潘 勇

(中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054)



软土地层基坑开挖过程中注浆加固效果分析

潘 勇

(中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054)

分析了软土地区注浆加固的作用机理，采用数值方法，分别对基坑坑底加固和桩周加固效果进行了分析，研究结果表明：对于基坑底部加固，加固深度取5 m～7 m最为经济合理，但坑底加固对基坑周边地表沉降控制作用不大，采取基坑桩周土体加固可以有效减小基坑周边沉降，有利于基坑周围建筑物的稳定。

软土地层，基坑，加固范围，注浆效果

0 引言

淤泥质软土具有天然含水量高，强度低，压缩性大，多呈软塑及流塑状态等特点，基坑开挖过程中，容易产生侧向挤出、底部隆起，影响工程施工安全。注浆加固是基坑工程中常用的工程措施，特别是对于软土基坑而言。注浆加固是保证基坑安全或将基坑开挖对周边环境影响程度降至最低的有效方法。

目前，在城市地铁建设过程中，通常要在建筑物、构筑物密集区域进行基坑开挖。这些建筑物、构筑物对变形非常敏感，对基坑底部、基坑四周土体进行注浆加固已成为当前基坑施工安全，地表建筑物、构筑物安全的重要措施。因此，本文采用数值模拟方法，对软土地层基坑开挖过程中注浆加固效果进行分析，以期为软土地层中基坑开挖的安全提供参考。

1 软土地层注浆加固作用

城市地铁建设过程中，软土地区基坑开挖中对基坑周围土体进行注浆加固的主要作用是为了减小基坑桩的水平位移，防止基坑土体失稳，控制基坑周围构筑物的变形，减小基坑底部的隆起变形，增加基坑稳定性等。加固的主要部位有：基坑底部的注浆加固；基坑纵向稳定的注浆加固；土墙底部的注浆加固；挡土墙外侧的注浆加固等。

淤泥质软土的颗粒直径小于0.01 mm，浆液无法渗入到其颗粒间隙中去，即使渗入也是小范围的，而且时间很长，无实际工程意义，因此，对于淤泥质软土通常采用劈裂注浆。注浆的浆液注入土体过程中，并不与土体混合(除高压喷射注浆及搅拌注浆工艺)而是以二相存在，同时产生充填效应、挤压效应、扩散效应、骨架效应、离子交换效应。

浆液向地层中某一部位渗透时，该部位的加固效果取决于：土体的间隙比和浆液自身的固结性能。通常来说，土体间隙比越大，浆液渗入土体就越多，加固效果就越好。离浆液注入孔越远，由于浆液压力变小，浆液充入土体的间隙中就越困难，土体的加固效果会降低，所以在注浆过程中，应该选取合适的注浆加固参数。浆液自身的固结特性(主要取决于浓度、材料成分)对加固效果的影响，在溶液型浆液的场合下，固结特性主要受浓度支配，浓度越高，强度和抗渗性越好。

尽管浆液可以向地层中渗透，但因上述两种因素极大程度的支配加固效果，所以实现均匀加固是很难的。在浆液完全没有渗透的地点，则掘削时该位置必漏水，漏水的程度因地下水和土质的不同而异，若未固结部位连通外部的滞水层，则大量的地下水和土砂同时流入，即出现塌方淹水事故。一般情况下地下水压越高，出现事故的可能性越大。

2 注浆加固效果分析

2.1 计算模型

本文注浆加固方案选取坑底加固及桩周加固两种情形，分析不同加固参数对深基坑变形控制效果。对于坑底加固，选取坑底加固深度1 m，3 m，5 m，7 m和9 m五种工况，对于桩周加固，选取桩周加固宽度1 m，2 m，3 m，4 m和5 m五种工况。

基坑支护采用φ1 200@1 000 mm冲孔桩加内钢管支撑形式，桩间用φ600高压旋喷桩作为止水帷幕，长28 m的套管钻孔灌注咬合桩体系。钻孔灌注桩桩顶设1 200 mm×1 000 mm冠梁。主体结构标准段竖向支撑由上到下共设置四道支撑，四道支撑均为φ600 mm(t=16 mm)钢支撑，如图1所示。基坑降水采用基坑内管井降。计算中模型取基坑两侧各R=80 m，计算深度取80 m。采用二维有限差分法进行计算，土层力学参数如表1所示，加固区域土体的弹性模量为加固前的3倍，其他参数不变。

2.2 计算参数

基坑桩插入坑底深度为8 m，桩重度取为23 kN/m3，泊松比为0.2，杨氏模量为3×107kN/m2。基坑桩采用弹性模型，其他岩土采用摩尔—库仑模型。计算中土层物理力学参数取值如表1所示。

表1 基坑土层参数

2.3 计算结果及分析

图2为坑底不同加固深度情况下坑底隆起曲线图，从图中可以看出，无加固时，坑底最大隆起值为104.3 mm，坑底很大范围内均为隆起最大值点，且最大值到最小值变化较陡，隆起曲线呈两侧陡、中间水平状；坑底1 m加固时，坑底最大隆起值为103.6 mm，最大隆起值及隆起曲线形状与无加固工况基本一致；3 m加固时，坑底最大隆起值降低为98.8 mm，相比无加固工况降低5.2%，坑底隆起曲线仍为两侧陡、中间平，但坑底隆起最大值的范围相比前两种工况有些许减少；5 m加固时，坑底最大隆起值为84.9 mm，相比无加固工况降低18.6%，坑底隆起曲线呈现明显的拱形，即基坑中线处隆起值达到最大，越往基坑边缘隆起值越小；7 m加固时，坑底最大隆起值为75.8 mm，相比无加固工况降低27.3%，坑底隆起曲线呈现明显的拱形；9 m加固时，坑底最大隆起值为66.7 mm，相比无加固工况降低36.0%，坑底隆起曲线呈现明显的拱形。

综合上述结果可知，坑底加固深度越大，对坑底土体隆起的抑制作用也就越大，但当基坑底部加固深度大于7 m后，这种抑制作用会越来越不明显。因此，实际施工中应控制坑底加固深度在7 m以下，以使效益最大化。显然，加固深度太小又达不到加固效果，因此，建议对软土地层中基底加固深度为5 m～7 m。

图3为不同加固深度时基坑周边地表最大沉降值对比曲线图，由图中可知，随着坑底加固深度的增加，坑周地表最大沉降值会逐渐减小，但幅度不大，即坑底加固对基坑周边地表沉降控制作用不大。

图4为桩周不同加固范围时桩体水平位移曲线图，从图中可以看出桩周土体加固主要控制桩的最大水平位移，水平位移最大位置约为桩身的1/2处，桩顶与桩底水平位移基本变化值可以忽略不计，这主要是因为在桩顶设置了支撑，使得桩顶位移基本不变。另外，桩的深度为坑底8 m，使得桩底位移也基本不变。对于桩身的1/2处最大水平位移，无加固时桩体最大水平位移为23.42 mm；1 m加固时最大水平位移降为23.00 mm；2 m加固时最大水平位移值为22.09 mm；3 m加固时最大水平位移值为21 mm；4 m加固时最大水平位移值降为19.73 mm；5 m加固时桩体最大变形值为17.92 mm。由此可知，采取5 m加固宽度时，可以减小23.5%桩体最大水平位移值，这主要原因是通过桩周土体加固，提高了土体强度，减小了作用在桩身上侧压力，进而减小桩身水平位移。

图5为桩周不同加固范围时地表最大沉降值变化曲线图，从图中可以看出，随着加固范围的加大，坑周最大沉降值持续减小。可见，采取桩周土体加固措施也可以有效减小基坑周边沉降，有利于基坑周围建筑物的稳定。另外，从图中还可以看出，加固范围为前3 m内时，曲线斜率逐渐增加，3 m以后斜率不再变化，也就是说，随着加固范围的增加，土体加固对地表最大沉降值的控制作用并不是呈线性增加，而是在3 m后才呈线性增加。

3 结语

文章在分析软土地区基坑周围土层注浆加固作用基础上，通过数值方法分别对基坑坑底加固和桩周加固效果进行了分析，得出以下主要结论：

1)对于基坑底部加固，坑底无注浆加固时，坑底隆起曲线呈现两端陡，中间呈水平状，此时土体受力不均匀，易导致坑底土体破坏；当坑底加固深度达到5 m～7 m时，坑底隆起曲线呈现拱形状，此时土体受力最为均匀，因此，实际工程中最为经济合理的基底加固深度为5 m～7 m。

2)随着坑底加固深度的增加，坑周地表最大沉降值会逐渐减小，但幅度不大，坑底加固对基坑周边地表沉降控制作用不大。

3)采取5 m加固宽度时，可以减小23.5%桩体最大水平位移值，通过桩周土体加固，提高了土体强度，减小了作用在桩身上侧压力，进而减小桩身水平位移。

4)随着加固范围的加大，基坑周边最大沉降值持续减小，可见，采取桩周土体加固措施也可以有效减小基坑周边沉降，有利于基坑周围建筑物的稳定。

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In the process of soft soil layer excavation grouting reinforcement effect analysis

Pan Yong

(China Railway First Group Company Limited, Xi’an 710054, China)

Around the foundation pit in soft soil area is based on the analysis of soil grouting reinforcement effect, based on the numerical method is used respectively to foundation pit bottom of pile strengthening and reinforcement effect are analyzed, the results show that: for foundation pit at the bottom of the reinforcement, reinforcement depth take 5 m to 7 m the most economic and reasonable, but on strengthening to control the ground settlement around the bottom does little, around the pile soil consolidation measures can effectively reduce the settlement of foundation pit, is advantageous to the foundation pit stability of surrounding buildings.

soft soil layer, foundation pit, scope of reinforcement, grouting effect

1009-6825(2016)34-0075-03

2016-09-27

潘 勇(1980- )，男，工程师

TU463

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