軟土地層基坑開(kāi)挖過(guò)程中注漿加固效果分析

潘 勇

(中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054)

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軟土地層基坑開(kāi)挖過(guò)程中注漿加固效果分析

潘 勇

(中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054)

分析了軟土地區(qū)注漿加固的作用機(jī)理，采用數(shù)值方法，分別對(duì)基坑坑底加固和樁周加固效果進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：對(duì)于基坑底部加固，加固深度取5 m～7 m最為經(jīng)濟(jì)合理，但坑底加固對(duì)基坑周邊地表沉降控制作用不大，采取基坑樁周土體加固可以有效減小基坑周邊沉降，有利于基坑周圍建筑物的穩(wěn)定。

軟土地層，基坑，加固范圍，注漿效果

0 引言

淤泥質(zhì)軟土具有天然含水量高，強(qiáng)度低，壓縮性大，多呈軟塑及流塑狀態(tài)等特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖過(guò)程中，容易產(chǎn)生側(cè)向擠出、底部隆起，影響工程施工安全。注漿加固是基坑工程中常用的工程措施，特別是對(duì)于軟土基坑而言。注漿加固是保證基坑安全或?qū)⒒娱_(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境影響程度降至最低的有效方法。

目前，在城市地鐵建設(shè)過(guò)程中，通常要在建筑物、構(gòu)筑物密集區(qū)域進(jìn)行基坑開(kāi)挖。這些建筑物、構(gòu)筑物對(duì)變形非常敏感，對(duì)基坑底部、基坑四周土體進(jìn)行注漿加固已成為當(dāng)前基坑施工安全，地表建筑物、構(gòu)筑物安全的重要措施。因此，本文采用數(shù)值模擬方法，對(duì)軟土地層基坑開(kāi)挖過(guò)程中注漿加固效果進(jìn)行分析，以期為軟土地層中基坑開(kāi)挖的安全提供參考。

1 軟土地層注漿加固作用

城市地鐵建設(shè)過(guò)程中，軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖中對(duì)基坑周圍土體進(jìn)行注漿加固的主要作用是為了減小基坑樁的水平位移，防止基坑土體失穩(wěn)，控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形，減小基坑底部的隆起變形，增加基坑穩(wěn)定性等。加固的主要部位有：基坑底部的注漿加固；基坑縱向穩(wěn)定的注漿加固；土墻底部的注漿加固；擋土墻外側(cè)的注漿加固等。

淤泥質(zhì)軟土的顆粒直徑小于0.01 mm，漿液無(wú)法滲入到其顆粒間隙中去，即使?jié)B入也是小范圍的，而且時(shí)間很長(zhǎng)，無(wú)實(shí)際工程意義，因此，對(duì)于淤泥質(zhì)軟土通常采用劈裂注漿。注漿的漿液注入土體過(guò)程中，并不與土體混合(除高壓噴射注漿及攪拌注漿工藝)而是以二相存在，同時(shí)產(chǎn)生充填效應(yīng)、擠壓效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、骨架效應(yīng)、離子交換效應(yīng)。

漿液向地層中某一部位滲透時(shí)，該部位的加固效果取決于：土體的間隙比和漿液自身的固結(jié)性能。通常來(lái)說(shuō)，土體間隙比越大，漿液滲入土體就越多，加固效果就越好。離漿液注入孔越遠(yuǎn)，由于漿液壓力變小，漿液充入土體的間隙中就越困難，土體的加固效果會(huì)降低，所以在注漿過(guò)程中，應(yīng)該選取合適的注漿加固參數(shù)。漿液自身的固結(jié)特性(主要取決于濃度、材料成分)對(duì)加固效果的影響，在溶液型漿液的場(chǎng)合下，固結(jié)特性主要受濃度支配，濃度越高，強(qiáng)度和抗?jié)B性越好。

盡管漿液可以向地層中滲透，但因上述兩種因素極大程度的支配加固效果，所以實(shí)現(xiàn)均勻加固是很難的。在漿液完全沒(méi)有滲透的地點(diǎn)，則掘削時(shí)該位置必漏水，漏水的程度因地下水和土質(zhì)的不同而異，若未固結(jié)部位連通外部的滯水層，則大量的地下水和土砂同時(shí)流入，即出現(xiàn)塌方淹水事故。一般情況下地下水壓越高，出現(xiàn)事故的可能性越大。

2 注漿加固效果分析

2.1 計(jì)算模型

本文注漿加固方案選取坑底加固及樁周加固兩種情形，分析不同加固參數(shù)對(duì)深基坑變形控制效果。對(duì)于坑底加固，選取坑底加固深度1 m，3 m，5 m，7 m和9 m五種工況，對(duì)于樁周加固，選取樁周加固寬度1 m，2 m，3 m，4 m和5 m五種工況。

基坑支護(hù)采用φ1 200@1 000 mm沖孔樁加內(nèi)鋼管支撐形式，樁間用φ600高壓旋噴樁作為止水帷幕，長(zhǎng)28 m的套管鉆孔灌注咬合樁體系。鉆孔灌注樁樁頂設(shè)1 200 mm×1 000 mm冠梁。主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段豎向支撐由上到下共設(shè)置四道支撐，四道支撐均為φ600 mm(t=16 mm)鋼支撐，如圖1所示。基坑降水采用基坑內(nèi)管井降。計(jì)算中模型取基坑兩側(cè)各R=80 m，計(jì)算深度取80 m。采用二維有限差分法進(jìn)行計(jì)算，土層力學(xué)參數(shù)如表1所示，加固區(qū)域土體的彈性模量為加固前的3倍，其他參數(shù)不變。

2.2 計(jì)算參數(shù)

基坑樁插入坑底深度為8 m，樁重度取為23 kN/m3，泊松比為0.2，楊氏模量為3×107kN/m2。基坑樁采用彈性模型，其他巖土采用摩爾—庫(kù)侖模型。計(jì)算中土層物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。

表1 基坑土層參數(shù)

2.3 計(jì)算結(jié)果及分析

圖2為坑底不同加固深度情況下坑底隆起曲線圖，從圖中可以看出，無(wú)加固時(shí)，坑底最大隆起值為104.3 mm，坑底很大范圍內(nèi)均為隆起最大值點(diǎn)，且最大值到最小值變化較陡，隆起曲線呈兩側(cè)陡、中間水平狀；坑底1 m加固時(shí)，坑底最大隆起值為103.6 mm，最大隆起值及隆起曲線形狀與無(wú)加固工況基本一致；3 m加固時(shí)，坑底最大隆起值降低為98.8 mm，相比無(wú)加固工況降低5.2%，坑底隆起曲線仍為兩側(cè)陡、中間平，但坑底隆起最大值的范圍相比前兩種工況有些許減少；5 m加固時(shí)，坑底最大隆起值為84.9 mm，相比無(wú)加固工況降低18.6%，坑底隆起曲線呈現(xiàn)明顯的拱形，即基坑中線處隆起值達(dá)到最大，越往基坑邊緣隆起值越小；7 m加固時(shí)，坑底最大隆起值為75.8 mm，相比無(wú)加固工況降低27.3%，坑底隆起曲線呈現(xiàn)明顯的拱形；9 m加固時(shí)，坑底最大隆起值為66.7 mm，相比無(wú)加固工況降低36.0%，坑底隆起曲線呈現(xiàn)明顯的拱形。

綜合上述結(jié)果可知，坑底加固深度越大，對(duì)坑底土體隆起的抑制作用也就越大，但當(dāng)基坑底部加固深度大于7 m后，這種抑制作用會(huì)越來(lái)越不明顯。因此，實(shí)際施工中應(yīng)控制坑底加固深度在7 m以下，以使效益最大化。顯然，加固深度太小又達(dá)不到加固效果，因此，建議對(duì)軟土地層中基底加固深度為5 m～7 m。

圖3為不同加固深度時(shí)基坑周邊地表最大沉降值對(duì)比曲線圖，由圖中可知，隨著坑底加固深度的增加，坑周地表最大沉降值會(huì)逐漸減小，但幅度不大，即坑底加固對(duì)基坑周邊地表沉降控制作用不大。

圖4為樁周不同加固范圍時(shí)樁體水平位移曲線圖，從圖中可以看出樁周土體加固主要控制樁的最大水平位移，水平位移最大位置約為樁身的1/2處，樁頂與樁底水平位移基本變化值可以忽略不計(jì)，這主要是因?yàn)樵跇俄斣O(shè)置了支撐，使得樁頂位移基本不變。另外，樁的深度為坑底8 m，使得樁底位移也基本不變。對(duì)于樁身的1/2處最大水平位移，無(wú)加固時(shí)樁體最大水平位移為23.42 mm；1 m加固時(shí)最大水平位移降為23.00 mm；2 m加固時(shí)最大水平位移值為22.09 mm；3 m加固時(shí)最大水平位移值為21 mm；4 m加固時(shí)最大水平位移值降為19.73 mm；5 m加固時(shí)樁體最大變形值為17.92 mm。由此可知，采取5 m加固寬度時(shí)，可以減小23.5%樁體最大水平位移值，這主要原因是通過(guò)樁周土體加固，提高了土體強(qiáng)度，減小了作用在樁身上側(cè)壓力，進(jìn)而減小樁身水平位移。

圖5為樁周不同加固范圍時(shí)地表最大沉降值變化曲線圖，從圖中可以看出，隨著加固范圍的加大，坑周最大沉降值持續(xù)減小。可見(jiàn)，采取樁周土體加固措施也可以有效減小基坑周邊沉降，有利于基坑周圍建筑物的穩(wěn)定。另外，從圖中還可以看出，加固范圍為前3 m內(nèi)時(shí)，曲線斜率逐漸增加，3 m以后斜率不再變化，也就是說(shuō)，隨著加固范圍的增加，土體加固對(duì)地表最大沉降值的控制作用并不是呈線性增加，而是在3 m后才呈線性增加。

3 結(jié)語(yǔ)

文章在分析軟土地區(qū)基坑周圍土層注漿加固作用基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值方法分別對(duì)基坑坑底加固和樁周加固效果進(jìn)行了分析，得出以下主要結(jié)論：

1)對(duì)于基坑底部加固，坑底無(wú)注漿加固時(shí)，坑底隆起曲線呈現(xiàn)兩端陡，中間呈水平狀，此時(shí)土體受力不均勻，易導(dǎo)致坑底土體破壞；當(dāng)坑底加固深度達(dá)到5 m～7 m時(shí)，坑底隆起曲線呈現(xiàn)拱形狀，此時(shí)土體受力最為均勻，因此，實(shí)際工程中最為經(jīng)濟(jì)合理的基底加固深度為5 m～7 m。

2)隨著坑底加固深度的增加，坑周地表最大沉降值會(huì)逐漸減小，但幅度不大，坑底加固對(duì)基坑周邊地表沉降控制作用不大。

3)采取5 m加固寬度時(shí)，可以減小23.5%樁體最大水平位移值，通過(guò)樁周土體加固，提高了土體強(qiáng)度，減小了作用在樁身上側(cè)壓力，進(jìn)而減小樁身水平位移。

4)隨著加固范圍的加大，基坑周邊最大沉降值持續(xù)減小，可見(jiàn)，采取樁周土體加固措施也可以有效減小基坑周邊沉降，有利于基坑周圍建筑物的穩(wěn)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，工程師

TU463

A