乔建成

(山西省第十地质工程勘察院，山西大同 037006)

0 引言

近年来，压力灌浆加固路基的方法在石家庄市得到了越来越广泛的应用，其主要应用在以下几个方面:1)欠压密路基注浆加固;2)地下输水管道渗漏造成的路面变形及路基空洞注浆加固;3)地下隧道、顶管等市政工程施工过程中形成的塌方区注浆加固;4)湿陷性路基注浆加固;5)桥涵结构物台背、地下方沟胸腔等欠压密地段注浆加固等。实践证明，压力灌浆加固路基能够有效控制不均匀沉陷，避免路面脱空、变形、断陷事故，对保证工程质量、预防交通事故以及路基缺陷补救有重要的实用价值。本文结合多年来的工程实践经验，对压力灌浆应用过程中的一些问题进行分析探讨，希望能够对今后的施工有所借鉴。

1 注浆加固机理

注浆加固是利用一定的压力，通过注浆管将浆液注入路基土体，充填空洞缝隙，压密松散土层，胶结固化路基，从而达到消除路基缺陷、提高路基强度和减少不均匀沉降的目的。按加固机理，注浆方式主要有以下几种，即:充填注浆、渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆及复合注浆。

1)充填注浆。充填注浆是指浆液充填路基土中的大孔隙及大空洞。其特征是注浆后结石体与土体界限明确，结石体强度高，其形状与路基中原有的空洞相吻合。适用范围主要有卵砾石层、碎石层、粗砂砾石层、地下水管道渗漏形成的空洞、隧道及顶管工程中的顶部塌方区及背后回填虚方区等。

2)渗透注浆。渗透注浆方式的机理是利用压力使浆液进入土的孔隙和小空洞中，将其中的气体和自由水排出并胶结土体而不改变土体结构的原状和体积，从而使路基土层的抗压和防渗能力得以提高，消除路基的湿陷性和减少路基的不均匀沉陷。主要适用于中砂以上的砂性土、结构裂隙比较发育的土体、湿陷性杂填土路基等。

3)压密注浆。压密注浆指利用一定的压力注入粘稠的浆液挤压周围的土体，使土体密实，并在挤压后的空间内形成柱状或近球状的结石体，以使路基得以置换和加固的方法。主要适用于软土路基的加固。

4)劈裂注浆。所谓劈裂注浆，即浆液在较高的压力作用下，劈裂粘土地层，浆液沿劈裂缝隙渗透并充填，从而形成脉状或铁饼状结石体，以达到加固路基的目的。主要适用于软基加固以及为某种目的(如地下构筑物施工前为防止地层塌陷而进行的提前加固)而进行的注浆。

5)复合注浆。是指以上述某种注浆方式为主，并辅以其他方式的注浆，如劈裂渗透注浆。由于在多种情况下，路基欠压密与裂隙空洞同时存在，因此，注浆时也应根据实际情况选择复合注浆的方式，以便达到理想的注浆效果。

以上几种注浆方式，在石家庄市路基加固中均有不同程度的应用，但应用最广泛的还是以前三种为主的复合注浆方式。

2 注浆材料

注浆工种中使用的浆液系指由主剂、溶剂及各种添加剂按一定配比配置而成的混合液体，浆材一般分化学浆材和粒状浆材两大类。目前一般应用较多的是粒状浆材，包括水泥、粘土、膨润土、粉煤灰等。化学浆材中最常用的是水玻璃类浆材，其他高分子浆材很少应用。

2.1 注浆材料的选用原则

在选用注浆材料时，应综合考虑地层土质条件、注浆目的、地层可灌性、强度要求、环境影响等多种因素慎重选定，以免影响注浆效果和造成环境危害。

1)对于砂质土而言，其注入机理应以渗透压密为主，浆液必须有效渗入颗粒间隙，否则就达不到很好的加固效果。因此，选用浆材时应以溶液型浆材和细粒浆材为主(如水玻璃，超细水泥等)，重点分析其可灌性。

2)对于粘性土而言，其注入机理以劈裂压密为主，多选用水泥系浆材，并根据固化强度的要求选择主剂配制浆液。

3)对于卵砾石及存在大孔隙的地层，其注入机理以渗透为主，一般选择水泥系浆材，根据强度和防渗要求，常以粘土或膨胀润土作为添加剂。

4)选定浆液时要充分考虑对周围环境的影响，在近公共水域、作物和鱼塘时必须慎重，不仅要选择无毒性的水玻璃或水泥浆液，还要对浆液渗漏采取必要的防范措施。

2.2 水泥系浆液配制

水泥系浆材在压力注浆工程中应用最为广泛，常使用的水泥品种有:普通水泥、超细水泥、湿磨水泥等。一般普通水泥最大粒径变化范围为60 μm～100 μm，所制备的浆液很难进入渗透系数小于n×10－2cm/s的砂土或宽度小于0.6 mm的裂缝，因此，超细水泥和湿磨水泥将会得到越来越广泛的应用。灌浆用水泥浆材的细度要求是通过4 900孔/cm2标准筛的筛余量小于2%～5%，而且必须使用32.5 MPa以上的高标号水泥。浆液制备和检验可参考表1合理确定。

表1 水泥浆液配比及性质

通常水灰比可选择在1～2.5的范围，结石强度一般为5 MPa～100 MPa，选用原则一般孔隙越小，水灰比应适当增大。

当进行大型空洞灌浆时，为了节约水泥，降低工程造价，并改善浆液及其结石的性状，可在水泥浆中添加粘土、粉煤灰等辅材。由于粘土细粒成分多，亲水性强，沉淀析水少，在水泥浆液中加入适量粘土可大大提高浆液的稳定性。

2.3 水玻璃系浆液配制

水玻璃系浆液由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。由于此类浆液具有粘度很低、近似真溶液、可灌性好、浆液的胶凝和固化时间可控、胶凝体渗透系数低(可达10－6cm/s～10－8cm/s)等优点，因而在地层可灌性较差及地下水流速较大的情况下应用更为有效。配制时应将水玻璃溶液稀释成33°Be'～45°Be'溶液，选择掺加的胶凝剂时根据胶凝时间、结石强度等要求综合确定。

3 注浆工法

在众多的注浆工法中，在石家庄市路基注浆中应用最多的是单花管注浆法，有时也采用单液钻杆注浆法，双液双重管法应用极少。下面仅讨论单液花管注浆法。

3.1 注浆施工调查

在选择注浆工法之前，首先应对施工现场进行调查，调查内容包括土质调查、地下水渗水性、水质、流速调查、地下埋设物调查、环境影响调查等。以便于合理确定注浆工法，确保注浆加固效果，而又不损害地下埋设物，造成环境危害。

3.2 注浆设计及施工

注浆设计是在现场调查的基础上，结合注浆目的(即止水、地层加固或两者兼顾)而进行的。设计包括以下内容。

3.2.1 注入范围的设定

注入范围一般根据注入目的由计算公式并结合经验确定。在一般粘性土内注浆时，扩散半径通常为1.0 m～1.5 m，注浆孔布设呈梅花形，孔间距可采用1.5 m～2.5 m，排距一般2 m～3 m左右，注浆孔布置应覆盖整个加固区域。

3.2.2 注浆材料的选用

注浆工法中所选用的浆材主要依据注入地层的地质参数及加固目的和周围环境条件选定。一般孔洞注浆和粘土注浆多用水泥系悬浊型浆液，而砂土注浆多用水玻璃系溶液型浆液。

3.2.3 成孔

成孔时根据土质条件及地下埋设物情况选择施工机械，在地下管道较密集且未详细查明其分布时，应尽量选用小型机械或洛阳铲人工成孔，当场地无限制时一般采用汽车钻成孔。如果路基中孔隙连通较好，为防止串浆可分次序成孔注浆。钻孔成形后，埋设注浆花管。

3.2.4 注浆

在注浆之前首先要确定注入率，即注入预定地层范围内的浆液体积与该范围内土体体积之比。根据我们的施工经验，砂土中加固注浆其注入率一般为20%～40%;粘土注入率一般在30%～50%的范围内(指劈裂注浆)。实际注浆时，注入量应大于设计注入率指定的量。

注浆时单位时间的注入量即注入速度应根据压力—速度曲线结合注浆目的确定，一般可凭经验确定为10 L/min～20 L/min。

注浆压力目前尚无定量公式可用，一般应根据现场试验并结合实践经验确定，对于石家庄市的地层，一般情况下注浆压力为0.3 MPa～0.5 MPa，最大极限注浆压力为 0.7 MPa ～0.8 MPa，注浆时应重视注浆压力的变化情况，一般在压力有规律上升，而注浆速度较稳定的情况下可获得较好的注浆效果。

3.2.5 结束灌浆标准

一般情况下当出现下列情况之一时可结束灌浆:1)灌浆量大于设计灌浆量;2)灌浆压力迅速上升，并大于设计压力，且灌浆速度衰减至小于5 L/min;3)在设计压力下吸浆量为零并持续5 min以上;4)出现串浆或沿地下管道渗漏，导致在压力很小的情况下注浆量异常。

3.3 特殊情况处理

1)孔口冒浆，当发生孔口冒浆现象时一般是由于孔口封堵不严造成的。可采取更换止浆塞的办法，或者采用水泥水玻璃浆液对孔口进行封堵再行注浆，还可以采用减少压力的间歇式注浆方法。

2)串浆。当注入孔的浆液从相邻孔溢出时不宜更改钻孔间距，而应采取分次序隔行跳打跳注的方法解决，以确保施工质量。

3)二次注浆。当注浆目的是为了填充大孔洞或用于防渗时应尽量采取二次注浆的方法。原因在于:a.一次注浆可能存在未被填充的部位;b.浆液的结石率较低，原来被浆液充填的部位因浆液结石析水后又形成空洞;c.第一次注浆未达到设计要求的部位。当采用二次注浆时应当首先考虑分次序二次注浆方案，局部补浆时可采用单孔二次注浆的方法待浆液终凝后立即实施。

4 注浆施工管理

1)注浆工法设计应在现场调查的基础上进行，实际施工时应密切监测对周围环境的影响，杜绝隐患。2)注浆材料把好质量关，要求进场材料证件齐全，质量可靠。3)认真作好施工记录本、监测注入量～注入压力的变化过程，以便及时调整注入量。4)当发现注入工程条件有变时应及时调整设计，确保施工质量。5)现场技术人员应配合现场监理加强监管力度，动态监控整个施工进程，及时发现并解决施工期间出现的问题。

5 效果检测

注浆效果检测应根据注浆目的、设计方案、施工工艺等因素综合考虑。1)当注浆目的是为了提高路基的承载力，可考虑采用载荷试验(地表或钻孔)及标贯试验，或取样测定注浆土体的物理力学指标等方法。2)当注浆目的是为了防渗，可考虑采用原位注水或抽水试验的方法，获取渗透参数，评价防渗性。3)当场地平坦，施工条件较好时可采用地表探查法;如果注入深度大，场地条件较差，应以钻探方法为主。4)由于注浆施工的复杂性以及探测系数的局限性，应尽量采用取样、原位测试、室内化验以及物探等多种手段相结合的检测方案，同时应注重施工前后对比，以便及时发现问题，采取有效的补救措施，避免工程隐患。