注浆技术在某既有高层建筑桩基软弱下卧层加固中的应用

朱文汇,石立国,吴殿昌

（中国建筑第二工程局有限公司北京100054）

注浆技术在某既有高层建筑桩基软弱下卧层加固中的应用

朱文汇,石立国,吴殿昌

（中国建筑第二工程局有限公司北京100054）

本文介绍了注浆加固机理和工艺流程,并结合工程实例阐述了注浆加固应用于既有高层建筑桩基软弱下卧层处理的特点难点、设计参数、施工技术要点以及注浆加固工程实践中应注意的问题。

注浆加固；暨有高层建筑；软弱下卧层

前言

注浆加固法适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。注浆法具有如下特点：对地基的扰动破坏小和在施工过程中建筑物产生的附加沉降小（和高压旋喷注浆法相比）；能有针对性地特别是能对深层软弱土层进行加固；施工操作易于掌握,当用水泥浆液进行注浆时配方简单、取材容易、无环境污染。但是注浆也有注浆范围不易控制,注浆效果不易科学评价等缺点。

1 注浆加固机理及工艺流程

1.1 注浆加固机理

用钻机成孔至要加固的土层,然后用高压灌浆设备将配制好的水泥化学浆液灌入地层,通过劈裂、挤压作用、扩散挤压和充填,并伴随一定的物理化学作用,一方面促使浆体在土体中形成脉状充填；另一方面又使软土产生压缩和脱水固结，使土层与浆液产生物理化学反应而胶结,从而达到改善土体结构和性能,提高土体的强度，以达到加固的目的。

1.2 工艺流程

钻机就位→钻孔→孔底沉渣清理→放置注浆管→孔内投入粘土球封孔→注入浓水泥浆封孔→洗孔→注入水泥浆→注浆量或注浆压力满足要求→下一孔施工。注浆采用低压、慢灌、多量工艺,以便注入较多的浆液。在软土较厚的孔段可以采用重复注浆。

2 工程概况及工程地质情况

2.1 工程概况

该工程为单元式高层住宅群体建筑中的一栋住宅楼,共两个单元,最高18层,三层以上建筑面积13755.72m2。基础采用预制混凝土方桩。主楼采用截面为400×400的方桩384根,共有39个桩基承台。上部结构采用框支剪力墙结构,底部两层采用框架结构,三层为结构转换层,三层以上采用剪力墙结构。

2.2 工程地质情况

根据岩土工程勘察报告,并结合本次室外注浆试验的钻探揭露,土层特征如下：

吹填砂：以中粗砂为主,为新近填土,松散,层厚2.5～4.0m,均厚3.2m。承台部位基本已被挖除。

淤泥层,黑色、灰黑色,富含有机质,流塑状。层厚12.9～15.3m,均厚14.4m。

淤泥质粘土层,灰黄色～棕灰色,可塑状,层厚1.4～3.9m,均厚3.0m。

粘土层,上部为绿灰色,下部为棕黄色,含粉细砂,可塑～硬塑状,层厚2.5～6.0m,均厚4.5m。

中粗砂层,黄色、棕黄色,分选性差,大小混杂,铁、泥质胶结,中密～密状,层厚1.3～5.0m,均厚3.3m。

粘土层,暗灰色～灰黑色,可塑状,层厚4.2～7.9m,均厚6.1m。

细中砂层,灰白色,以中砂为主,分选性较差,中密状,层顶埋深37.0～40.6m,钻探未揭穿。

2.3 注浆加固的提出

在该住宅楼主体结构基本完成时,被发现沉降过大,经过论证分析,确认建筑物的结构是安全的,主要是因为软弱下卧层的压缩造成的。

住宅楼桩基采用了384根单桩,100根的施工桩长30m,占施工总桩数的26%,该部分方桩桩端大部分落在⑤号粘土层内,只有小部分的桩端落在⑥号细中砂层或刚刚沉入该层底面；284根方桩由于沉桩阻力较大,桩尖深26.5～28.0m左右,桩端落在④号中粗砂层内,占总桩数的74%。桩端落在④号中粗砂层的预制桩,必然也受下卧软土层的影响,而进入下卧⑤号软粘土层的桩,将直接受到下卧粘土层压缩变形的控制。

经过计算分析及评估,桩端阻力约占单桩承载力的40%以上,中粗砂层顶面以下的土层提供给预制桩的承载力占单桩承载力的56%以上。经过综合考虑,决定采用注浆法加固软土下卧层。

3 注浆设计

注浆设计前在场外进行了注浆试验,以确定设计参数和检验施工方法及设备。

3.1 注浆浆液选用

选用净水泥浆,为保证地层的可灌性,同时灌足结石体有足够的强度,本次注浆施工采用2～3个比级的水泥浆进行注浆施工。

3.2 注浆孔位布置

注浆孔布置在各承台的周边,距承台外边沿0.2～0.3m,孔间距1.5m,在布孔时考虑地下管线的位置影响。

3.3 注浆加固段范围的确定

按照“静压注浆加固第一砂层和下卧软粘土层3.0m”的原则,考虑“止浆塞在粗砂层内不能形成孔内止浆”的施工要求,确定注浆段范围为“中粗砂层顶面以上1.5m至下卧软粘土层顶面以下3.0m”为注浆范围。注浆孔平均孔深31.3m,单孔平均注浆段长度7.8m。

3.4 注浆施工工艺参数的设计

实行单孔多次灌浆。每个注浆孔灌浆次数为4～6次,每次灌浆时间不少于30分钟,然后停止灌浆20～90分钟,再进行下一次灌浆。

控制注浆压力。第一、第二次注浆,以渗透、挤密作用为主,控制孔内注浆压力小于0.2MPa；第三、第四次注浆以挤密、劈裂作用为主,控制孔内注浆压力为0.3～0.4MPa。沉降最大的区域,进行先行施工。施工顺序按跳孔间隔注浆方式进行,分为Ⅰ序孔和Ⅱ序孔。

3.5 注浆终止的标准

注浆次数已达到6次；孔内压力大于0.4MPa,且停止注浆后,孔内压力稳定15分钟后才开始下降；纯注浆时间超过6小时后孔内压力仍不回升。

4 注浆施工

4.1 施工机械及设备

本工程选用钻孔设备共15台,非高峰期间钻机8台,1台BW-150中低压注浆泵,配套机具有搅拌机、注浆管、阀门和压力表等。施工现场备用1台注浆泵。

4.2 施工要点及技术措施

4.2.1 钻孔施工要点及技术措施

钻孔深度约32～36.0m,开孔直径Φ130mm,终孔直径Φ91mm,变径深度在粘土层中以距第一砂层顶面1.5m左右为准（孔深约21m）,孔深以穿过第一砂层进入下卧第二粘土层3.0m为准。清孔应达到孔口返出泥浆比重小于1.30kg/l为止。

4.2.2 封孔施工要点及技术措施

止浆采用外径Φ130,内径Φ49的橡胶止浆塞,高度5～8cm。止浆塞上部为注浆PVC管,下部为注浆花管。

PVC管周充填物的要求：Φ91孔段与PVC花管间的空隙,用钻孔泥浆自然填充。止浆塞以上2.0m范围,投置直径1～3cm的粘土球或水泥球反压止浆塞,待遇水膨胀后封闭止浆塞以上2.0m的管内孔壁。

注浆封孔的要求：止浆塞安放以后,应在安放PVC注浆管时,同步放入6″软橡胶水管,水管底口用皮筋绑扎在PVC塑料管上。

封孔的检查,封孔结束后1～2小时,向注浆管内注入清水约100～150升洗孔,检查钻孔的封闭情况。封孔结束后8～10小时,才能灌浆。

4.2.3 注浆施工要点及技术措施

（1）水泥浆的制作

每孔第一、第二次注浆采用粘度较小的稀水泥浆,浆液水灰比为（1.35～1.40）∶1,浆液比重1.38～1.40kg/l。第三、第四次注浆采用中等浓度的水泥浆,浆液水灰比（1.15～1.0）∶1,浆液比重1.45～1.50kg/l。若注入浆液量较大,经过第三、第四次注浆后,孔内压力不上升,进行第五、第六次注浆,浆液水灰比（0.8～1.0）∶1,浆液比重1.50～1.60kg/l。施工Ⅱ序孔时,直接采用（1.15～1.0）∶1和（0.8～1.0）∶1两个比级的水泥浆进行注浆施工。

（2）水泥浆的灌注

每孔注浆前先用大泵量清水洗孔。第一、二两桶水泥浆灌注时,注浆流量38l/min；第三、四两桶水泥浆灌注时,注浆量32l/min；当孔内压力大于0.3MPa时,间隔45分钟以后再次灌浆。每个注浆孔灌注前,当班工长必须查清该孔的封孔时间,封孔与灌注前的时间间隔不得少于8小时。

5 注浆加固处理情况及加固效果

5.1 注浆加固处理情况

注浆实际施工历时一个月（不包括注浆试验阶段）,完成注浆孔167个,注入水泥562.15t,累计注入水泥浆764078.4升。

5.2 注浆加固效果

注浆加固的效果主要是通过沉降观测并辅以观察所取土样中水泥浆的分布情况来进行评价。注浆施工结束后,主楼区域沉降平均值第二个月为第一个月的46.6%（变化范围29.9%～57.2%）,沉降递减的趋势明显。

6 注浆施工应注意的问题

6.1 建筑物监测及信息化施工

应做好注浆施工期间的建筑物监测工作,特别是沉降的监测,合理布置沉降观测点,计算相邻观测点的沉降差,并检查核实沉降差是否在规范充许的范围内,如发现沉降差异常或超过规范的要求,应及时采取措施；对重要的或对沉降有严格限制的建筑,尚应在加固后继续进行沉降观测,直至沉降稳定为止,沉降稳定标准可依据《建筑变形测量规程》（JGJ/T 8-2007）确定。另外在注浆施工期间还要每天进行肉眼巡视检查工作。用监测数据和监测结果指导施工,同时发现异常情况时应缩短监测时间进行加密监测。

6.2 注浆进度控制

应对注浆产生的附加应力的消散时间进行试验测试,从而确定附加应力的消散时间,应在相邻孔的附加应力消散后才能进行注浆,从而避免应力叠加,因附加应力过大建筑物产生过大抬升现象；不可因进度要求的原因而突击在建筑物的某个区域集中进行注浆,必须要考虑技术上的因素和其不利的影响。

6.3 控制注浆范围

通过技术分析的理论计算来确定理论注浆量,并应通过现场试验进行检验,为了控制注浆的影响范围,可采取控制注浆液的流量流速、注浆压力及注浆液的凝固时间等措施。不同土层,特别是渗透系数差别很大的土层同时进行注浆,应考虑注浆液影响范围的差异性。

6.4 合理安排钻孔和注浆的顺序

时间上和空间上合理安排钻孔和注浆的顺序,避免互相影响；可采取分片施工的方法,减少这种互相影响；注浆过程中要对相邻的待注浆孔进行观察,发现返水泥浆要及时进行处理。

7 结语

应用注浆法对既有建筑物地基的软弱土层进行加固是一项技术性很强的工作,要对注浆加固进行科学的设计,合理确定技术参数,同时建筑物监测和信息化施工对于注浆加固的成功和保证既有建筑物的安全是十分重要和必不可少的。

[1]JGJ 123-2000,既有建筑地基基础加固技术规范[S].

[2]建筑施工手.中国建筑工业出版社,2003.

[3]JGJ/T 8-2007,中华人民共和国行业标准[S].

责任编辑：余咏梅

Grouting Technology Applied in Flaccid Substratum Reinforcement of Some High-Rise Buildings'Pile Foundation

This paper introduces grouting reinforcement mechanism and the technological proceedings.Also described in this paper are the features and difficulties,design parameters,key points of construction technology and the problems that should be paid attention to during the grouting reinforcement into the flaccid substratum of some existing high-rise buildings'Pile foundations,together with living project examples.

grouting reinforcement;existing high-rise buildings;flaccid substratum

TU473.1

A

1671-9107（2011）11-0011-03

10.3969 ／ j.issn.1671-9107.2011.11.011

2011-09-30

朱文汇（1970-）,男,中国建筑第二工程有限公司副总经理,高级工程师,1993年毕业于清华大学水利水电工程建筑专业,主要从事施工生产、质量安全管理工作。