灌浆加固法在既有建筑物软土地基施工中的应用浅析
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发布者：lunwenchina
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时间：2010年8月23日 14:39
摘要：对建于软土地基上的建筑物出现的地基承载力不足(超沉)、倾斜(不均匀沉降)等问题，采用静压灌浆法进行加固处理是常用方法之一。但实践证明，单一采用静压灌浆法加固已建建筑物地基，往往存在难以解决的问题，为了解决前述静压灌浆加固施工中存在的问题，充分发挥灌浆加固特有的优越性能，结合工程的实际情况我们研究提出了加固处理已建建筑物地基的新方法—围封灌浆加固法。
关键词：灌浆加固法 原理 软土地基 施工方法
0 引言
在土质相同，但其密度或强度不同的两种土区的界面处灌浆，则压力浆液首先将较弱一边的土层劈开，并沿劈裂面进行扩散和延伸，灌浆压力愈大、注浆量愈多、土体的强度愈低、浆液扩散和延伸俞远．只有当弱区土层得到一定程度的加固后，浆液才能进入密度和强度相对较大的土层，根据这一原理，如果要在已建建筑物基础周边打孔对该地基进行灌浆加固，因地基在建筑物荷载作用下，土体已得到相应的固结，则其密度与强度均大于基础以外的土体，因此压力浆液将向建筑物基础以外土体劈裂、扩散和延伸。由断裂力学理论可知，一旦土体劈裂后，则不需多大的灌浆压力，劈裂缝将很快向外延伸，这样，不但浪费了大量的灌浆材料，延长了加固工期，甚至达不到加固地基的目的。同时，由于嵌泥或淤泥质饱和粘性土透水性小、流动性大等特点，浆液进入土层后。不能很快固结，促使土体向地基外侧推移一导致建筑物基础产生附加沉降对需加固的工程更为不利。因此，对淤泥和淤泥质软土地基采用灌浆加固时，为了有效地利用浆液，使其向所需加固的地基范围内灌注。在进行静压灌浆加固时，须首先将加固区域进行围封，切断需灌地基与外围弱土区的联系，阻止浆液向地基以外流动、扩散和基土外移。
1 灌浆加固既有建筑物软土地基原理分析
在软土地基中进行灌浆，由于压力浆液在劈裂、延伸和扩散过程中对周围土体具有挤密和充填作用，从而改变原地基土的物理力学性质和承受荷载的反应机制，提高了地基承载力和降低沉降变形，达到软土地基加固目的。由于在土体内灌入了可凝浆液，除基土弹性变形和土体结构改变容纳了部分浆液凝结体的体积外，其余部分可使加固范围内的土体体积增加，对建筑物基础具有抬升作用。
对地基进行灌浆加固通常采用在既有建筑物基础周边打孔灌浆，由于受建筑物荷载作用基础下土层的强度大于基础外土层的强度，因此压力浆液将首先向建筑物基础以外的土体劈裂、扩散和延伸。由断裂力学理论可知，一旦土体劈裂后，则不需大的灌浆压力，劈裂缝将很快向外延伸。这样，不但浪费了大量的灌浆材料，延长了加固工期，甚至达不到加固地基的目的。同时，由于淤泥、淤泥质及饱和粘性土透水性小、含水量大、灵敏度高等特点，浆液进入土层后不能很快固结，在其压力作用及扩散的带动下，促使土体向地基外侧推移，导致建筑物基础产生附加沉降。所以采用常规方法对既有建筑物地基进行灌浆加固施工，易出现以下现象：①难以保证持力层土体的加固效果；②施工初期导致建筑物沉降加速；③对于不能设置灌浆孔的建筑物中间部位的基土加固困难。出现上述问题的主要原因在于灌浆的浆液扩散范围不能得到有效控制。
2 围封灌浆加固既有建筑物地基的应用研究
2.1 加固方案的设想 为使灌注的浆液扩散范围得到控制，我们提出了先围挡后灌浆（称为围封灌浆）这一新的灌浆加固和纠偏抬升施工方法；在对既有建筑物地基进行加固施工时，首先采用高压喷射灌浆或其它工艺，在需进行加固的区域外缘构筑具有一定强度，能够阻止土体侧移、限制浆液扩散范围的地下围封挡墙，隔断加固区土体与周围土体有联系。其后采用静压灌浆法从靠近围封挡墙处开始，顺序逐步向建筑物基础靠近进行灌浆施工，迫使基础外围灌注的浆液向基础下土层挤入，以此来调整控制建筑物的沉降速率。围封挡墙可以根据工程情况对需加固区域进行全部围封或部分威风。全围封主要针对既有建筑物地基整体加固或抬升的工程；部分挡墙则主要针对建筑物的纠偏工程。
2.2 现场试验 为验证围挡灌浆在工程应用上的可行性及实用性，我们进行了一次小型围封、单孔多次灌浆试验。试验采用高压喷射灌浆方式进行四面围封，围封面积约4m×4m，中间部位设置单个灌浆管，分3次灌浆。灌浆完成3d后进行开挖，试验证明实际施工可以达到预期效果。
2.2.1 注入地下的浆液凝结体（浆脉）呈树根状、竖向薄板状向四周以折线形辐射延伸，薄板状浆脉分为3层，即每次灌浆都形成1个新层，向两侧挤压土体。
2.2.2 向四周辐射的浆脉在近围挡墙处折转回头。
3 基本施工方法
在加固施工时，首先采用高压喷射灌浆工艺，在需进行加固的区域外缘营造地下围封板墙，隔断需加固土体与周围土体的联系，形成围封一高喷板墙具有一定的强度，且为一整体结构？可以起到阻止土体侧移、限制浆液扩散方向的作用。
为避免因施工扰动引起建筑物的附加沉降，围封板墙可设置在距建筑物稍远的安全距离处，静压灌浆从靠近围封板墙处开始分序逐步向建筑物靠近。迫使基础外围土体向基础底部挤压—以此来控制施工初期建筑物的沉降速率—埋人基土内的灌浆外管宜采用较耐久的钢制品以便使用较大的灌浆压力进行多次重复灌注多次注入的浆液迫使基土经过扰动—固结—再扰动—再固结的多次循环过程，大幅度提高被灌土体的强度。
对于楼房等建筑物的地基，为防止施工对建筑物造成新的损害，灌浆施工过程中应对建筑物沉降位移进行精密观测，根据观测结果及时调整灌浆位置及灌浆量等施工参数。在围封区内设置排水孔或排水板，以加快体中多余水分的消散，降低灌浆引起的超孔隙水压力值．
4 对几个问题的认识
通过工程实践和对实际资料的分析研究，形成以下看法，现介绍如下：
4.1 围封灌浆土体排水规律的认识 在进行过数次灌浆后.通过劈裂进入土体内的浆液凝固后体积产生收缩，凝结的浆脉与基土界面问透水性远大于地基软土。形成纵横交错的排水通道，土体中排出的和浆液凝固析出的水体袷透水通道进入灌浆外管，从管口排出。排出的水体压力水头可超出地面数米。流量达每小时数10升。由于这一现象的存在，在淤泥或淤泥质软土中进行围封灌浆有时可不必另专设排水孔。根据这一认识，在5万立方米。的油罐地基灌浆加固时未设排水孔，施工时所有的灌浆孔均出现滴冒水现象，施工结束十数天后逐渐消失。
4.2 浆液 围封后灌浆使用的浆液以粗、稠为好，一般以灌浆泵的能力为限。灌注浆液多采用水泥浆并掺加部分粉煤灰(可为湿排原浆灰)等掺加料。水泥浆液掺加较多的粉煤灰后，凝结体的强度会大幅度降低，灌浆加固后浆脉在土体中的骨架作用随之降低，浆液凝固析出的水体随之增加，有可能给灌浆效果带来不利的影响。但是这种浆液的造价低廉，而且形成的浆脉强度终究还是远大于软土地基强度，通过对基土的多次大量灌注，以基土强度的大幅度提高来弥补浆脉的强度降低影响，仍可达到地基加固目的要求。基于这种指导思想，在5万立方米的油罐地基灌浆加固施工中，水泥与粉煤灰比例曾试验性的用到1：2，并未发现有任何不良后果。
4.3 孔隙水压力对建筑物沉降的影响问题 根据研究和实铡资料证明，在一般情况下，孔压上升时建筑物上抬；孔压下降，建筑物下沉．但当孔隙水压力上升达到上浮自重应力后，继续灌浆将不会使建筑物抬升，反而出现沉降情况，待孔隙水压力得到一定消散后(一般停1～2d)，继续灌浆才能获得正常施工效果，对软牯土中大量灌浆出现的这一现象可能是在高孔隙水压力下。土体的有效应力减小，土体产生侧向滑移的结果，其原因及其后果尚需进一步研究。对围封后进行灌浆比较一致的意见是采取适当工程措施。加速排放基土中析出的水体，控制孔隙水压力的增长，灌浆期间孔隙水压力的变化情况可作为灌浆加固效果的间接衡量标准。
关键词：灌浆加固法 原理 软土地基 施工方法
0 引言
在土质相同，但其密度或强度不同的两种土区的界面处灌浆，则压力浆液首先将较弱一边的土层劈开，并沿劈裂面进行扩散和延伸，灌浆压力愈大、注浆量愈多、土体的强度愈低、浆液扩散和延伸俞远．只有当弱区土层得到一定程度的加固后，浆液才能进入密度和强度相对较大的土层，根据这一原理，如果要在已建建筑物基础周边打孔对该地基进行灌浆加固，因地基在建筑物荷载作用下，土体已得到相应的固结，则其密度与强度均大于基础以外的土体，因此压力浆液将向建筑物基础以外土体劈裂、扩散和延伸。由断裂力学理论可知，一旦土体劈裂后，则不需多大的灌浆压力，劈裂缝将很快向外延伸，这样，不但浪费了大量的灌浆材料，延长了加固工期，甚至达不到加固地基的目的。同时，由于嵌泥或淤泥质饱和粘性土透水性小、流动性大等特点，浆液进入土层后。不能很快固结，促使土体向地基外侧推移一导致建筑物基础产生附加沉降对需加固的工程更为不利。因此，对淤泥和淤泥质软土地基采用灌浆加固时，为了有效地利用浆液，使其向所需加固的地基范围内灌注。在进行静压灌浆加固时，须首先将加固区域进行围封，切断需灌地基与外围弱土区的联系，阻止浆液向地基以外流动、扩散和基土外移。
1 灌浆加固既有建筑物软土地基原理分析
在软土地基中进行灌浆，由于压力浆液在劈裂、延伸和扩散过程中对周围土体具有挤密和充填作用，从而改变原地基土的物理力学性质和承受荷载的反应机制，提高了地基承载力和降低沉降变形，达到软土地基加固目的。由于在土体内灌入了可凝浆液，除基土弹性变形和土体结构改变容纳了部分浆液凝结体的体积外，其余部分可使加固范围内的土体体积增加，对建筑物基础具有抬升作用。
对地基进行灌浆加固通常采用在既有建筑物基础周边打孔灌浆，由于受建筑物荷载作用基础下土层的强度大于基础外土层的强度，因此压力浆液将首先向建筑物基础以外的土体劈裂、扩散和延伸。由断裂力学理论可知，一旦土体劈裂后，则不需大的灌浆压力，劈裂缝将很快向外延伸。这样，不但浪费了大量的灌浆材料，延长了加固工期，甚至达不到加固地基的目的。同时，由于淤泥、淤泥质及饱和粘性土透水性小、含水量大、灵敏度高等特点，浆液进入土层后不能很快固结，在其压力作用及扩散的带动下，促使土体向地基外侧推移，导致建筑物基础产生附加沉降。所以采用常规方法对既有建筑物地基进行灌浆加固施工，易出现以下现象：①难以保证持力层土体的加固效果；②施工初期导致建筑物沉降加速；③对于不能设置灌浆孔的建筑物中间部位的基土加固困难。出现上述问题的主要原因在于灌浆的浆液扩散范围不能得到有效控制。
2 围封灌浆加固既有建筑物地基的应用研究
2.1 加固方案的设想 为使灌注的浆液扩散范围得到控制，我们提出了先围挡后灌浆（称为围封灌浆）这一新的灌浆加固和纠偏抬升施工方法；在对既有建筑物地基进行加固施工时，首先采用高压喷射灌浆或其它工艺，在需进行加固的区域外缘构筑具有一定强度，能够阻止土体侧移、限制浆液扩散范围的地下围封挡墙，隔断加固区土体与周围土体有联系。其后采用静压灌浆法从靠近围封挡墙处开始，顺序逐步向建筑物基础靠近进行灌浆施工，迫使基础外围灌注的浆液向基础下土层挤入，以此来调整控制建筑物的沉降速率。围封挡墙可以根据工程情况对需加固区域进行全部围封或部分威风。全围封主要针对既有建筑物地基整体加固或抬升的工程；部分挡墙则主要针对建筑物的纠偏工程。
2.2 现场试验 为验证围挡灌浆在工程应用上的可行性及实用性，我们进行了一次小型围封、单孔多次灌浆试验。试验采用高压喷射灌浆方式进行四面围封，围封面积约4m×4m，中间部位设置单个灌浆管，分3次灌浆。灌浆完成3d后进行开挖，试验证明实际施工可以达到预期效果。
2.2.1 注入地下的浆液凝结体（浆脉）呈树根状、竖向薄板状向四周以折线形辐射延伸，薄板状浆脉分为3层，即每次灌浆都形成1个新层，向两侧挤压土体。
2.2.2 向四周辐射的浆脉在近围挡墙处折转回头。
3 基本施工方法
在加固施工时，首先采用高压喷射灌浆工艺，在需进行加固的区域外缘营造地下围封板墙，隔断需加固土体与周围土体的联系，形成围封一高喷板墙具有一定的强度，且为一整体结构？可以起到阻止土体侧移、限制浆液扩散方向的作用。
为避免因施工扰动引起建筑物的附加沉降，围封板墙可设置在距建筑物稍远的安全距离处，静压灌浆从靠近围封板墙处开始分序逐步向建筑物靠近。迫使基础外围土体向基础底部挤压—以此来控制施工初期建筑物的沉降速率—埋人基土内的灌浆外管宜采用较耐久的钢制品以便使用较大的灌浆压力进行多次重复灌注多次注入的浆液迫使基土经过扰动—固结—再扰动—再固结的多次循环过程，大幅度提高被灌土体的强度。
对于楼房等建筑物的地基，为防止施工对建筑物造成新的损害，灌浆施工过程中应对建筑物沉降位移进行精密观测，根据观测结果及时调整灌浆位置及灌浆量等施工参数。在围封区内设置排水孔或排水板，以加快体中多余水分的消散，降低灌浆引起的超孔隙水压力值．
4 对几个问题的认识
通过工程实践和对实际资料的分析研究，形成以下看法，现介绍如下：
4.1 围封灌浆土体排水规律的认识 在进行过数次灌浆后.通过劈裂进入土体内的浆液凝固后体积产生收缩，凝结的浆脉与基土界面问透水性远大于地基软土。形成纵横交错的排水通道，土体中排出的和浆液凝固析出的水体袷透水通道进入灌浆外管，从管口排出。排出的水体压力水头可超出地面数米。流量达每小时数10升。由于这一现象的存在，在淤泥或淤泥质软土中进行围封灌浆有时可不必另专设排水孔。根据这一认识，在5万立方米。的油罐地基灌浆加固时未设排水孔，施工时所有的灌浆孔均出现滴冒水现象，施工结束十数天后逐渐消失。
4.2 浆液 围封后灌浆使用的浆液以粗、稠为好，一般以灌浆泵的能力为限。灌注浆液多采用水泥浆并掺加部分粉煤灰(可为湿排原浆灰)等掺加料。水泥浆液掺加较多的粉煤灰后，凝结体的强度会大幅度降低，灌浆加固后浆脉在土体中的骨架作用随之降低，浆液凝固析出的水体随之增加，有可能给灌浆效果带来不利的影响。但是这种浆液的造价低廉，而且形成的浆脉强度终究还是远大于软土地基强度，通过对基土的多次大量灌注，以基土强度的大幅度提高来弥补浆脉的强度降低影响，仍可达到地基加固目的要求。基于这种指导思想，在5万立方米的油罐地基灌浆加固施工中，水泥与粉煤灰比例曾试验性的用到1：2，并未发现有任何不良后果。
4.3 孔隙水压力对建筑物沉降的影响问题 根据研究和实铡资料证明，在一般情况下，孔压上升时建筑物上抬；孔压下降，建筑物下沉．但当孔隙水压力上升达到上浮自重应力后，继续灌浆将不会使建筑物抬升，反而出现沉降情况，待孔隙水压力得到一定消散后(一般停1～2d)，继续灌浆才能获得正常施工效果，对软牯土中大量灌浆出现的这一现象可能是在高孔隙水压力下。土体的有效应力减小，土体产生侧向滑移的结果，其原因及其后果尚需进一步研究。对围封后进行灌浆比较一致的意见是采取适当工程措施。加速排放基土中析出的水体，控制孔隙水压力的增长，灌浆期间孔隙水压力的变化情况可作为灌浆加固效果的间接衡量标准。
