楊 亮

(上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 201900)

1 引 言

淤泥作為填海工程中的主要填料，深受工期和管理方式的制約[1]，軟土地基在短期加固的處理方式下往往達(dá)不到效果[2]，固結(jié)沉降周期長，效果不可控，在基礎(chǔ)施工時(shí)部分淤泥質(zhì)土層的性質(zhì)仍較差，當(dāng)遭受擾動(dòng)時(shí)，其各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)下降較快[3]。

袖閥管注漿技術(shù)是法國Soletanche公司研發(fā)一種地基加固處理方法，國內(nèi)從20世紀(jì)90年代開始將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑地基土體處理的加固工程中[4]，國內(nèi)外許多專家學(xué)者已對(duì)此進(jìn)行了研究。Fei Sha[5]等通過注漿模擬試驗(yàn)，得出了注漿時(shí)土體和漿液之間的作用機(jī)理。Stuart Morgan[6]等根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出了對(duì)土層進(jìn)行注漿時(shí)注漿參數(shù)對(duì)漿液擴(kuò)散的影響程度。王生[7]等針對(duì)高鐵的路與橋的轉(zhuǎn)換區(qū)域，利用袖閥管注漿技術(shù)進(jìn)行加固處理，其有效地完善了袖閥管注漿技術(shù)的工法，并確定其實(shí)用價(jià)值。邵羽[8]等采用袖閥管注漿技術(shù)對(duì)拱座基礎(chǔ)中的飽和砂卵石層進(jìn)行加固處治，試驗(yàn)結(jié)果表明，袖閥管注漿技術(shù)可以顯著提高卵石層的摩擦性能和承載性能。張浩[9]等驗(yàn)證了模袋袖閥管注漿膨脹構(gòu)造的止?jié){巖盤可以有效對(duì)漿液擴(kuò)散起到控制作用，并達(dá)到了預(yù)期的注漿效果。孫國慶[10]等利用剛性袖閥管束注漿新技術(shù)，成功地解決了胡麻嶺隧道中砂層成孔性差、漿液擴(kuò)散困難等技術(shù)難題，驗(yàn)證了剛性袖閥管束注漿技術(shù)的可行性。

2 工程概況

廈門新會(huì)展中心項(xiàng)目地上建筑面積33萬m2，地下建筑面積20.82萬m2，其場(chǎng)地布置在沿海周邊，部分地基是由填海造陸形成的。由于填海地基中存在大面積的淤泥層，且其余各土層性質(zhì)復(fù)雜，作為典型的大跨空間結(jié)構(gòu)，其軟土地基處理尤為重要。試驗(yàn)樁基地層圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)樁基地層圖

工程采用PHC-AB型預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁，樁尖采用閉口型樁尖，樁徑D為500mm、600mm和700mm。持力層為中粗砂層，樁端進(jìn)入持力層深度不小于2m。由于試樁時(shí)樁基水平承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)對(duì)建筑工程內(nèi)展館位置的PHC-700-130-AB管樁周圍土體進(jìn)行袖閥管注漿加固，通過對(duì)樁基水平承載力的檢測(cè)反映袖閥管分層注漿技術(shù)對(duì)軟土地基的加固效果。

3 袖閥管分層注漿技術(shù)與試驗(yàn)方案

3.1 袖閥管注漿技術(shù)原理

袖閥管注漿技術(shù)是利用注漿泵將水泥漿加壓，通過密封的注漿器注入到袖閥管中，環(huán)繞在管外的橡膠管因注漿壓力而打開，管外的套殼料因管內(nèi)注漿壓力過大而快速破碎，漿液泵入到受注的地層內(nèi)。袖閥管的橡膠管保護(hù)套可以有效防止?jié){液回流，同時(shí)當(dāng)袖閥管外的漿液壓力大于管內(nèi)的漿液壓力時(shí)，橡膠管會(huì)主動(dòng)閉合，防止水泥漿產(chǎn)生回流[11]，如圖2所示。

圖2 注漿前剖面圖

3.2 袖閥管注漿技術(shù)的儀器及原料

現(xiàn)場(chǎng)選用PVC袖閥管和不銹鋼注漿器。PVC袖閥管直徑28mm、厚度2.5mm， 構(gòu)造主要包括PVC管、 橡膠管、 出漿孔和袖閥管堵頭等。不銹鋼注漿器構(gòu)造包括輸漿管、上端阻漿塞、出漿孔和下端阻漿塞等，如圖3所示。

圖3 袖閥管注漿儀器詳圖

在袖閥管注漿加固土層的過程中，影響注漿加固效果的因素有注漿參數(shù)、水泥漿和套殼料的性能等。因此，水泥漿和套殼料的配合比至關(guān)重要。工程選用建福牌42.5普通硅酸鹽水泥和閩高牌混凝土高效速凝劑。工程中套殼料水灰比為0.8，高效速凝劑摻量4%，注漿料水灰比取0.45～1.0。

3.3 袖閥管注漿的施工工藝及相關(guān)參數(shù)

袖閥管注漿法的施工工藝流程如圖4所示，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

圖4 袖閥管注漿流程

表1 袖閥管分層注漿相關(guān)參數(shù)

(1)測(cè)量定位及鉆孔：注漿孔間距為1.35m，梅花形布置，漿液預(yù)估擴(kuò)散半徑為1m，如圖5所示。采用全站儀或衛(wèi)星定位儀，根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求確定鉆孔位置，定位后利用鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔。

圖5 注漿孔布置及噴漿范圍

(2)安插袖閥管：先對(duì)袖閥管的一端進(jìn)行封口，為了防止下管過程中發(fā)生彎曲，需往管內(nèi)注入一定量的水。

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(3)套殼料替換土漿：安插好袖閥管后，立刻將制配好的套殼料壓入孔內(nèi)，替換孔中的土漿。發(fā)現(xiàn)上部涌出套殼料時(shí)，停止灌漿。靜置養(yǎng)護(hù)3天后進(jìn)行下一道工序。

(4)注漿：待套殼料達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)行下一道工序，根據(jù)施工要求配置合適的注漿液，調(diào)整注漿速度以達(dá)到預(yù)期效果。

(5)封住袖閥管口，同時(shí)清理場(chǎng)地。

4 注漿加固效果驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選用同一根樁對(duì)加固前后進(jìn)行單樁水平靜載試驗(yàn)，加固前對(duì)樁基X軸方向的水平承載力進(jìn)行檢測(cè)，加固后對(duì)該樁Y軸方向的水平承載力進(jìn)行檢測(cè)，以此來驗(yàn)證袖閥管注漿對(duì)土體的加固效果。

試驗(yàn)選用加載試塊作為反力裝置，試驗(yàn)荷載通過一臺(tái)50t油壓千斤頂以0.4L/min速度進(jìn)行施加。樁基承臺(tái)底面標(biāo)高要與水平作用點(diǎn)一致，千斤頂水平作用力需通過樁身軸線。試驗(yàn)荷載用0.4級(jí)精密壓力傳感器測(cè)讀，水平位移觀測(cè)采用兩支精度為0.01mm、量程為50mm的位移傳感器，單樁水平靜載試驗(yàn)示意圖如圖6所示。

圖6 單樁水平靜載試驗(yàn)示意圖

本試驗(yàn)加載根據(jù)《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，采用單向多循環(huán)加載法，其分級(jí)荷載不大于樁基水平承載力的1/10?，F(xiàn)場(chǎng)樁基設(shè)計(jì)最大水平試驗(yàn)荷載為250kN，每級(jí)荷載增加25kN。每級(jí)荷載施加后，恒載4min后觀測(cè)其水平位移，卸載后停滯2min觀察其殘余水平位移。循環(huán)5次完成一級(jí)荷載的觀測(cè)，得到H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，對(duì)比加固前后的樁基H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，通過分析得到袖閥管注漿技術(shù)在軟土地基中對(duì)樁基水平承載力的影響程度。

4.2 注漿加固效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證袖閥管分層注漿加固效果和淤泥層固結(jié)程度，對(duì)完成注漿加固并靜置3天后的位置進(jìn)行開挖(如圖7所示)，觀察挖出的淤泥層土體水平截面和豎向截面，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，淤泥土層上部和下部的注漿液擴(kuò)散以滲透和壓密的形式為主，呈圓柱狀向四周擴(kuò)散，中部漿液主要為劈裂形式進(jìn)行擴(kuò)散，土體中生成大量片狀生成物，生成物厚度在6～10mm左右，注漿液呈扇葉狀向四周擴(kuò)散，范圍較廣。

(a)土體水平截面 (b)土體豎向切面

通過土體開挖發(fā)現(xiàn)，注漿液已達(dá)到預(yù)期的注漿范圍，注漿液已填充淤泥中的微小空隙，增大了其孔隙水壓力，使淤泥土層更加密實(shí)。片狀生成物使淤泥土體更加牢固，加快了其固結(jié)沉降速度，對(duì)土層起到壓密的效果，把軟弱的土體膠結(jié)成一個(gè)整體，對(duì)軟土地基加固有優(yōu)異的效果。

4.3 單樁水平靜載試驗(yàn)結(jié)果

通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)樁基進(jìn)行單樁水平靜載試驗(yàn)(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及檢測(cè)裝置見圖8)，得到H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線，如圖9和圖10所示。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及檢測(cè)裝置

圖9 H0-t-Y0曲線

圖10 H0-△Y0/△H0曲線

由圖9和圖10可知，土體采用袖閥管注漿加固前，在250kN循環(huán)加載作用下，樁頂標(biāo)高處水平位移最高達(dá)到59.45mm。根據(jù)JGJ 106-2014規(guī)范，取設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高水平處位移6mm所對(duì)應(yīng)的荷載75kN的0.75倍作為樁基水平承載力特征值，計(jì)算結(jié)果為56.25kN。采用袖閥管分層注漿技術(shù)加固后，在250kN荷載的循環(huán)加載作用下，樁頂標(biāo)高處水平位移只有9.94mm，是加固前位移量的1/6左右。取設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高水平處位移6mm所對(duì)應(yīng)的荷載150kN的0.75倍作為樁基水平承載力特征值，計(jì)算結(jié)果為112.5kN。加固后樁基的水平承載力特征值是加固前水平承載力特征值的2倍。

對(duì)比加固前后H0-△Y0/△H0曲線可知，加固前每級(jí)加載的位移梯度增長遠(yuǎn)大于加固后每級(jí)加載的位移梯度，加固前位移增長趨勢(shì)明顯。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，袖閥管分層注漿加固技術(shù)可有效提高軟土地基中樁基的水平承載力，為實(shí)際工程提供數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié) 語

(1)在軟土地基中采用袖閥管分層注漿技術(shù)，樁基水平承載力特征值有了顯著提升，達(dá)到112.5kN，是加固前樁基水平承載力特征值的2倍。

(2)注漿壓力為0.2MPa～1MPa、水灰比為0.45～1、注漿間距1.35m的注漿條件下，土體主要通過滲透作用、壓密作用與劈裂作用進(jìn)行改性，從而有效提高樁基的水平承載力。

(3)通過對(duì)比H0-t-Y0曲線和H0-△Y0/△H0曲線可以發(fā)現(xiàn)，加固前后相同荷載下，樁頂標(biāo)高處水平位移差值相差較大，體現(xiàn)出袖閥管分層注漿技術(shù)可以大幅度地加固土體，從而提高樁基的水平承載力，為今后的實(shí)際工程提供了依據(jù)。