浅谈压密注浆技术在地基加固中的应用

郭 焱

0 引言

注浆就是将一定的材料配制成浆液,利用泵压将其注入到地层裂隙、孔隙和空洞之中,浆液扩散、凝固、硬化,以达到加固地层或者堵水的目的[1]。

注浆工程按理论可分为渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆四种,压密注浆起源于美国,称其为CPG工法。压密注浆的最大优点是它对于最软弱土层区域能起到最大限度的压密作用。在压密注浆过程中,浆泡挤压邻近的土体,使土体被压密,承载力提高,浆液不向土体渗透,只对土体产生挤压作用,使土体密实,因而土体不发生水力劈裂。

1 压密注浆加固原理及适用范围

压密注浆是通过钻孔在土中注入浆液,在注浆管端部附近形成浆泡从而使土体压密。当浆泡的直径较小时,注浆压力基本沿钻孔的径向扩展。随着注浆量的增加,在一定注浆压力下浆泡逐渐增大,从而起到挤密土体抬升地面的目的。

压密注浆需要有适当的排水条件,因而其非常适用于中砂或粗砂地质条件的场地,如遇排水困难可能在土体中引起高孔隙水压力时,这就必须采取很低的注浆速率。压密注浆可用于非饱和的土体,以调整不均匀沉降或者在大开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固。

2 压密注浆加固设计

压密注浆加固设计主要涉及到浆材及配方设计,浆液扩散半径和注浆量的确定,孔位布置以及注浆压力的确定。

地基注浆工程对浆液的技术要求较多,可根据土质和注浆目的进行选择。一般通过注浆试验确定。

浆液扩散半径是一个重要的参数,扩散半径的大小关系到注浆质量以及工程造价。浆液扩散半径的取值应通过现场注浆试验来确定。没有条件做注浆试验时,可按土的渗透系数参照表1确定。

表1 加固半径

注浆量可按照下式计算:

其中,Q为浆液总用量,L;V为注浆对象的土量,m3;n为土的孔隙率;K为经验系数。

软土、黏性土、细砂:K=0.3～0.5。

中砂、粗砂:K=0.5～ 0.7。

砾砂:K=0.7～1.0。

湿陷性黄土:K=0.5～0.8。

对于压密注浆,注浆压力主要取决于浆液材料的稠度。如采用水泥—砂浆的浆液,坍落度一般在25 mm～75 mm,注浆压力应选定在1 MPa～7 MPa范围内,坍落度较小时,注浆压力可取上限值,如采用水泥—水玻璃双液快凝浆液,则注浆压力应小于1 MPa[2]。

注浆孔的布置应遵循相互重叠,在深度和广度范围内连成一个整体的原则。

3 压密注浆过程中注意事项

1)对于排水条件不好的地层要慎用,对水敏感的地层慎用,如湿陷性黄土地层。2)对于大孔隙地层,如卵石层或者有动水的地层,应掺加速凝剂或者间歇注浆。3)布孔应采用梅花形,注浆顺序应考虑由浆液引起的附加沉降,对于敏感建筑要慎用。4)选择合理的注浆压力,能够达到挤密地层的目的即可,过大压力易造成地面隆起,浆液上冒。

注浆示意图见图1。

4 压密注浆效果检验

1)钻孔抽(压)水检查法。检查注浆范围的岩芯成分、注浆体、溶洞泥固结体的抗压强度等,以此来评价溶裂与流塑泥的注浆质量。2)取样检查法。一般采用开挖的方法,检查注浆液在地层的扩散距离、扩散方向和充填胶结情况以及开挖面的漏水量等。3)旋转触探法(RPT)。它是根据钻孔时的钻孔阻力(钻头贯入推力、钻头扭矩)等参数,直接定量地评价地层强度的探查法。4)声波测试法。根据注浆前后地层声波速度的大小对比来判断浆液充填的密实程度。

5 工程实例

某场地有别墅约8栋楼(32户),层厚约 3.0 m回填土出现沉降,致使屋内建筑地面部分出现开裂现象,为防止地面继续开裂,须加固处理。经设计,采用压密注浆对别墅地面下回填土进行加固。

注浆孔布设间距为2 000 mm×2 000 mm,梅花形布置,排距1 000 mm,每孔为一组,注浆方式为单液注浆,注浆材料为水灰比0.7～0.8纯水泥浆,水泥采用 PS32.5级矿渣硅酸盐水泥。

注浆设备为BW-150型泥浆泵,考虑到场地回填土排水条件不是特别好,注浆时控制压力在0.2 MPa～0.5 MPa之间,每根注浆管注浆量在2.0 m3左右,若单根注浆管内注浆量达到1.0 m3,注浆压力达到1.0 MPa可终止注浆。注浆同时需控制流速,采用泥浆泵低挡注浆,浆液流量为10 L/min～20 L/min。对地面下部与回填土间已形成空间的区域,用水泥浆对该空间首次灌浆,将土面表层全部覆盖并以灌浆孔检查,封闭土壤空隙。待首次灌浆终凝后,采用掺膨胀剂的水泥浆将剩余空间注满,以灌浆孔溢出为准。

注浆结束后2 h～3 h须进行补浆,注浆采用低压、低挡、小流量进行,补浆时如出现从其他注浆管冒浆,仍可用丝堵将其他浆管封住。

经检测,通过压密注浆,有效制止了裂缝的发展,提高了回填土的承载力,达到了预期效果。

[1] 何修仁.注浆加固与堵水[M].沈阳:东北工学院出版社,1990.

[2] DBJ 08-40-94,地基处理技术规范[S].

[3] 李建华.双重管注浆加固软弱地层的现场试验分析[J].山西建筑,2009,35(8):107-108.