水泥注浆在湿陷性黄土地区的应用

【摘要】结合中化近代环保化工公司厂房地基注浆加固工程实例，论述了水泥注浆法对基础进行加固施工技术原理及特点，采用该技术能够有效提高地基承载力，防止二次遇水沉降等方面取得了良好的施工效果，从而确保有效、经济、合理的防治地基湿陷性对建筑物的危害。

【关键词】湿陷性黄土，地基处理，承载力

1 引言

黄土在我国分布很广，面积约63万㎞2。其中湿陷性黄土约占3/4，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区。此外，新疆和鲁、辽等地也有局部分布。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土的结构会迅速破坏，强度迅速降低，并产生较大下沉。可以说，遇水沉降是湿陷性黄土的主要特征之一。建设在湿陷性黄土场地上的建（构）筑物随着排水系统的老化及近些年经常发生的连续降雨，湿陷性黄土地基遇水沉降导致上部结构开裂、位移等现象层出不穷，给人民的生命与财产安全造成严重威胁。因而在此类建（构）筑物地基发生沉降时，如何迅速有效的遏制地基下沉，最大程度的挽回损失，便成为当务之急。而水泥注浆在湿陷性黄土地区的既有建（构）筑物加固地基是否能够有效提高地基承载力，在与之相关的国家规范中并未明确提出。

2 工程概况

中化近代环保化工公司冷冻氮气站由中国华陆工程公司（原化工六院）2002至2003年设计完成，房屋长42米，宽12米，主体为钢结构，钢筋砼独立柱基础，基础下持力层为素填土与高湿陷性黄土。地基处理设计：基础底面下为2m厚整片灰土垫层，沿外缘外放2.0m。

该建筑建成使用多年来一直正常，但在2014年三月初即发现地面及外墙出现裂缝，表明地基不稳定，从而导致一层结构墙体普遍出现裂缝，最严重处C/3~4轴裂缝，3月4日开裂宽度17.46mm,3月9日为29.22mm，3月10日即发展为33.35mm，内外通透，室内混凝土地面及散水开裂，综上所述，已构成危房，威胁结构安全。为保证建筑物后续使用安全，我公司于二零一四年三月十二日，向中化近代环保化工公司提交厂房地基注浆加固工程设计与施工组织方案，经业主同意使用水泥注浆法对基础进行加固。

3 注浆加固的原理

3.1 基本原理

压力注浆的理论和实践是在土力学、岩石力学、工程地质流体力学和材料科学的基础上建立和发展起来的。在新建道路路基及既有建（构）筑物地基加固中，多有应用。国家相关规范也对压力注浆加固地基从设计到施工有明确的规定。压力注浆法是将一定的化学材料（无机或有机材料）配制成真溶液，利用气压、液压或化学原理把能凝固的浆液均匀地注入地层或缝隙中，使其渗透，扩散、胶凝或固化，驱走裂缝、孔隙中的水分和气体，并填充其位置，硬化后将岩土胶结成一个整体，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固技术。即化学注浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材工程技术进行基础和混凝土缺陷处理（加固补强、防渗止水）以改善介质的物理力学性质，提高其强度和抗渗性能的一种岩土工程施工新技术，借以提高工程质量的一项技术。

3.2 压力注浆提高地基承载力原理

压力注浆是通过注浆泵将水泥及硅酸钠、膨胀剂等混合浆用一定压力（0.2～0.3MPa)注入地基中。在注浆点使土体压密而形成浆泡。当浆泡的直径较小时，注浆压力基本上沿注浆孔的径向即水平方向扩展。压力注浆是用浓浆置换和压密土的过程，浆液以填充和渗透等方式，排出颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气，并占据其位置。经一定时间后，浆液便凝固，把原来松散的土粒或裂缝胶结为一整体，形成一种结构新的、强度大的、化学稳定性良好的“人造石”。

3.3 主要添加剂原理

硅酸钠溶液进入土壤后,钠离子与土中水溶性盐类中的钙离子（主要为硫酸钙）产生离子交换的化学反应,在土粒间及其表面形成硅酸凝胶,可以使土体的无侧限极限抗压强度达到0.6～0.8兆帕。膨胀剂与水泥的水化反应生成硫铝酸钙能产生适度膨胀，抵偿水泥浆的收缩。水泥水玻璃生成的阵棒状晶体可以有效堵塞空隙，降低渗透系数，提高整个建筑物周边地基承载力及稳定性，防止地表水渗透、减少基础持力层的流失及压缩，从而达到控制地基沉降。

4 施工工艺流程

4.1施工顺序及注浆方案

注浆孔布设→成孔→下注浆管→止浆塞→制浆→注浆 

4.2注浆孔布设

根据图纸及现场实际情况，在距离①轴8.1m（西侧区）处布设第一排注浆孔（最外侧），敷设长度20.4m，距离a轴1.1m（南侧区）布设第二排注浆孔（最外侧），敷设长度24.7m，距离c轴6.7m（北侧区）布设第三排注浆孔（最外侧），敷设长度24.7m，③轴（东侧区）布设第四排注浆孔（沿轴线）敷设长度20.4m，采用≧30mm钻孔直至终孔。

由外向内依次施工排设注浆孔，梅花状排列布置，根据施工经验钻孔深度约3m，具体钻孔深度根据现场实验注浆深度为准，内侧的一排注浆孔距离建筑物轴线1.5m，尽可能斜向基础底面延伸，以达到最佳处理效果。注浆孔的施测，由现场技术员用钢尺量距定点。

4.3成孔

采用钻探成孔，开孔口径≧Φ30mm，终孔口径≧Φ30mm。施工顺序先外排后内排，内排孔需向墙体方向倾斜100～120，其他孔应铅直成孔。采用跳孔间隔施工。为保证孔壁的渗透性能，清水钻进。如垮塌严重，需采用套管护壁跟管钻进。应控制泥浆浓度、保证孔内干净，方可下入注浆管进行注浆。施工要与有关部门衔接，将地埋管线具体位置标示出来，避免在施工中破坏已有设施。

4.4下注浆管

注浆筛管采用Φ25mm镀锌管（亦可采用PPR管作筛管），在筛管底部2m范围内交错钻4mm小孔4排，底部密封。

钻探成孔后，即下入注浆筛管，且下至距孔底部0.2米左右，上部与套管紧密连接。即分别下入通气管和长筛管各1根，通气管长约2米，长筛管下至孔底。

4.5止浆塞

注浆管下至设计位置后，在孔口沿注浆管四周倒入配置好的水泥浆（掺适量水玻璃），以控制在地面以下1.5m左右，适当捣实。待其达到一定强度后开始注浆，确保在注浆时上部止浆塞有可靠的密封性。

4.6制浆

双液的配置质量好坏直接影响注浆质量的效果，施工中应严格遵守相关操作规程。水玻璃及膨胀剂的掺量应通过试验达到最佳效果。

制浆配比：水泥∶水＝1∶0.5，（内掺适量膨胀剂、水玻璃）。水灰比根据现场施工情况适时调整，浆液浓度从稀逐步至浓。

配制过程：在搅浆桶内加入定量的水，开动搅浆机加入所需水泥及按设计用量的膨胀剂，搅拌1min后立即进行注浆，以免出现堵塞。

4.7注浆

采用单管注浆法，注浆顺序先下后上。注浆前先用清水清洗钻孔，然后用高压胶管连接孔内长注浆筛管及注浆机（短注浆筛管暂时封堵），启动注浆机，将搅制好的水泥浆注入浆孔内。随着注浆机的水泥浆量增加，将孔内多余的积水由出气管返出地表，待出气管有少量的水泥浆液流出时，将出气管封堵，此时整个孔内形成一个密室。水泥浆液在压力作用下，通过筛眼喷出渗入土层中，随着注入量的增加，注浆机上的压力表随之上升，注浆压力控制按从小到大，水泥浆由稀至浓的原则，注浆压力视实际情况而定，一般控制在0.2～0.4Mpa（压力控制先小后大，终注压力达到0.8～1MPa），如部分注浆孔存在上部回填土松散冒浆时，先暂停注浆1～2小时，待水泥浆初凝后，再进行二次压浆。整个注浆工作完成、待水泥浆初凝后，及时拔出孔内套管和筛管以便循环使用。

5 工程实际效果

后期注浆效果检测，工程28天后，我公司使用动力触探仪，选择5个位置进行实验，检测注浆处理后复合地基土层的胶结情况及地基承载力，均远大于原结构地基承载力设计值。

6 结语

笔者所供职加固公司，从2013年以来，参考国家相关规范，在陕西西安及周边地区进行了大胆尝试，通过各类不同原因、不同程度的既有建（构）筑物地基沉降加固工程，对于水泥注浆在湿陷性黄土地区提高地基承载力，防止二次遇水沉降等方面是否有效等积累了大量经验。

参考文献：

[1]《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》（JGJ/T 211-2010）

[2]《建筑地基处理技术规范》（ JGJ 79-2012 ）

[3]《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）

[4] 既有建筑地基基础加固技术规范（JGJ 123-2012）