袖阀管注浆

饱和砂砾层地质条件下袖阀管注浆加固地基施工工法

1 前言

近几年，我国的建筑市场竞争也变得相当激烈，价低、质优、节能的施工技术颇具市场竞争力，受到施工投资方的青睐，因此施工企业必须注重新的施工技术以及工艺的开发，充分引进新的施工技术，提高队伍的施工水平已经是大势所趋，只有这样，才能在建筑市场上占据一定的优势。

在现代施工中,地基加固的方法有很多,劈裂注浆法是其中很有效的施工方法,而袖阀管注浆法是劈裂注浆法中最常用的工艺。该工艺于20世纪50年代由法国Soletanche灌浆公司开发利用,20世纪70年代中期进入香港,到20世纪90年代,在广州、深圳、珠江三角洲等地已得到广泛应用。该配套技术主要是利用钻孔设备(或顶管技术)将袖阀式注浆管置入地层;利用配套的注浆设备,采取洞内袖阀管注浆技术、地表垂直袖阀管注浆技术,将超细水泥水玻璃双液浆注入饱和、动态含水砂层。通过注浆,较均匀地固结了砂层,达到了“加固砂层、注浆堵水”的目的。

2 工法特点

1、适用于50 mm以上的松散土洞、溶洞填沙及淤泥质土注浆。

2、具有上下两个阻塞器,能将浆液限定在注浆区段的任一层范围内进行灌浆以达到分层注浆效果。

3、阻塞器可以在光滑的袖阀管内上下移动,可根据设计要求及施工情况在注浆区内某一地层或砂层反复注浆。

4、注浆采用较大的注浆压力时,发生冒浆和串浆的可能性小。

5、根据地层情况(砂层或淤泥质土),可在一根注浆管内采用不同的材料,选择不同注浆参数进行注浆作业。

6、钻孔,注浆可采取分组或并行操作方式,以提高工作效率。

7、灌浆的施工机具比较简单,可采用专用灌浆泵,也可以自行用普通的泥浆泵加设一个简单的搅拌器组成。对进浆量较小的粉砂层灌浆,也可以采用简单的手压注浆泵或隔膜泵来代替。

3 适用范围

袖阀管注浆加固适用于饱和砂砾土层、地震液化土层、50 mm以上的松散土洞、溶洞填沙及淤泥质土。

4 工艺原理

4.1 说明

（1）袖阀管结构主要由Ф52 mmPVC外管、6分镀锌注浆内管、橡皮套、密封圈等组成。

（2）袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。注浆时,压力将小孔外的橡皮套冲开，浆液进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合。

（3）每个注浆长度固定为60 cm,还可以根据地层情况调整注浆长度，实现定量定尺可控注浆。

（4）可根据需要灌注任何一个注浆段，还可重复注浆。

（5）可使用较高的注浆压力，注浆时冒浆和串浆的可能性较小。

（6）钻孔和注浆分开,提高了钻孔、注浆设备的利用率。

（7）可在一个孔内灌注几种浆液材料。

（8）由于在被加固的地层中,进行了多点、定量、均衡的注浆，注浆体在地层中均匀分布，均匀连接，因此，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。超细水泥—水玻璃压力注浆加固地基，是将具有一定压力的超细水泥—水玻璃浆液，通过土层颗粒间的孔隙强行注入土层中，起到挤密和充填作用，迫使土层孔隙内的部分或大部分水和空气排去，从而加快土层的固结稳定，阻止或控制路基不均匀沉陷。

4.2 超细水泥—水玻璃压力注浆原理

注浆液由超细水泥浆加适量水玻璃配制而成。浆液注入地层后，水玻璃可与土层中碳酸钙起化学反应，生成硅胶；水泥与土颗粒及土层中其它填物胶结。同时，水玻璃可促使水泥早凝避免沉淀、析水、保证浆液和易性、可注性。注浆液通过土层中孔隙，起劈裂和渗流充填作用，所经之处均与土层牢固胶结,形成坚强持力层，提高了地基承载力，消除了土层的湿陷性，使土体遇水不会再产生不均匀沉陷，保持地基土体长久稳定。

5 工艺流程以及操作要点

5.1 施工工艺流程

测量放点→钻机成孔→注套壳料→插入袖阀管（底部接封堵器，上部接管盖）→待凝→清洗袖阀管腔插入注浆管芯→配制水泥浆→分点注浆→清洗袖阀管腔→待凝结。

5.2 操作要点

5.2.1 注浆参数的确定

①注浆半径的确定。依据袖阀管法理论模型，假定浆液在砂砾中作紊流运动，其扩散半径

r为：

1

r=

1

式中：t—灌浆时间，s；

cm s；

K—砂土的渗透系数, /

v—浆液的运动粘滞系数, /

cm s；

h—灌浆压力，Mpa；

1

r—灌浆管半径, cm；

d—被灌土体的有效粒径, cm；

e

n—土的孔隙率。

②浆液配合比的确定，浆液配合比的确定。经现场对比试验,根据现场所加固土体的特性,选用水灰比(重量)为(水：水泥)=(1：1.25)～(1：1)作为工程注浆配合比,开始注浆时采用稀浆液,如吃浆量大则加浓浆液。同时,考虑到掺加粉煤灰有利于改善水泥浆的稳定性。

③注浆压力。注浆压力与所加固土体上覆盖土层的压力、浆液粘度、注浆速度和注浆量等因素有关，注浆过程中压力是变化的。

④注浆孔布置。根据注浆有效半径为0.8m和柱距的大小进行设计。

⑤注浆量。所需浆量由以下公式推算：

1000

=??

Q K v n

式中: Q—浆液总用量, L；

K—浆液总用量, L；

v—土的体积, 3m；

n—土的孔隙率。

5.2.2 施工要点

（1）放线（放点）

由加固施工单位按加固平面布置图测放注浆孔，注浆孔间距 2.0m（1.6m）±0.1m。

（2）钻机就位、成孔

按现场测放点位置，准确就位，并校正钻杆的垂直度，采用地质钻机钻注浆孔，采用Φ91mm钻头钻进。使钻孔垂直精度控制在1%范围内。为准确探明地质情况，每相邻20孔设一个取芯钻孔，其余钻孔根据实际钻孔情况结合相邻取芯钻孔地质判断，做好地质记录，以便依据不同地质情况准确分段注浆。

（3）注入套壳料

套壳料的基本功能为:封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间,防止灌浆时浆液到处流窜，在橡皮袖阀和止浆塞的配合下，逼使浆液只在一个灌段范围开环（即挤破套壳料）而进入地层。套壳料的破碎程度越高，注浆率一般就越大，所需注浆压力也较小。套壳料采用以粘性土为主，水泥为辅的低强度配方,掺入细砂可提高套壳料的脆性。本工程借鉴常用的套壳料配方，水泥：粉质粘土：水=1：1.50：1.88，3d 龄期抗压强度为0.3Mpa。施工过程是：在孔中插入无孔眼的钢管，并通过此管压入套壳料，直至孔内泥浆完全被顶出孔外，拔出钢管。

（4）埋管

为节约成本，采用的袖阀管可采用满足强度要求的PVC管，由于该场地地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，故PVC 袖阀管不应取出。注浆孔径为90～110mm。本工程采用Φ90的PVC管，管子每隔50cm钻一组小直径射浆孔，射浆孔管底盖必须牢固密封。管连接时，两管口必须对平紧连，外套连接管两端须用胶布密封。管安插过程中如遇阻力，不能顺利向下插入，应查明原因，严禁使

用过大外力压入。管安插深度应与孔深一致，最大误差不应大于20cm，安插完成,向管内注满水，盖好保护帽并作标记。

（5）开环

所谓开环，是待套壳料养护3d具有一定强度后，通过注浆泵施加压力把套壳料压裂，为浆液进入地层打开通路。本工程采用快速开环，采用较大的起始泵压、较短的升压间隔时间和较大的压力增值进行开环。

（6）注浆

套壳料养护3天左右，具有一定强度后开始采用后退式分段注浆。根据注浆经验，袖阀管注浆易在密封橡胶套处被窜孔浆液浸入，造成注浆管失效。注浆方式是自下而上，采用双塞系统止浆塞分段注浆，每段长50cm。在设计压力下，注浆达到终注标准时，将注浆管上拔50cm后接着注浆，依次操作成孔，并采用1～3次加密来保证注浆效果。终注标准是必须符合以下情况之一：①一个50cm 注浆段的注浆量达到设计要求时；②在设计压力下注浆时,地面出现裂缝并冒浆；

③在设计压力下注浆时注入率≤1L/min。

注浆时准确记录注浆段的位置，与钻孔记录和地质断面资料对照，根据注浆设计参数结合注浆机理进行注浆：

①风化岩层注浆：注浆渗压采用P=静水压+1.5 Mpa，注入浆液，当注浆压升至P=静水压+2.0Mpa，并稳压10min后，终止注浆。

②粉质粘土(花岗片麻岩)注浆：粉质粘土注浆，采用注浆压P=1.8 MPa，快速将浆液压入土体中，以便桩间部分，得到尽量多的浆脉或压密土体，当注浆渗压升至P= 2.5 MPa并满足最小注浆量120L·m-1终止注浆。

③砂层或砾砂层注浆：砂层或砾砂层中，可注性较好，浆液极易扩散，采用渗透注浆原理，使浆液以可渗透的压力，置换孔隙水，注浆压力采用P=0.6 Mpa，缓慢注入浆液，当压力P=1.2MPa或注浆量达160L·m-1时，终止注浆。

④地表下素填土和粉质粘土注浆：此部分埋深0~7m，注浆极易引起地表上浮和隆起，危及管线安全，或者窜浆堵塞地下管道。施工时要边注浆、边量测地表上浮、边巡视是否有窜浆出现。注浆时采用的压力只要能注入浆液即可，终止注浆条件：注浆压力P=0.8MPa或注浆量为120L·m-1单管，若出现地表上浮或者窜浆，应停机分析原因并处理完善后才能注浆。

（7）冲洗并移位

单孔注浆结束后，必要时将水管插入孔底，用清水冲洗塑料管，直至返清水。

5.3 施工劳动力组织（见表一）

6 材料与设备

6.1 材料

主要材料如下所示。具体数量根据注浆范围和深度而定。

（1）425普通硅酸盐水泥；

（2）粉煤灰；

（3）袖阀管；

（4）膨润土。

6.2 机具设备（见表二）

表二主要机具设备

7 质量控制

7.1 工程质量控制标准

袖阀管注浆地基加固质量验收执行以下标准：

1、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）

7.2 工程质量保证措施

7.2.1 前期质量控制

（1）组织工程建设相关质量责任主体进行技术交流。明确地基处理技术规范，及时发现设计加固方案中的差错与不足。

（2）要求施工单位严格按照方案施工。

（3）施工场地做到三通一平。

（4）原材料质量控制：原材料质量控制是袖阀管加固地基施工质量控制的第一步，其合格与否直接影响加固的质量，本工程在原材料选用方面进行严格监控。

7.2.2 施工过程质量控制

（1）钻孔

①钻孔的孔径应比袖阀管直径大30-40mm；

②遇卡孔、塌孔时应注浆后重钻；

③钻孔合格后应及时安装管，其接长时连接必须牢固。

（2）注浆材料

①具有良好的可注性；

②固结后收缩小，具有良好的粘结力和一定强度、抗渗、耐久和稳定性，当地下水有侵蚀作用时，应采用耐侵蚀性材料；

③无毒并对环境污染小；

④注浆工艺简单，操作方便、安全。

（3）注浆浆液要求

①预注浆和高压喷射注浆宜采用水泥浆、粘土水泥浆或化学浆液；

②壁后回填注浆宜采用水泥浆液、水泥砂浆或掺有石灰、粘土、粉煤灰等水泥浆；

③注浆浆液配合比应经现场试验确定。

（4）注浆过程

①注浆过程中应根据地质、注浆目的等控制注浆压力。注浆结束后应检查其效果，不合格者应补浆。注浆浆液达到设计强度后方可进行开挖。

②注浆施工期间应对地下水取样检查，如果污染应采取措施。

③注浆过程中浆液不得溢出地面及超出有效注浆范围。地面注浆结束后，注浆孔应封填密实。

7.2.3 施工的后期质量控制

判定加固地基的地基承载力和压缩性指标（通过原位静载荷实验）。

8 安全控制

（1）成立以项目经理为组长、技术负责人为副组长的安全文明施工领导小组，制订本工程的安全生产，文明施工制度。

（2）严格按照“综合考虑”七项要求进行定期考评，把安全问题消除在萌芽状态。

（3）根据现场用电情况，进行施工用电计算，施工现场实行三相五线制，确保施工用电安全。

（4）本工程设置专职安全员，督促各工种严格按照本工种的安全操作规程执行。施工中每一道工序都必须作好施工安全措施交底，明确安全施工重点，克服盲目施工。

（5）作好防坠落、防坍塌措施。

（6）加强浆液的管理，防止浆液的流失。

（7）注浆过程中，作业人员应使用防护用具。

（8）机电设备必须由专职人员操作，按规定作好维修保养。

（9）现场用火严格执行申请和着火手续，易燃物品与杂物应及时清理和妥善保管，加强消防工作管理。

（10）坚持特种工种持证上岗，严禁非操作人员代岗。

（11）对各种机电设备，现场应设可靠的避雷装置，现场中各机械必须按规定加防雨罩或搭设防雨篷、闸箱防水、漏电接地保护装置应灵敏有效，每星期检查一次线路绝缘情况。

9 环保措施

（1）现场必须按照文明施工的标准和具体要求组织施工，采取分班组包干，责任到人的办法，使文明施工现场管理工作形成天天有人抓，事事有人抓，一抓