壓密注漿技術在地基加固工程中的應用

閻星華

南京市民用建筑設計院有限責任公司，江蘇南京  210002

1、概述

    地基和基礎承受著上部結構的全部荷載．它對整個結構的安全至關重要。由于勘察設計的誤差及結構設計、施工等原因導致地基承載力不能滿足要求．致使建筑不均勻沉降，上部結構出現開裂或傾斜等災害。為了解決這些問題．需對地基基礎進行有效的加固處理。通常的地基基礎加固的方法很多，如直接增加基礎的寬度、混凝土圍套加固、加厚加固和灌漿加固等。

    本文結合工程實例介紹壓密注漿的設計和施工等。壓密注漿法是地基加固法中灌入固化物膠結加固地基土的一種方法。注漿法在我國煤炭、冶金、水利水電、建筑交通和鐵道等部門應用較廣泛，并取得了良好的效果。建筑方面利用壓力注漿加固的目的主要是提高地基的承載力、減小地基的沉降和不均勻沉降、對建筑物進行糾偏和對原有建筑的地基加固。注漿法不僅在新建工程。而且在改建和擴建工程中都有廣泛的應用空間。但是由于注漿施工屬于隱蔽性作業，地層結構的不均勻性和裂隙的不規律性均難于模擬．所以開展理論研究比較困難。

2、壓密注漿的加固機理

    壓密注漿加固地基機理是在適宜的壓力下，通過特定裝置將較高比重的水泥漿或水泥混合漿液分段分層注入到地層中，漿液首先充填土體的空洞、裂隙和松散部位，隨著灌漿量和灌漿壓力的增大,將使土體在軟弱區域沿小主應力面或弱應力面產生劈裂作用，漿液隨之擴散延伸、充填。產生大量板狀、樹根狀等不規則形狀的凝結體。這類凝結體將土體分割、包圍成一些小的“單元”，起到骨架作用：同時可降低粘性土中弱結合水的含量和提高土體的物理力學性能，是一種復雜的化學變化和物理變化的綜合反應過程：另外漿液在擴散過程中對周圍土體有擠密作用，從而提高地基土的強度和壓縮模量。達到了加固地基土和減緩地基沉降的目的。

    壓密注漿的主要特點之一是它在較軟弱的土體中具有較好的效果，常用于砂土地基，粘土地基中若有適宜的排水條件也可采用。注漿通過滲透、劈裂和擠密作用使得土體在一定范圍內形成漿液和土的結石體從而改善土層的物理力學性能，恢復和提高土體的強度。

    壓密注漿通過鉆孔在土中注入漿液。在注漿點使土體擠密，在注漿管端部形成漿泡。研究表明，向外擴張的漿泡在土體中引起復雜的徑向和切向應力體系：緊靠漿泡處的±體受到嚴重的破壞和剪切，并形成塑性變形區，在此區內土體的密度可能因擾動而減小；離漿泡較遠的土則基本上發生彈性變形，因而土的密度有明顯的增加。

    漿泡的形狀一般為球形和圓柱形。在均勻土中漿泡的形狀都相當規則，而在非勻質土體中則很不規則，漿泡的最后尺寸受眾多因素的影響，如土的濕度、力學性質、地表約束力、注漿壓力和速率等。隨著注漿量的增加及注漿壓力增大：漿液一方面不斷向周邊土層滲透，形成結石體，滲透能力受到周圍致密土層的限制，使壓力不斷升高，對土層起擠密作用．從而提高土體的承載力。

3、壓密注漿加固的工程應用實例

    3.1工程概況

    南京某公司7層辦公樓于2002年建成，該建筑物南北長48m，東西寬30m，為框架混凝土結構，基礎為1m整板基礎．底板長寬均1超出建筑物外墻1.0m，無地下室。由于不均勻沉降和地基承載力不足導致了建筑物傾斜開裂。該處的土層特征依次向下為：1m～2m的雜填土，1m～3m粘性土，2m～5m淤泥質土，4m～6m粉質粘土，4m～7m粘性土。往下是全風化灰巖及強風化灰巖。

    由于該樓位于交通主干道旁，交通比較繁忙，周邊的建筑也較為密集，所以鑒于場區狹小、地下水位較高和持力層強度低且不均勻。我們通過對場地條件、工程地質條件綜合對比分析對幾種處理方案進行了篩選，排除了換土墊層法和高壓噴射灌漿法，最后決定采用壓密注漿法。

    3.2工程問題的原因分析

    由于基礎變形，地基基礎在竣工后發生的沉降或差異沉降過大，超出了上部結構物的容許范圍，從而導致結構物的損壞。由于地基軟土的變形是一個緩慢的過程，在建筑施工期內其變形量還不足以對建筑物構成明顯的影響，一般沒有及時引起足夠的重視，因此，變形問題經常在建筑物竣工后．甚至使用多年后才暴露出來，此時往往已造成嚴重的經濟損失。

    本工程所在的南京市是一個典型的軟土地區。像這種地基緩慢變形引起的不均勻沉降屢見不鮮。本場地在填土層下有較厚的淤泥層且不均勻分布，淤泥的物理力學性質為天然含水量75.4％，孔隙比2.09，滲透系數4x10-7Cm/sec，壓縮系數l.68 MPa-1，該淤泥層的壓縮性較大，而滲透性較差，由于這兩大特性，在荷載作用下，淤泥層會發生較大的沉降，而且沉降的發展很慢。這樣就導致了建筑物的傾斜和開裂。

    3.3壓密注漿糾偏加固設計

    地基處理加固方案根據巖土工程勘察報告、《建筑地基處理技術規范)(JGJ79--2002)和《既有建筑地基基礎加固技術規范)(JGJl23--2000)設計。

    (1)注漿孔深度及間距。注漿深度一般根據土層構成和上部結構荷載分布來確定。以地基土自重應力和附加應力滿足強度和變形要求為原則。注漿孔間距的影響因素較多，如土層的孔隙大小、滲透系數壓漿力等。特別是在土層深度方向上。其滲透系數不均勻。土層的孔隙率也不一樣。加固后要求使整個土體由漿液所包裹，因此，注漿孔間距以相鄰注漿孑L漿液能部分重疊為宜，即以漿液的擴散半徑為間距。按照球形擴散理論。估算擴散半徑：式中：為注漿量(cm3)。根據實踐，注漿量約為50x 103 cm3/min；t為時間，t=60s；π為土層的孔隙率，根據各注漿土層的有關指標，π為0.4～0.5。

    (2)注漿量的控制。注漿量由漿液擴散半徑、注漿深度和間距、漿液濃度和壓漿力所決定，可根據下式計算：Q=1π式中：Z為注漿深度；π為孔隙率。

    (3)壓漿力的控制。注漿壓力是壓密注漿的主要控制因素．應通過室內配比和現場注漿試驗確定，為設計參數、施工方法及設備的選用提供依據。通常對注漿泵和注漿點的壓力都進行監控，壓力變化不能過大，控制原則是不允許壓力上升太快。可以通過注漿速率進行調節。對于本工程，參照實踐經驗。注漿壓力應控制在0.3MPa～0.7MPa。壓力過高，會破壞土層結構，造成土體隆起，耗漿量過大；壓力過小，漿液擴散半徑達不到要求，從而達不到加固地基的目的。

    本工程設計方案：對建筑沉降較大的西側和北側采用深層注漿，沉降較小的東側及東南側采用淺層注漿，室內深層注漿孔的間距為lm。其余均為1.5 m，注漿方式為全孔一次性注漿，注漿孔分為兩排交錯布置，注漿孔的布置如圖1所示。

    壓密注漿要求：水泥漿液采用32.5級水泥，水灰比l：1。水泥用量約為25k9/m(1距離地面8m～10m深度處采用加濃漿液。水泥用量約為50kg/m)，注漿壓力約為0.4 MPa。注漿施工順序采用大間隔跳躍式的施工順序。在壓降過程中．應嚴密監視房屋的沉降變形情況。注漿適當加入速凝劑。

    3.4施工質量控制

    3.4.1監測要求

    施工監測在糾偏加固中是直觀重要的一個環節，不僅是糾偏成果的手段．而且是及時指導施工、避免失誤的必要  措施。主要根據技術設計要求和中華人民共和國行業標準《建筑變形測量規程》，測量誤差減小到最低程度，事后觀測到的數據更可靠，能準確反應沉降變化。

    3.4.2水泥漿的質量控制

    為了防止離析。水泥漿在灰漿攪拌機中連續攪動，直到送漿前才倒人集料斗中。為了增加水泥漿液在被加固土層中的滲透能力，加大漿液的擴散半徑，采用高壓輸漿泵，水泥漿的灌注率為40L/min～50L/min。同時要控制注漿的飽和度，可以以注漿孑L及臨近注漿孔有無冒漿作為檢測手段。

    3.5糾偏加固結果

    本工程工期近3個月．在竣工之時已很好的完成了地基加固及建筑物的糾偏。

    (1)通過壓密注漿補強措施，使得地基承載有了明顯的提高，建筑物的沉降速度明顯下降，并趨于穩定；防止了建筑物的進一步傾斜。

    (2)通過對建筑物西側迫降，使建筑物傾斜率由原來的5．13％o降至l．97％o以內，且傾斜趨于穩定。

4、結語

    (1)本文簡要介紹了壓密注漿用于地基加固的方法，介紹了壓密注漿的加固機理以及使用范圍等。

    (2)以南京某建筑的糾偏加固為工程實例，分析了地基承載力不足和建筑物傾斜的原因，然后綜合考慮各種因素，最終采用了壓密注漿的方法對其進行糾偏加固。

    (3)工程實踐表明，采用壓力注漿加固方法對地基土進行加固處理。即漿液通過滲透、劈裂、充填和擠密的方式對砂土、粉土層顆粒進行膠結和改善土的力學性能，可以大幅度提高地基的承載力和降低壓縮性。

參考文獻

[1]中國建筑科學研究院．GBJ79—2002．建筑地基處理技術規范『Sl．北京：中國建筑工業出版社，2002．

[2]鄺健政，昝月穩，等．巖土注漿理論與工程實例[M]．科學出版社．2001．

[3]中國建筑科學研究院．JGJl23—2000．建筑地基處理技術規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2000．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)