劈裂灌浆在百靖高速公路地基加固中的应用

朱兰洋，邓祥明，李书谊，王　犇

(1.中冶京诚工程技术有限公司，北京　100176；2.广西高速公路投资有限公司，广西　南宁　530021)

劈裂灌浆在百靖高速公路地基加固中的应用

朱兰洋1，邓祥明2，李书谊1，王犇1

(1.中冶京诚工程技术有限公司，北京100176；2.广西高速公路投资有限公司，广西南宁530021)

朱兰洋(1983—)，男，硕士，工程师，研究方向：基础工程处理。

摘要：文章根据百靖高速公路德保服务区左幅加油站基础底部挖方区工程实际，选用劈裂灌浆法进行站房基底加固，介绍了其具体施工方法和工艺控制要点，并通过灌浆后地基静载荷试验检测，验证了该劈裂灌浆法加固效果较好，基底承载力满足要求。

关键词：高速公路；地基；劈裂灌浆法；加固；应用

0引言

百靖高速公路德保服务区左幅加油站站房设计为钢筋混凝土框架结构，建筑层高为一层，结构安全等级为二级，正常使用年限50年，抗震等级为三级，基础设计等级为丙级，基础为独立柱扩大基础，基底承载力特征值为180 kPa。站房基础位于山丘削顶后的挖方区，场区地层主要为人工堆积层、第四系全新统坡洪积层。基础开挖后地质验槽承载力达不到设计要求，为保证服务区加油站长期运营安全，决定对站房基础进行注浆加固，施工中具体选用劈裂灌浆法。

1劈裂灌浆法原理

劈裂灌浆法即在较高的灌浆压力作用下，向钻孔泵送浆液，克服地层的初始应力和抗拉强度，使地层沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，引起地层结构的破坏，使地层中原有的裂隙扩张，或形成新的裂隙，从而使地层的可灌性和浆液的扩散半径增大。

本项目具体施工方案中按照有效应力的库伦-莫尔破坏标准计算选取灌浆压力，并经过现场灌浆试验的验证。在进行高压劈裂灌浆时，由于灌浆压力作用，地基土的有效应力减少，当灌浆压力Pc达到式(1)标准时[1]，即发生破坏：

(1)

式中：γ——地基土的重度；

c′——土体的粘聚力；

φ′——土体的内摩擦角；

γw——水的重度；

h——灌浆段深度；

hw——地下水位高度；

K——主应力比。

式(1)所代表的破坏机理可用莫尔包络线来解释，随着灌浆压力的增加，地基土的有效应力就逐渐减少到与破坏包络线相切，土体开始劈裂，浆液不断涌入地层裂隙中。

2工程地质概况

百靖高速公路附属房建工程德保服务区位于主线K69+778~K70+000段落，地处广西壮族自治区百色市德保县境内，属于溶蚀构造峰林洼地区域，地形起伏较大，地面高程613.37~638.65 m，最大相对高差约25 m，原地表植被较发育。场区地层主要为人工堆积层、第四系全新统坡洪积层、泥盆系上统榴江组石灰岩。

耕植土为灰黄~褐色，稍湿，以粘性土为主，含植物根茎，层底标高612.87~638.35 m，层厚0.20~0.50 m。

第四系全新统冲洪积层粘土为浅黄~棕红色，可塑~坚硬，含有碎石、角砾、砾砂等。层底标高599.46~635.75 m，层厚2.40~23.70 m。

泥盆系上统榴江组石灰岩为肉红色，中等风化，隐晶质结构，中厚层状构造，岩石结构致密坚硬，裂隙发育，多闭合，岩芯呈碎块状、短柱状。层底标高603.37~609.16 m，层厚0.40~3.40 m。

3方法应用

本次灌浆加固范围为加油站站房基础每边外扩3 m，灌浆深度为基础底面以下至少5.0 m，根据现场地基土体情况选取孔径为110 mm。

3.1　参数选择

灌浆材料为普通硅酸盐水泥浆，水灰比为1∶1，根据灌浆球形扩散理论公式[1]，用式(2)来初步计算分析浆液的扩散半径。通过现场灌浆试验选定孔距为1.5 m，以保证灌浆处理后的地基连成一体。考虑浆液的均匀渗透，灌浆孔采用梅花形布置。

(2)

上式中：k——基础填料的渗透系数(cm/s)；

β——浆液粘度对水的粘度比；

h1——灌浆压力；

r0——灌浆管半径(cm)；

n——基础填料的孔隙率。

灌浆压力值一般控制在0.2~0.8 MPa，每深1 m增加20~50 kPa。

3.2　施工方法

3.2.1灌浆及钻孔顺序

灌浆顺序遵循先外排帷幕，再内排，最后注中间排，先下部后上部。为防止窜浆，按隔孔灌浆方式，自下而上边提升边灌浆，每50 cm提升一次。

钻孔施工按灌浆顺序，采用泥浆钻进，分序分段进行。先对灌浆钻孔统一编号并放样，钻孔时第一根管钻入后上部预留10 cm接入第二根，依次压入至设计深度。下管时应保持垂直，孔位偏差符合要求。

具体工序为：测放孔位→钻进成孔→安放注浆管→上提注浆管露出喷浆花管→封孔→边提升边灌浆→封堵孔口、清洗注浆管→下一个孔施工。

3.2.2浆液制备

浆液的配置顺序为：先放水、再依次放入水泥、添加剂。每桶浆液配置完后的静置时间≤30 min。采用ZJ-400型高速搅拌机集中拌制水泥浆液，高速搅拌≥30 s，浆液在使用前应过筛，从开始制备至用完时间控制在2 h以内。浆液必须搅拌均匀，认真测定浆液密度和粘滞度等参数，做好记录。制浆站采用BW-150型中压泥浆泵输送浆液至各工作面。

3.2.3压力及浓度控制

按照试验确定的单孔灌浆量，浆液采用泵送方式，以保证每米浆液掺入量及浆液不跑出为原则。在灌浆过程中对灌浆压力的控制，结合吸浆率和浆液浓度一同考虑。当吸浆率较小时，注稀浆，尽快升到规定的最大压力；吸浆率较大时，注浓浆，逐渐升压。灌浆初始压力为0.10~0.30 MPa，如果浆液不下沉则逐渐加压至0.30~0.60 MPa、最大压力为0.80 MPa。在施工过程中可根据实际情况作适当调整。

浆液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1四个等级，浓度变换遵循由稀到浓、逐级改变的原则。当压力保持不变，注入率持续减少或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变浆液浓度。当某一浓度浆液注入量达300 L或注入时间达1 h，而压力和注入率均无明显改变时，浆液浓度提高一级。当注入率>20 L/min时，可根据实际情况越级变浓。

3.2.4结束标准

在规定的灌浆压力下，孔段吸浆量<0.3 L/min时，延续20 min即可结束灌浆。灌浆结束后进行机械压浆封孔，压浆浓度0.5∶1，至孔内稀浆全部排出为止。

3.3　异常处理

(1)发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆等方法进行处理。

(2)发生串浆时，如串浆孔具备注浆条件，可以同时注浆，应一泵注一孔，并适当降低压力，防止土层抬动；若无同时注浆条件，则用注浆塞将被串孔塞住，单对注浆孔注浆，结束后，立即将被串孔的注浆塞取出，扫孔洗净，进行补注；如被串孔正在钻进，则立即停钻。

(3)注浆过程中如回浆变浓，换用相同水灰比的新鲜浆液注入，若效果不明显时，持续注入30 min，即可停止。

4质量检测

质量检测在灌浆结束28 d后进行，采用地基静载荷试验，现场选取3个点，采用刚性承压板、压重反力平台装置，压重平台的重量大于最大加载值的1.2倍。最大加载值不小于设计处理后地基承载力特征值(180 kPa)的两倍。

试验最大加载值为360 kN/m2，分级按45 kN/m2、90 kN/m2、135 kN/m2、180 kN/m2、225 kN/m2、270 kN/m2、315 kN/m2、360 kN/m2等8级分级进行。每级加载后，按间隔10 min、10 min、10 min、15 min、15 min，以后为每隔0.5 h测读一次沉降量，当在连续2 h内，每小时的沉降量<0.1 mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载[2]。

各试验点的地基承载力特征值取压力-沉降曲线上比例界限所对应的荷载值和极限荷载一半中的较小值，经过计算得出实测地基承载力特征值。根据试验结果，灌浆处理后的地基承载力特征值满足要求。

5结语

笔者根据百靖高速公路德保服务区左幅加油

站基础底部挖方区的实际地质和基础验槽情况，考虑到服务区加油站长期运营安全，选用劈裂灌浆法进行站房基底加固。灌浆加固后，经过地基静载荷试验检测，加固效果较好，基底承载力满足要求。

本文根据劈裂灌浆法原理，分析计算浆液的影响半径，最终选取合理、经济的灌浆孔距，并对灌浆施工过程中的质量控制和异常问题提出可行的处理方法，确保地基加固取得预期效果。这些成果可为以后的灌浆加固地基提供重要参考。因为水平所限，本文还有很多待深入研究的地方。笔者相信，劈裂灌浆的理论和施工方法研究将在以后的工程实践中不断发展。

参考文献

[1]龚晓南.地基处理手册(第三版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

Application of Splitting Grouting in Foundation Reinforcement of Baijing Expressway

ZHU Lan-yang1，DENG Xiang-ming2，LI Shu-yi1，WANG Ben1

(1.MCC Capital Engineering & Research Incorporation Ltd.，Beijing，100176；2.Guangxi Expressway Investment Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

Abstract：According to the engineering practices of foundation bottom excavation area for the left-side gas station of Debao Service Area in Baijing Expressway，this article selected the splitting grouting method to reinforce the foundation base of station house，introduced its specific construction methods and process control points，and through the foundation static load test after grouting，it verified that this splitting grouting method has the better reinforcement effect，and its substrate bearing capacity can meet the requirements.

Key Words：Expressway；Foundations；Splitting grouting method；Reinforcement；Application

收稿日期：2015-02-05

文章编号：1673-4874(2015)02-0001-03

中图分类号：U416.1

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.001

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