劈裂注浆在饱和软弱地基处理加固中的应用

周 飞 赵海涛 袁 磊 吴焕恒 王连兰

(四川省地质工程勘察院，四川 成都 610072)

1 概述

软弱性地基是一种不良地基，具有可压缩性较高、液化程度较高、强度较低、稳定性较低等明显特点[1]。正因为饱和软土这些特点的存在，所以不加以处理，往往会使既有建筑变形、沉降等问题，同时也会使新建工程质量达不到相关要求，影响工程的安全性和使用寿命[2]。

不同的软土地基处理方法对加固效果和施工技术及工期有着重大影响，而且直接关系到工程费用的高低。对于同一种软土地基类型也有着不同的处理方法，不同的工程项目对地基处理的要求不同，以及地基所处的地理条件不同，加上机械设备、材料也会有差别和限制。因此，需要对不同的工程针对技术和经济进行细致分析和全面考虑，确保满足施工要求的最佳处理方案。常用的软土地基处理方法有：砂垫层法、碾压及夯实法、排水固结法、换土垫层法、挤密法和振冲法等都是现阶段工程施工中对软土地基常用的处理方法[3]。

注浆作为加固断层破碎带、富水砂层等软弱地层的有效手段，在工程中获得了广泛应用，大量工程实践表明，劈裂—压密注浆模式是软弱地层注浆中的主要加固模式，在劈裂—压密注浆过程中，浆液劈开地层形成浆脉骨架并压密地层，在浆脉骨架支撑与地层压密固结的协同作用下，地层整体性能得到显著提高[4,5]。本文主要针对某老人防工程报废回填处理后的附加应力可能导致软弱地基沉降、场地稳定性等工程问题，论述采取的地基处理加固措施，确保了回填工程和场地上部建筑物的安全使用。

2 工程概况

2.1 场地条件

该人防工程修筑于20世纪70年代，在40多年的维护过程中

多次进行内支撑加固、防水等处理。由于地下水长期的浸泡和侵蚀，防水效果不好，原渗水处渗水或出现新的渗水通道，局部呈线状流出，并伴随流土和涌砂现象，故管理单位对其回填报废处理。整个人防工程呈合围式，其拱顶埋深约6 m，底部宽约3.4 m～11.5 m，高2.8 m～5.12 m，其中上部拱高约1.12 m～2.08 m，人防工程采用钢筋混凝土结构，壁厚约0.25 m，底板厚约0.4 m，局部厚0.8 m。场地地面为一中学教学楼和学校操场，教学楼基础距人防工程边墙距离较近，约2 m～3 m，人防巷道的回填对周边既有建筑物具有较大安全隐患，见图1。

2.2 场地地质条件

杂填土：灰褐色为主，稍湿，含有较多建筑垃圾等杂物，表层含有少量植物根系，含有机质较多，厚度1.0 m～2.1 m。

粉土：灰黄色、黄褐色，密实，湿，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，局部夹粉质粘土。该土层整体分布连续，厚度变化较大，厚度1.4 m～13.2 m，为重点加固层。

粉砂：灰黄色、灰褐色，松散，饱和，含少量粘粒，系长石、石英、云母细片、岩屑及暗色矿物等颗粒组成，分布于卵石层顶部，为重点加固地层，厚度0 m～10.2 m。

卵石土：灰色，松散～中密，饱和，卵石粒径一般为1 cm～8 cm，骨架颗粒含量约占总重的70%。骨架颗粒排列混乱，基本不接触，偶夹粉细砂薄层或透镜体，该层在场内均有分布。

场地内主要土体物理力学参数如表1所示，地质剖面见图2。

表1 场地土主要物理力学参数

3 地基承载力及沉降变形评价

3.1 承载力评价

根据人防工程的基本情况，人防工程平均宽度4.0 m，进行深宽修正后的地基土承载力评价，计算公式为：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)。

其中，fa为修正后的地基承载力特征值，kPa；fak为地基承载力特征值,kPa；ηb,ηd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，含卵石粉质粘土及强风化泥岩分别取0.3和1.6；r为基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；rm为基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；b为基础底面宽度，小于3 m按3 m取值，大于6 m按6 m取值；d为基础埋置深度，m。

经深宽修正后的承载力特征值fa见表2。

表2 场地主要土层承载力

由表2可知，最高回填5.12 m的混凝土约125 kPa，其地基土承载力满足回填要求。

3.2 沉降评价

根据相关要求，拟采用C20混凝土回填封堵，并对回填后人防通道下的地基土的沉降进行预测、分析、评价，其评价结果详见表3。

表3 地基土沉降评价

综上，经过回填后可能产生的承载力和变形情况，若直接在人防通道内填筑混凝土，将导致周边上部的建构筑物产生不均匀沉降，具有极大的安全隐患。

4 注浆加固关键技术

由于人防通道底部粉土和粉砂含水量较高，呈饱和状态，其压缩性较大，若不做处理直接回填普通C20混凝土，将会引起人防通道整体沉降变形，同时引起其上部建筑物基础产生不均匀沉降，从而直接威胁上部周边建筑物的结构安全和整体稳定性。结合人防通道高度有限，其进出口较窄(宽约1 m，高约1.7 m)，大型机械无法进入且洞内无大型机械操作面的现实情况，拟采用注浆加固后，回填LC20轻骨料混凝土的技术方案。注浆工艺主要流程：测放孔位→成孔→埋设灌浆管→孔口封闭→灌浆→封孔→灌浆后→检测。

4.1 注浆材料的选择及注浆参数的确定

4.1.1注浆材料的选择

本项目为粉土和粉砂在压力下劈裂注浆，考虑到工程本身性质，根据以往工程经验[6]，采用有压注纯水泥浆液。

水泥为普通硅酸盐水泥，水泥强度不低于32.5R，初凝时间5 min～20 min，水灰比可按1,0.8,0.6视压入量(干灰量≥500 kg/m时)逐渐加浓。

4.1.2浆液扩散半径

浆液扩散半径(r)一个重要的参数，与容许注浆压力、注浆布孔方式互相联系，其与地基土体的渗透性等相关[4]。参照以往工程经验，取粉土扩散半径0.4 m。

Q=AπR2Hk/(1+k)。

其中，Q为每孔注浆量，m3；A为损耗系数，取1.2；R为扩散半径；H为注浆孔深度；k为孔隙比。

从而计算出每孔理论计算灌浆量为：

V=1.2×3.14×0.42×10×0.67/1.67=2.42 m3。

4.1.3注浆压力

根据土体物理力学参数，按劈裂注浆压力计算，容许注浆压力为0.5 MPa，并根据注浆孔的具体情况进行调整，详细注浆参数见表4。

表4 注浆加固参数表

4.2 压力注浆施工关键技术

施工前应认真检查原材料的品种、型号、规格及各部件的质量，并应有原材料主要技术性能的检验报告。根据大致可分为注浆加固→检测注浆效果→回填封堵三个步骤。

4.2.1注浆孔施工工序

1)钻孔顺序。

灌浆钻孔依据三序分段施工，先Ⅰ序孔(作先导勘探孔的钻探)，再Ⅱ序孔，最后Ⅲ序孔(钻孔次序见图3)，横断面上应先外部后中心。注浆应先外侧后中心，同时纵向上应分段进行，以2个三序施工为1段(7.5 m)，即第1段Ⅰ序注浆施工完成封孔后，方可进行下一段Ⅰ序孔的钻孔。

2)封孔。

注浆孔成孔后应立即用“钢板+堆载”的方式进行反压，防止产生持续的流土和管涌破坏，若成孔后产生明显的流土和管涌现象，则应立即采取反压并用混凝土封孔。每序孔成孔完成后应立即进行注浆，不能搁置超过12 h，每次注浆间隔时间应不小于上次注水泥浆的初凝时间。

4.2.2注浆

1)花管安装。

压浆孔均采用纯压劈裂式灌注法灌浆施工。钻孔完毕放入压浆花管。压浆花管下入深度距孔底不大于0.5 m，压浆花管外填8 mm～10 mm豆石至孔口0.5 m处后，孔口用豆石混凝土封填，全部安装完毕先用清水试压，正常后转入灌浆工作。

2)注浆压力及水灰比。

灌浆压力0.3 MPa～0.5 MPa，按分序加密原则进行，灌浆孔采用全孔一次灌浆法灌注。灌注浆液由稀到浓逐级变换，水灰比为1∶1,0.8∶1,0.6∶1三个比级。当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。

3)注浆结束及标准。

当某一比级浆液的注入量已达400 L以上，或灌注时间已达1 h，而灌浆压力和注入率未显著改变时，应改浓一级水灰比灌注；当注入率大于30 L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。在规定压力下当注入率不大于1 L/min，继续灌注30 min，灌浆可结束。

4.3 封堵回填及效果检测

4.3.1封堵回填

人防通道的回填主要通过地面开孔，利用泵管进行泵送回填的方式。回填前，应对人防通道采用480砖墙封堵(墙后采用木模板和钢管撑固定)，回填以10 m为一段，分段采用泵送LC20轻骨料混凝土封堵回填。

4.3.2效果检测

注浆检验应在注浆结束28 d后进行，采用标准贯入、轻型动力触探、静力触探或面波等方法对加固地层均匀性和承载力进行检测。按加固体深度范围每间隔1 m取样进行室内试验，每个加固区不少于6组，测定土的常规以及压缩性、强度。注浆检验点不应少于注浆孔数的2%～5%，检验合格率小于80%时(强度和模量提高3倍以上)，以此标准满足回填后沉降变形要求。

至截稿之日，人防工程完全回填完毕，并经历了一个完整的水文年，其上部建筑物结构完整，地面未产生明显沉降变形，说明劈裂注浆加固的地基处理措施安全可靠。

5 结语

对于饱和软土地基加固处理的方式有很多种，如换填垫层、袋装砂井、高压旋喷、粉喷桩、碎石(或灰土)挤密桩、强夯等[7,8]。通过对本次成功的地下老人防工程的处理，可以得到以下经验和启示：

1)人防通道内空间狭窄，大型机械设备无法进入，且受上部建筑物等诸多条件的制约，采用劈裂压力注浆具有其他处置方法无法比拟的优势和可操作性。

2)劈裂注浆能使饱水软弱土层在较短的时间内，压力作用下劈裂并充填水泥砂浆从而达到固结加固的效果，提高承载力及变形模量。

3)劈裂注浆加固施工方便、简洁，工期较短、成本低、安全可靠、对环境污染小，受场地制约条件相对较小等优点，在类似狭小空间的软弱地层处理的工程中可优先采用劈裂注浆加固措施。

4)在注浆加固设计过程中应根据不同的场地条件、地质环境条件、施工工艺等进行针对性的注浆材料、参数和施工工艺的确定，才能取得更好的经济效益。