喬建成

(山西省第十地質(zhì)工程勘察院，山西大同 037006)

0 引言

近年來，壓力灌漿加固路基的方法在石家莊市得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其主要應(yīng)用在以下幾個方面:1)欠壓密路基注漿加固;2)地下輸水管道滲漏造成的路面變形及路基空洞注漿加固;3)地下隧道、頂管等市政工程施工過程中形成的塌方區(qū)注漿加固;4)濕陷性路基注漿加固;5)橋涵結(jié)構(gòu)物臺背、地下方溝胸腔等欠壓密地段注漿加固等。實踐證明，壓力灌漿加固路基能夠有效控制不均勻沉陷，避免路面脫空、變形、斷陷事故，對保證工程質(zhì)量、預(yù)防交通事故以及路基缺陷補救有重要的實用價值。本文結(jié)合多年來的工程實踐經(jīng)驗，對壓力灌漿應(yīng)用過程中的一些問題進行分析探討，希望能夠?qū)窈蟮氖┕び兴梃b。

1 注漿加固機理

注漿加固是利用一定的壓力，通過注漿管將漿液注入路基土體，充填空洞縫隙，壓密松散土層，膠結(jié)固化路基，從而達(dá)到消除路基缺陷、提高路基強度和減少不均勻沉降的目的。按加固機理，注漿方式主要有以下幾種，即:充填注漿、滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿及復(fù)合注漿。

1)充填注漿。充填注漿是指漿液充填路基土中的大孔隙及大空洞。其特征是注漿后結(jié)石體與土體界限明確，結(jié)石體強度高，其形狀與路基中原有的空洞相吻合。適用范圍主要有卵礫石層、碎石層、粗砂礫石層、地下水管道滲漏形成的空洞、隧道及頂管工程中的頂部塌方區(qū)及背后回填虛方區(qū)等。

2)滲透注漿。滲透注漿方式的機理是利用壓力使?jié){液進入土的孔隙和小空洞中，將其中的氣體和自由水排出并膠結(jié)土體而不改變土體結(jié)構(gòu)的原狀和體積，從而使路基土層的抗壓和防滲能力得以提高，消除路基的濕陷性和減少路基的不均勻沉陷。主要適用于中砂以上的砂性土、結(jié)構(gòu)裂隙比較發(fā)育的土體、濕陷性雜填土路基等。

3)壓密注漿。壓密注漿指利用一定的壓力注入粘稠的漿液擠壓周圍的土體，使土體密實，并在擠壓后的空間內(nèi)形成柱狀或近球狀的結(jié)石體，以使路基得以置換和加固的方法。主要適用于軟土路基的加固。

4)劈裂注漿。所謂劈裂注漿，即漿液在較高的壓力作用下，劈裂粘土地層，漿液沿劈裂縫隙滲透并充填，從而形成脈狀或鐵餅狀結(jié)石體，以達(dá)到加固路基的目的。主要適用于軟基加固以及為某種目的(如地下構(gòu)筑物施工前為防止地層塌陷而進行的提前加固)而進行的注漿。

5)復(fù)合注漿。是指以上述某種注漿方式為主，并輔以其他方式的注漿，如劈裂滲透注漿。由于在多種情況下，路基欠壓密與裂隙空洞同時存在，因此，注漿時也應(yīng)根據(jù)實際情況選擇復(fù)合注漿的方式，以便達(dá)到理想的注漿效果。

以上幾種注漿方式，在石家莊市路基加固中均有不同程度的應(yīng)用，但應(yīng)用最廣泛的還是以前三種為主的復(fù)合注漿方式。

2 注漿材料

注漿工種中使用的漿液系指由主劑、溶劑及各種添加劑按一定配比配置而成的混合液體，漿材一般分化學(xué)漿材和粒狀漿材兩大類。目前一般應(yīng)用較多的是粒狀漿材，包括水泥、粘土、膨潤土、粉煤灰等?；瘜W(xué)漿材中最常用的是水玻璃類漿材，其他高分子漿材很少應(yīng)用。

2.1 注漿材料的選用原則

在選用注漿材料時，應(yīng)綜合考慮地層土質(zhì)條件、注漿目的、地層可灌性、強度要求、環(huán)境影響等多種因素慎重選定，以免影響注漿效果和造成環(huán)境危害。

1)對于砂質(zhì)土而言，其注入機理應(yīng)以滲透壓密為主，漿液必須有效滲入顆粒間隙，否則就達(dá)不到很好的加固效果。因此，選用漿材時應(yīng)以溶液型漿材和細(xì)粒漿材為主(如水玻璃，超細(xì)水泥等)，重點分析其可灌性。

2)對于粘性土而言，其注入機理以劈裂壓密為主，多選用水泥系漿材，并根據(jù)固化強度的要求選擇主劑配制漿液。

3)對于卵礫石及存在大孔隙的地層，其注入機理以滲透為主，一般選擇水泥系漿材，根據(jù)強度和防滲要求，常以粘土或膨脹潤土作為添加劑。

4)選定漿液時要充分考慮對周圍環(huán)境的影響，在近公共水域、作物和魚塘?xí)r必須慎重，不僅要選擇無毒性的水玻璃或水泥漿液，還要對漿液滲漏采取必要的防范措施。

2.2 水泥系漿液配制

水泥系漿材在壓力注漿工程中應(yīng)用最為廣泛，常使用的水泥品種有:普通水泥、超細(xì)水泥、濕磨水泥等。一般普通水泥最大粒徑變化范圍為60 μm～100 μm，所制備的漿液很難進入滲透系數(shù)小于n×10－2cm/s的砂土或?qū)挾刃∮?.6 mm的裂縫，因此，超細(xì)水泥和濕磨水泥將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。灌漿用水泥漿材的細(xì)度要求是通過4 900孔/cm2標(biāo)準(zhǔn)篩的篩余量小于2%～5%，而且必須使用32.5 MPa以上的高標(biāo)號水泥。漿液制備和檢驗可參考表1合理確定。

表1 水泥漿液配比及性質(zhì)

通常水灰比可選擇在1～2.5的范圍，結(jié)石強度一般為5 MPa～100 MPa，選用原則一般孔隙越小，水灰比應(yīng)適當(dāng)增大。

當(dāng)進行大型空洞灌漿時，為了節(jié)約水泥，降低工程造價，并改善漿液及其結(jié)石的性狀，可在水泥漿中添加粘土、粉煤灰等輔材。由于粘土細(xì)粒成分多，親水性強，沉淀析水少，在水泥漿液中加入適量粘土可大大提高漿液的穩(wěn)定性。

2.3 水玻璃系漿液配制

水玻璃系漿液由水玻璃溶液和相應(yīng)的膠凝劑組成。由于此類漿液具有粘度很低、近似真溶液、可灌性好、漿液的膠凝和固化時間可控、膠凝體滲透系數(shù)低(可達(dá)10－6cm/s～10－8cm/s)等優(yōu)點，因而在地層可灌性較差及地下水流速較大的情況下應(yīng)用更為有效。配制時應(yīng)將水玻璃溶液稀釋成33°Be'～45°Be'溶液，選擇摻加的膠凝劑時根據(jù)膠凝時間、結(jié)石強度等要求綜合確定。

3 注漿工法

在眾多的注漿工法中，在石家莊市路基注漿中應(yīng)用最多的是單花管注漿法，有時也采用單液鉆桿注漿法，雙液雙重管法應(yīng)用極少。下面僅討論單液花管注漿法。

3.1 注漿施工調(diào)查

在選擇注漿工法之前，首先應(yīng)對施工現(xiàn)場進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括土質(zhì)調(diào)查、地下水滲水性、水質(zhì)、流速調(diào)查、地下埋設(shè)物調(diào)查、環(huán)境影響調(diào)查等。以便于合理確定注漿工法，確保注漿加固效果，而又不損害地下埋設(shè)物，造成環(huán)境危害。

3.2 注漿設(shè)計及施工

注漿設(shè)計是在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合注漿目的(即止水、地層加固或兩者兼顧)而進行的。設(shè)計包括以下內(nèi)容。

3.2.1 注入范圍的設(shè)定

注入范圍一般根據(jù)注入目的由計算公式并結(jié)合經(jīng)驗確定。在一般粘性土內(nèi)注漿時，擴散半徑通常為1.0 m～1.5 m，注漿孔布設(shè)呈梅花形，孔間距可采用1.5 m～2.5 m，排距一般2 m～3 m左右，注漿孔布置應(yīng)覆蓋整個加固區(qū)域。

3.2.2 注漿材料的選用

注漿工法中所選用的漿材主要依據(jù)注入地層的地質(zhì)參數(shù)及加固目的和周圍環(huán)境條件選定。一般孔洞注漿和粘土注漿多用水泥系懸濁型漿液，而砂土注漿多用水玻璃系溶液型漿液。

3.2.3 成孔

成孔時根據(jù)土質(zhì)條件及地下埋設(shè)物情況選擇施工機械，在地下管道較密集且未詳細(xì)查明其分布時，應(yīng)盡量選用小型機械或洛陽鏟人工成孔，當(dāng)場地?zé)o限制時一般采用汽車鉆成孔。如果路基中孔隙連通較好，為防止串漿可分次序成孔注漿。鉆孔成形后，埋設(shè)注漿花管。

3.2.4 注漿

在注漿之前首先要確定注入率，即注入預(yù)定地層范圍內(nèi)的漿液體積與該范圍內(nèi)土體體積之比。根據(jù)我們的施工經(jīng)驗，砂土中加固注漿其注入率一般為20%～40%;粘土注入率一般在30%～50%的范圍內(nèi)(指劈裂注漿)。實際注漿時，注入量應(yīng)大于設(shè)計注入率指定的量。

注漿時單位時間的注入量即注入速度應(yīng)根據(jù)壓力—速度曲線結(jié)合注漿目的確定，一般可憑經(jīng)驗確定為10 L/min～20 L/min。

注漿壓力目前尚無定量公式可用，一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗并結(jié)合實踐經(jīng)驗確定，對于石家莊市的地層，一般情況下注漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa，最大極限注漿壓力為 0.7 MPa ～0.8 MPa，注漿時應(yīng)重視注漿壓力的變化情況，一般在壓力有規(guī)律上升，而注漿速度較穩(wěn)定的情況下可獲得較好的注漿效果。

3.2.5 結(jié)束灌漿標(biāo)準(zhǔn)

一般情況下當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時可結(jié)束灌漿:1)灌漿量大于設(shè)計灌漿量;2)灌漿壓力迅速上升，并大于設(shè)計壓力，且灌漿速度衰減至小于5 L/min;3)在設(shè)計壓力下吸漿量為零并持續(xù)5 min以上;4)出現(xiàn)串漿或沿地下管道滲漏，導(dǎo)致在壓力很小的情況下注漿量異常。

3.3 特殊情況處理

1)孔口冒漿，當(dāng)發(fā)生孔口冒漿現(xiàn)象時一般是由于孔口封堵不嚴(yán)造成的。可采取更換止?jié){塞的辦法，或者采用水泥水玻璃漿液對孔口進行封堵再行注漿，還可以采用減少壓力的間歇式注漿方法。

2)串漿。當(dāng)注入孔的漿液從相鄰孔溢出時不宜更改鉆孔間距，而應(yīng)采取分次序隔行跳打跳注的方法解決，以確保施工質(zhì)量。

3)二次注漿。當(dāng)注漿目的是為了填充大孔洞或用于防滲時應(yīng)盡量采取二次注漿的方法。原因在于:a.一次注漿可能存在未被填充的部位;b.漿液的結(jié)石率較低，原來被漿液充填的部位因漿液結(jié)石析水后又形成空洞;c.第一次注漿未達(dá)到設(shè)計要求的部位。當(dāng)采用二次注漿時應(yīng)當(dāng)首先考慮分次序二次注漿方案，局部補漿時可采用單孔二次注漿的方法待漿液終凝后立即實施。

4 注漿施工管理

1)注漿工法設(shè)計應(yīng)在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上進行，實際施工時應(yīng)密切監(jiān)測對周圍環(huán)境的影響，杜絕隱患。2)注漿材料把好質(zhì)量關(guān)，要求進場材料證件齊全，質(zhì)量可靠。3)認(rèn)真作好施工記錄本、監(jiān)測注入量～注入壓力的變化過程，以便及時調(diào)整注入量。4)當(dāng)發(fā)現(xiàn)注入工程條件有變時應(yīng)及時調(diào)整設(shè)計，確保施工質(zhì)量。5)現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)配合現(xiàn)場監(jiān)理加強監(jiān)管力度，動態(tài)監(jiān)控整個施工進程，及時發(fā)現(xiàn)并解決施工期間出現(xiàn)的問題。

5 效果檢測

注漿效果檢測應(yīng)根據(jù)注漿目的、設(shè)計方案、施工工藝等因素綜合考慮。1)當(dāng)注漿目的是為了提高路基的承載力，可考慮采用載荷試驗(地表或鉆孔)及標(biāo)貫試驗，或取樣測定注漿土體的物理力學(xué)指標(biāo)等方法。2)當(dāng)注漿目的是為了防滲，可考慮采用原位注水或抽水試驗的方法，獲取滲透參數(shù)，評價防滲性。3)當(dāng)場地平坦，施工條件較好時可采用地表探查法;如果注入深度大，場地條件較差，應(yīng)以鉆探方法為主。4)由于注漿施工的復(fù)雜性以及探測系數(shù)的局限性，應(yīng)盡量采用取樣、原位測試、室內(nèi)化驗以及物探等多種手段相結(jié)合的檢測方案，同時應(yīng)注重施工前后對比，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，采取有效的補救措施，避免工程隱患。