深基坑施工中注浆加固技术及应用研究

陈 燕

（上海卢湾市政工程有限公司，上海市 200023）

1 工程概况

瑞金二路（复兴中路—肇嘉浜路）是一条南北向的道路，全长约1.1 km。该工程所处位置为市中心路段，周边区域历史底蕴深厚，宾馆林立，商业繁荣，文化发达，环境优雅。沿线有瑞金宾馆、瑞金医院、高级商务楼、住宅区以及繁华的打浦桥商业中心，地理位置十分重要。该工程主要建设内容为：在已建成的肇嘉浜路排水系统一期工程中该路段排水干管（φ2 400～φ2 700）上新建特殊井3座，设置部分连通管与雨水口，连通支管管径为φ1 200～φ1 500。建设范围内地下管线较多，基坑周边环境复杂，某些部位与周边建、构筑物较近需保护，且有一特殊井和沟槽段在地铁9号线和φ2 700市政管上方通过，井底垫层底在该管1.2 m上方和9号线隧道12.2 m上方。根据周边环境情况及管道埋深，特殊井均采用钻孔桩+旋喷桩作为基坑开挖的围护结构，排管中五段排管沟槽维护采用钢板桩+旋喷桩作为沟槽开挖的围护结构。在深基坑开挖施工中，为了减少支护结构变形，可在壁后采用注浆充填法进行加固，以提高施工的安全性。表1为特殊井外包尺寸与埋深。

表1 特殊井外包尺寸与埋深

2 工程地质、水文地质及地震

2.1 工程地质

地基土自上而下为①1层杂填土、①2层暗浜层②1层褐黄色黏土、③1层灰色淤泥质粉质黏土、③2层灰色黏质粉土、③3层灰色淤泥质黏土、④1层灰色淤泥质黏土。表2为天然地基设计参数表。

2.2 水文地质

该工程场地地下水属潜水类型，水位主要受大气降水及地表水影响，设计时按常年地下水位0.5 m计算，地下水对混凝土无腐蚀性。

2.3 地震基本烈度

该工程所处的建筑场地均为Ⅳ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.1 g，构筑物抗震设防烈度为7度。

表2 天然地基设计参数一览表

3 注浆加固

注浆技术就是利用送压设备将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内，使其扩张胶结、固化，以降低地层的渗透性，增强地层强度，防止地基沉降、变形的处理技术[4]。

压密注浆技术具有施工机具轻便灵活、施工方便、作业面小、耗能低、振动小、噪声小、施工效率高等优点，同时，注浆的压力和流量可根据工程需要进行控制和调节，可以缩短工期，保证工程质量达到设计标准，在工程中被广泛运用。

灌注桩、旋喷桩后压浆就是将固定于钢筋笼上的通长压浆管(带单向阀)与钢筋笼一同下放到孔内设计位置，成桩一定时间后(1～3 d)实施压浆，高压浆液对桩端或桩侧土体产生劈裂、渗扩及压密加固作用。实践表明，后压浆技术的应用可使常规桩的承载力提高30%以上，同时，可以改善桩土相互作用关系，有效发挥桩身材料强度，大大提高深基坑施工安全系数。桩后压浆按压浆部位不同，可分为桩侧压浆和桩端压浆；按压浆装置不同，可分为花管压浆和压力腔压浆。桩后压浆施工工艺流程如图1所示[1]

图1 桩后压浆施工工艺流程图

3.1 桩后压浆施工

3.1.1 桩底开始注浆时间

泥浆护壁灌注桩水下压浆需在5 d左右，故注浆时间宜在5 d后进行。注浆过早，会导致因桩身混凝土强度过低而破坏桩本身，注浆过晚，可能难以使桩底已硬化的混凝土形成注浆通道，从而使桩中心形成低强度区而使浆液流向远处砾石层。不过，实际工程中可在成桩7～25 d内注浆[2]。

3.1.2 注浆量的确定

注浆量的多少直接决定注浆的效果与成效。影响注浆量的主要因素有桩端土的密实度、含泥量、渗透性及注浆压力。根据该工程特点及地质条件，选择每根桩的桩端注浆量为2.5 t水泥。

3.1.3 注浆泵的选择

选用BW-250或BW-2350型柱塞式泥浆泵，这种型号的泥浆泵排浆量大、性能稳定，但是注浆操作过程中容易产生堵管、清洗频率高的弱点。

3.1.4 开塞与注浆

压水试验是注浆施工前必不可少的重要工序，也是确保桩后压浆成败的关键问题。成桩后要通过压水确定桩底的可灌性。压水试验的情况是选择注浆工艺参数的重要依据之一。

一般情况下，压水过程中有两个控制指标，其一是压力控制，其二是注水量控制。压力控制是保证注浆的单向阀被打开，注水量的控制是确保桩体不被高压水的冲击而破坏，并要求有一定的压水时间。

压水量控制要根据注浆管的容量，当注水量大于注浆预埋管的容量后，就要立即停止注水，除非此时桩体的混凝土强度已经很高。开塞压力一般控制在8 MPa以下。当注浆压力突然减小而注水仍在继续时，说明单向阀已经打开。

冲水时间是开塞的另一个关键问题，时间太早，容易冲坏桩体，太晚则打不开单向阀，因此，合理的时间应该是灌桩后的24～36 h，同时要用注水量和注浆压力同时控制，确保桩体不被冲水破坏。

3.1.5 浆液浓度

不同浓度的浆体其行为特性有所不同：稀浆(水灰比约为0.8∶1)便于输送，渗透能力强，用于加固预定范围的周边地带；中等浓度的浆体(水灰比约为0.6∶1)主要加固预定范围的核心部分，在这里中等浓度的浆体起充填、压实、挤密作用；浓浆(水灰比约为0.4∶1)的灌注对已经注入的浆体起脱水作用。

在桩底可灌性的不同阶段，调配不同浓度的注浆浆液，并采用相应的注浆压力，才能做到将有限浆量送达并驻留在桩底有效空间范围内。浆液浓度的控制原则一般为：依据压水试验情况选择初注浓度，通常先用稀浆，随后渐浓，最后注浓浆。在可灌的条件下，尽量多用中等浓度以上浆液，以防浆液作无效扩散。在实际工程应用中，施工单位往往多半只使用水灰比为0.4∶1～0.6∶1的浓浆。如注浆压力低，通常在浆液中可放入减水剂(木钙)、固化膨胀剂(UEA)。当砂砾层很松散、注入水泥浆压力很低、注浆量很大时，可改注水泥砂浆，但应注意不要堵塞注浆管。

3.1.6 注浆压力

在注浆过程中，桩底的可灌性的变化直接表现为注浆压力的变化。可灌性好，注浆压力则较低，其注浆压力值的大小与桩长和桩底土层性质有关。一般情况下，注浆的稳定压力在2.0 MPa左右即可。对于若可灌性较差地层，灌浆压力会有所不同。浆液的扩散半径与灌浆压力的大小密切相关，因此，人们往往倾向于采用较高的注浆压力。较高的注浆压力能使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性。当孔隙被某些软弱材料充填时，较高的注浆压力能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密度、强度以及不透水性得到改善。此外，较高的注浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结合体的强度得到提高。但是，一旦灌浆压力超过桩的自重和摩阻力，就有可能使桩上抬，导致桩悬空。因此，这里有一个容许灌浆压力问题，它与地层的密实度、渗透性、初始应力、钻孔深度、浆液浓度、灌浆次序等有关。综上所述，注浆量与注浆压力的确定应通过试验来定，但这些因素是难以准确预知的，故通常只能根据现场试验来确定[3]。

3.1.7 注浆节奏

为了使有限浆液尽可能充填并滞留在桩底有效空间范围内，在注浆过程中还需掌握注浆节奏，实行间歇注浆。间歇时间一般为12 h，但是需要注意的是，第一次注浆后，一定要对注浆管及时冲水，以免浆液堵塞。对于短桩，桩底注浆时往往会出现浆液沿桩周上冒现象，此时应在注入到冒浆后暂时停止一下，待桩周浆液凝固后，再施行补注浆，经过反复补注，这样可以达到设计要求的注浆量。

3.1.8 注浆顺序

对桩位图上同一承台或附近的桩要进行跳桩式注浆，即隔桩进行注浆，这样可以确保浆液的串浆造成注浆量减小。另外，对大面积工程注浆，宜先注四周桩，再注中间桩。

3.1.9 注浆后的保养龄期

所谓注浆后的保养龄期，即桩底注浆后需多长时间才可以做静载试验，或作为工程桩使用的时间，通常要求注浆后保养15 d以上，才能做静载试验，此时注入的水下水泥浆刚初凝。

表3 肇嘉浜路口环境及基坑监测数据

4 采用围护及注浆加固后周围环境及基坑监测报表数据对比

数据对比见表3。

5 结语

结合瑞金二路（复兴中路—肇嘉浜路）排水管道完善工程实际情况，进行了注浆方案设计，总结了桩后注浆技术的施工工艺。实践表明，采用桩后压浆加固技术的经济效益和社会效益都很明显，控制了地基的不均匀沉降，提高了地基承载力，确保了深基坑施工的安全性，具有较大的推广价值。

[1]叶建良，汪国香，吴翔，等.桩基工程[M].武汉：中国地质大学出版社，2000.

[2]郭志业，陈运荣.水泥灌浆对地基土和桩基进行加固补强[A].中国土木工程学会第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C]，1999.

[3]周书明，陈建军.软流塑淤泥质地层地铁区问隧道劈裂灌浆加固[J].岩土工程学报，2002，24(2)：222-224.

[4]杨米加，陈明雄，贺永年.注浆理论的研究现状及发展方向[J].岩石力学与工程学报，2001，20(6)：839-841.