可以發(fā)揮以上兩種注漿技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一種新型地基加固方法。其工藝流程是：利用質(zhì)檢鉆孔、預(yù)埋孔或?qū)Ｊ┿@孔，先用高壓水沖洗虛土或沉渣以擴(kuò)孔，再用高壓旋噴注漿形成樁體，最后應(yīng)用靜壓注漿增強(qiáng)旋噴效果，擴(kuò)散加固漿液，防止固結(jié)收縮，消除注漿盲區(qū)，以保證旋噴固結(jié)體與承臺(tái)或樁底緊密連接。將綜合注漿法應(yīng)用在地基加固中，能充分發(fā)揮上述二種注漿加固方法各自的優(yōu)點(diǎn)，克服各自的缺點(diǎn)，從而達(dá)到最大的適用地層范圍和最佳的加固效果，保證加固的有效性和成功率。2.1綜合注漿法的加固機(jī)理綜合注漿法在既有建筑物地基加固中的加固機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：1）對(duì)于條形基礎(chǔ)下土層或承臺(tái)下群樁承載力低，可以根據(jù)需要在條形基礎(chǔ)或群樁承臺(tái)下面增設(shè)綜合注漿法形成的旋噴樁，這樣上部荷載由旋噴樁和地基土共同承擔(dān)，并將荷載傳遞到深部堅(jiān)實(shí)土層中去，保證了荷載傳遞均勻、有效，從而滿足了建筑物對(duì)承載力和變形的要求。2）在條形基礎(chǔ)或群樁承臺(tái)下面、樁底進(jìn)行高壓旋噴注漿，將原持力層中的軟弱層置換成具有較高強(qiáng)度的注漿固結(jié)體，從而改善持力層條件，提高地基承載力，控制變形。3）通過對(duì)旋噴注漿后的軟弱持力層進(jìn)行靜壓注漿，漿液發(fā)揮滲透、劈裂和擠密作用，可以擴(kuò)大注漿范圍，使注漿固結(jié)體與條形基礎(chǔ)或群樁承臺(tái)、樁底緊密結(jié)合，從而使持力層整體強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，以提高地層或樁端承載力。在樁端持力層注漿時(shí)固結(jié)體還可以形成擴(kuò)大頭，增大樁端受力面積。4）采用綜合注漿法可以大幅提高旋噴樁或既有樁的樁側(cè)摩阻力。綜合注漿法加固時(shí)漿液在壓力作用下從樁端沿樁側(cè)向上流動(dòng)，通過滲透、劈裂、充填和擠密將置換和填充樁側(cè)空隙，膠結(jié)后與樁結(jié)合緊密，并在樁側(cè)形成硬皮和脈狀結(jié)石體，相當(dāng)于擴(kuò)大了樁徑，使樁承載力大為提高。2.2綜合注漿法的特點(diǎn)1）綜合注漿法適用地層范圍廣，既適用于加固滲透性大的砂卵石層、基巖裂隙，又可適用于滲透性較差的填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和粉細(xì)砂層，還可以用來加固溶巖地層的土洞、溶洞及溶蝕裂隙。2）綜合注漿法適用工程范圍廣，既可以加固既有建筑物的條形基礎(chǔ)下地基，還可以用來加固樁底沉渣等軟弱土層。3）綜合注漿法漿液擴(kuò)散范圍大，不僅對(duì)高壓噴射流噴射破壞土體的極限范圍之內(nèi)土體進(jìn)行置換加固，而且對(duì)噴射破壞土體的極限范圍之外的土體以充填、滲透、擠密和劈裂等方式進(jìn)行注漿加固，在成樁的同時(shí)對(duì)地基土有灌漿加固和置換作用。4）綜合注漿法可以定向定位，能形成連續(xù)的圓柱狀的旋噴樁體，與原基礎(chǔ)承臺(tái)或樁體結(jié)合緊密，可以直接承受上部荷載，承載力較高。其固結(jié)體強(qiáng)度較高并可根據(jù)設(shè)計(jì)需要通過改變工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。5）綜合注漿法施工簡(jiǎn)便，鉆孔施工口徑較小，施工機(jī)具適合既有建筑物狹窄和低矮的現(xiàn)場(chǎng)施工，可以不開挖基礎(chǔ)，對(duì)基礎(chǔ)和地面破壞小，施工時(shí)基本無噪聲，甚至可以不影響正常生產(chǎn)。6）綜合注漿法可以調(diào)節(jié)漿液凝固時(shí)間，施工期間建筑物附加沉降小，成功率高，耐久性好，經(jīng)濟(jì)可行。2.3綜合注漿法的施工工序（示意圖見圖1、圖2）1.注漿鉆孔施工2.建立孔口注漿裝置3.高壓旋噴成樁4.靜壓補(bǔ)漿5.封孔圖1綜合注漿法加固既有建筑物條基或承臺(tái)下地基施工工序1）注漿鉆孔施工：先采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆穿既有建筑物原基礎(chǔ)或承臺(tái)，然后選擇地質(zhì)鉆機(jī)或高壓旋噴鉆機(jī)鉆孔到設(shè)計(jì)深度。一般以土層和強(qiáng)風(fēng)化層作為注漿持力層時(shí)可以采用高壓旋噴鉆機(jī)鉆進(jìn)，以卵礫石層和中風(fēng)化以上巖層作為注漿持力層時(shí)需采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆至終孔。鉆孔孔徑為一般開孔為101mm，終孔為91mm，垂直度保證＜1%，并需采取必要措施保證鉆孔不跨孔不堵塞。2）建立孔口灌漿裝置:注漿鉆孔施工完成以后，在注漿孔口建立注漿裝置?？卓诠酀{裝置需滿足靜壓灌漿要求，又需滿足高壓旋噴注漿管可以從其中下鉆的要求。3）高壓旋噴注漿：孔口注漿裝置埋設(shè)1~2天后，先采用高壓旋噴注漿方式進(jìn)行旋噴注漿，將注漿管分段下入孔底，每段注漿鉆桿需連接緊密并采用麻絲密封。噴射注漿從下而上，在既有建筑物地基基礎(chǔ)加固中為減少附加沉降，一般采用單管旋噴注漿方式，旋噴時(shí)采用不噴水直接噴漿一遍的方式。在底部和頂部需增加復(fù)噴次數(shù)。為加速漿液凝固，可以采用先噴一遍水泥漿液后噴射一遍水玻璃的方式進(jìn)行旋噴。1.注漿鉆孔施工2.建立孔口注漿裝置3?高壓噴水?dāng)U孔4.高壓旋噴成樁5.靜壓補(bǔ)漿6.封孔圖2綜合注漿法加固既有樁端軟弱土層施工工序4）靜壓注漿：高壓旋噴注漿結(jié)束后，利用孔口注漿裝置封住孔口進(jìn)行靜壓注漿。注漿開始時(shí)采用較稀的漿液和較低的注漿壓力，隨后逐漸增加漿液濃度和注漿壓力，直至設(shè)計(jì)注漿量和注漿壓力為止。必要時(shí)，在漿液終凝前可進(jìn)行多次灌注。5）封孔：注漿結(jié)束后，若注漿孔口冒漿，需對(duì)孔口進(jìn)行封閉處理，防止?jié){液流出。若注漿結(jié)束后孔內(nèi)漿液有流失需補(bǔ)灌漿液到注漿孔內(nèi)漿液飽滿為止。3綜合注漿法的部分試驗(yàn)成果3.1純水泥漿的基本性能所謂純水泥漿是指不包括附加劑，只有水泥和水調(diào)制而成的漿液，有關(guān)室內(nèi)純水泥漿性能的試驗(yàn)結(jié)果如表二所示：表二純水泥漿的基本性能粘度凝膠時(shí)間抗壓強(qiáng)度（Mpa）密度妊n水灰比(X/初凝終凝率％3d7d14d28d10-3Pa.s)g/cm30.5:11391.867h41min12h36min994.146.4615.3022.000.75:1331.6210h47min20h33min972.432.605.5411.271:1181.4914h56min24h27min852.002.402.428.901.5:1171.3716h52min34h47min672.042.331.782.222:1161.3017h7min48h15min561.662.562.102.80從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著水灰比的增大，水泥漿的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度等都有十分明顯的降低，初凝、終凝時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。綜合注漿法注漿漿液受噴射流動(dòng)性的制約采用純水泥漿時(shí)，噴射常用水灰比為1:1,靜壓注漿常用的水灰比為0.7:1~1:1。表三相同噴射參數(shù)在不同土層條件下固結(jié)體直徑土層平均標(biāo)貫噴射壓力提升速度固結(jié)體平均土層平均標(biāo)貫噴射壓力提升速度固結(jié)體平均名稱擊數(shù)（擊）(Mpa)(cm/min)直徑化m）名稱擊數(shù)（擊）(Mpa)(cm/min)直徑(cm)人工填土4202033人工填土4252065淤泥1202065淤泥1252075淤泥質(zhì)土2202062淤泥質(zhì)土2252070粘土5202045粘土5252051粉質(zhì)粘土7202048粉質(zhì)粘土7252054粉細(xì)砂土17202055粉細(xì)砂土17252060中粗砂土14202048中粗砂土14252053殘積粉土13202041殘積粉土13252045強(qiáng)風(fēng)55202028強(qiáng)風(fēng)55252037化巖化巖化巖3.2試驗(yàn)采用在同一噴射提升速度和回轉(zhuǎn)速度，在兩種噴射壓力和不同地層條件下進(jìn)行綜合注漿，試驗(yàn)得到的固結(jié)體直徑結(jié)果如表三所示：結(jié)果表明：在相同的噴射注漿參數(shù)和不同的地層條件下，固結(jié)體直徑不同。一般地，土質(zhì)越硬，固結(jié)體直徑越小。因而綜合注漿法的注漿參數(shù)需根據(jù)地層條件來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如地層相對(duì)較硬，則需采用提高注漿壓力、減小提升速度、增加噴水或噴漿次數(shù)等方式來增大固結(jié)體直徑。3.3綜合注漿法固結(jié)體強(qiáng)度與土層條件的關(guān)系試驗(yàn)采用常規(guī)的噴射壓力、噴射提升速度和回轉(zhuǎn)速度下對(duì)不同土層條件的地層采用純水泥漿進(jìn)行一遍噴漿，在達(dá)到強(qiáng)度后對(duì)綜合注漿固結(jié)體抽芯取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表四所示：表四不同土層條件下綜合注漿法固結(jié)體強(qiáng)度值土層名稱噴射壓力(MPa)提升速度(cm/min)固結(jié)體平均強(qiáng)度(MPa)層稱rr/34tATT噴射壓力(MPa)提升速度(cm/min)固結(jié)體平均強(qiáng)度(MPa)rl\bsEF20207砂質(zhì)粘土202010淤泥20205粉細(xì)砂土202012淤泥質(zhì)土20206中粗砂土202013粘土20208殘積粉土20209粉質(zhì)粘土20209強(qiáng)風(fēng)化巖202012注：固結(jié)體平均強(qiáng)度均為28天后的抗壓強(qiáng)度，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥。試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同噴射注漿參條件數(shù)下，在不同的土質(zhì)中，固結(jié)體強(qiáng)度存在差異，砂質(zhì)土的固結(jié)體強(qiáng)度較高，粘性土的固結(jié)體強(qiáng)度較低，其中淤泥固結(jié)體強(qiáng)度最低。一般地，含砂質(zhì)土的成分越高，固結(jié)體強(qiáng)度也較高。3.4綜合注漿法的固結(jié)體強(qiáng)度與復(fù)噴的關(guān)系

試驗(yàn)在相同的噴射壓力、提升速度和回轉(zhuǎn)速度下采用先噴射一遍或幾遍清水后

噴射一遍水泥漿液的方式進(jìn)行綜合注漿，得到的綜合注漿固結(jié)體強(qiáng)度如下表所示：表五先噴射一遍清水后再噴射一遍水泥漿液的綜合注漿固

結(jié)體強(qiáng)度值固結(jié)體

平均強(qiáng)度

(MPa)噴射提升速度壓力(MPa)(cm/min)土層名稱固結(jié)體提升速度平均(cm/min)固結(jié)體

平均強(qiáng)度

(MPa)噴射提升速度壓力(MPa)(cm/min)土層名稱固結(jié)體提升速度平均(cm/min)強(qiáng)度(MPa)噴射土層壓力名稱(MPa)15611120責(zé)上佃上且上只上雙MlnIz--4*^■一-一二/■r/KxK/4Kxrt^uOR^0-+Ti551T4r、rv?■r>T4rTA/\??-/202()匚rtBBrQrQDrtnJmmr----、TV*、TV*----，：--nV4onlfUS23bDESG/表六先噴射2~3遍清水后再噴射一遍水泥漿液的綜合注漿固結(jié)體強(qiáng)度值土層噴射壓力提升速度固結(jié)體平均土層噴射壓力提升速度固結(jié)體平均名稱(MPa)(cm/min)強(qiáng)度(MPa)名稱(MPa)(cm/min)強(qiáng)度(MPa)人工202010砂質(zhì)202015填土粘土淤泥20208粉細(xì)砂土202017淤泥20209中粗202020質(zhì)土砂土粘土202010殘積粉土202017粉質(zhì)202012強(qiáng)風(fēng)202018粘土化巖

試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的噴射注漿參數(shù)條件下，采用先噴射一遍或幾遍清水后噴射一遍水泥漿液的方式進(jìn)行綜合注漿，能增強(qiáng)綜合注漿固結(jié)體的強(qiáng)度，增幅約為15%。一般地,在砂質(zhì)土、殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖中固結(jié)體的強(qiáng)度增幅較大，一般為25%~38.5%,其中在殘積粉土試驗(yàn)中，固結(jié)體的強(qiáng)度增幅可達(dá)41.67%。對(duì)于固結(jié)體強(qiáng)度要求較高的情況，這種方法較為有效。在采用綜合注漿法加固樁底軟弱持力層時(shí)常采用這種復(fù)噴方式來增高固結(jié)體強(qiáng)度。3.5不同噴射方法形成的固結(jié)體性質(zhì)、、旋噴種類固結(jié)體性質(zhì)、.、單管法二重管法三重管法固結(jié)體直徑平均值（mm）400?800固結(jié)體強(qiáng)度極限值（MPa）普通水泥5.0?30.0；高標(biāo)號(hào)水泥15.0?35.0單樁垂直極限荷載（kN）500?8001000?12001500?2000單樁水平極限荷載（kN）30?40最大抗壓強(qiáng)度（MPa）砂類土10?20；粘性土5?10；黃土5?10；砂礫8?20平均抗剪強(qiáng)度/平均抗壓強(qiáng)度0.1?0.2彈性模量（MPa）KX103干密度（g/cm3）砂類土1.6?20；粘性土1.4?1.5；黃土1.3?1.5；滲透系數(shù)（cm/s）砂類土10-5?10-6；粘性土10-6?10-7；砂礫10-6?10-7c(MPa)砂類土0.4?0.5；粘性土0.7?1.0；0（度）砂類土30?40；粘性土20?30；N（擊數(shù)）砂類土30?50；粘性土20?30；彈性波速P波（km/s）砂類土2?3；粘性土1.5?20；S波砂類土粘性土1.0?1.5；0.8?1.0；化學(xué)穩(wěn)定性能較好4綜合注漿法在既有建筑物地基加固中的工程實(shí)例4.1工程概況順德市某廠房四層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓高16.5m，建筑面積19280m2,基礎(chǔ)采用直徑480mm的沉管灌注樁，樁和承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。該廠房竣工約3年后，其梁、板、外墻出現(xiàn)裂縫，最大沉降量為126.3mm，經(jīng)質(zhì)檢部門鑒定，該廠房可靠性等級(jí)為四級(jí)，即可靠性嚴(yán)重不符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求，必須立即采取措施處理予以處理。該廠房總體地質(zhì)情況是雜填土和耕土下有厚10.40~13.50m的淤泥，淤泥下為10.00m左右厚的粉細(xì)砂及中砂層，其中層頂埋深為15.00~19.60的中砂層可作為注漿持力層。4.2樁基存在主要質(zhì)量問題及原因分析經(jīng)質(zhì)檢部門復(fù)核，有11根樁設(shè)計(jì)承載力不足，占總樁數(shù)的25%；另靜載試驗(yàn)表明，有16.7%的樁實(shí)際單樁承載力為405kN，僅為設(shè)計(jì)承載力的90%。存在以上質(zhì)量的問題的原因主要是（1）設(shè)計(jì)人員采用地層參數(shù)略高；（2）樁端沒有達(dá)到設(shè)計(jì)堅(jiān)實(shí)持力層，部分樁底存在25cm左右的沉渣，樁端承載力不能有效發(fā)揮；（3）樁側(cè)摩阻力未能有效發(fā)揮。4.3地基加固方案4.3.1旋噴樁長(zhǎng)和灌漿深度：根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，選取層頂埋深為15.00~19.60m的中砂層為旋噴樁的持力層，樁長(zhǎng)一般為22.0m，少數(shù)樁長(zhǎng)為15.00~20.00m，依地層變化而定。4.3.2旋噴施工參數(shù)：?jiǎn)喂芨邏盒龂姺ǖ幕緟?shù)為：1）噴射注漿壓力為20?23Mpa；2）噴射提升速度為20cm/min左右；3）噴射旋轉(zhuǎn)速度為20r/min；4）水灰比為1:1~1.2:1。采用425#普通硅酸鹽水泥，用量為200~250kg/m，外加適量速凝劑，旋噴樁頂3.0m和樁底1.5m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴。4.3.3靜壓注漿施工參數(shù)：1）注漿壓力1.0?5?0Mpa；2）穩(wěn)壓20~30分鐘；3）水灰比0.5:1?1.2:1；4）視注漿量和終壓壓力情況，停止灌漿。4.4加固效果根據(jù)廠房基礎(chǔ)沉降分布、走向和墻體、上部結(jié)構(gòu)等裂縫分布情況對(duì)綜合注漿孔進(jìn)行布置，并對(duì)沉降和沉降趨勢(shì)大的承臺(tái)進(jìn)行重點(diǎn)加固，最后注漿加固缺陷樁和另加旋噴樁共182根，旋噴樁總長(zhǎng)度為3827.5延米，復(fù)噴總長(zhǎng)度為814.6米，則旋噴工程量共計(jì)4642.1米，旋噴水泥用量850噸，靜壓水泥用量120噸。經(jīng)質(zhì)檢部門再次檢測(cè)，結(jié)果表明，旋噴樁成樁較好，樁體連續(xù)完整，芯樣外觀平整，強(qiáng)度高，固結(jié)體抗壓強(qiáng)度為8.0~9.3Mpa，單樁承載力可