淺談深基坑飽和動態含水砂層注漿技術

張勝 豆海軍 劉立權

摘 要：本文結合深基坑飽和動態含水砂層基坑開挖過程中常出現的問題，綜合分析了飽和動態含水砂層常用的注漿施工方法、注漿材料及注漿加固效果評價方法，并提出注漿技術的發展方向，為飽和動態含水砂層基坑坍塌的防治提供參考。

關鍵詞：深基坑；飽和動態含水砂層；注漿技材料；注漿方法

1 飽和動態含水砂層常用的注漿施工方法及存在的問題

深基坑飽和動態含水砂層進行基坑開挖時，地下水的處理將成為工程成敗的關鍵。目前，針對深基坑飽和動態含水砂層，深基坑降水是保證基坑順利開挖常用的一項技術措施，同時也是一種比較經濟的方法。考慮到地下水位的降低會引起基坑周圍地面的沉降，在地下水短缺或地下水位持續下降的地區，該項技術受到很大程度的制約。因此，常用的注漿方法分為高壓旋噴注漿法和靜壓注漿法。

高壓旋噴注漿法是以高壓旋轉的噴嘴在土層預定深度內使用20～40MPa的高壓噴射流切割土體，當噴射流體的動壓力超過土體本身結構強度時，土顆粒將會從土體中剝離下來，一部分細小顆粒隨漿液噴出地面，其余部分土顆粒與漿液混合，形成一個固結體，該固結體滲透系數與原土層滲透系數相比降低，達到防滲堵漏的目的。高壓旋噴注漿法適用于碎石土、砂土、粉土、粘性土、素填土及淤泥質土等。然該方法在進行注漿堵漏時有其不足之處，高壓旋噴注漿法進行加固堵水時所形成固結體加固范圍有限，漿液擴散范圍較小，遇到堅硬物阻礙時無法達到所需加固范圍。同時受注漿漿液流動性的制約，漿液水灰比較大，與土體混合所形成的固結體收縮也較大，致使固結體不能很好的與支護樁結合緊密，在動水壓力作用下，地下水順著此裂隙順流到基坑內，出現流沙現象，嚴重時會發生管涌，最終導致基坑側壁失穩。

靜壓注漿法是利用液壓或氣壓通過注漿管把固化劑漿液強制注入地基的裂隙或空隙中，漿液占據原有土顆粒空隙中水分和空氣的位置后與松散的土顆粒膠結成一整體，使土的物理力學特性得到改善，靜壓注漿法對砂礫石、砂卵石等滲透系數較大的地層能起到較好的加固堵漏的效果，在此地層中，漿液擴散范圍大，漿液利用率較高。靜壓注漿法進行注漿堵漏的缺點是漿液可控性較差，漿液易流失到加固堵漏范圍以外的地方，造成跑漿現象；同時靜壓注漿對土的滲透系數要求較高，當土的滲透系數大于2～3×10-1cm/s時，普通水泥漿液能夠順利注入到地層，但在飽和動態含水砂層，尤其在中砂、粉細砂等滲透系數較低的地層中，傳統的普通水泥因顆粒較大很難注入到該地層中。

2 飽和動態含水砂層常用的注漿材料

目前國內外應用在砂層中的注漿材料主要分為以下兩類：

2.1 水玻璃漿材

水玻璃漿材，尤其是其中的“水泥類-水玻璃”注漿材料，在飽和含水砂層快速堵漏方面使用率最高。水泥類-水玻璃注漿材料是將水泥漿液和水玻璃溶液按照一定比例采用雙液注漿工藝進行注漿，其優點是凝膠時間根據需要從幾秒到幾分鐘可調，結石體具有一定強度，且結實率較高，在深基坑飽和動態含水砂層中達到起到快速堵漏的目的。其缺點是由于凝膠時間短，其滲透性較差，且在動態含水砂層中，結石體容易被水解，耐久性較差。

2.2 水泥類漿材

普通水泥類漿材的主要材料為普通硅酸鹽水泥，因其強度高、價格便宜、耐久性好、無毒、無污染等優點，成為目前應用最廣泛的注漿材料之一。但因顆粒較粗，可灌性較差，很難注入到粉細砂地層。超細水泥類漿材與普通水泥類漿材相比，顆粒較細，可灌性較好，能夠注入到粉細砂地層，且強度高，固結體致密，耐久性好，但因價格昂貴，目前應用較少。

對于飽和動態含水砂層，在松散粗砂、砂礫石、砂卵石地層中，注漿壓力小，漿液以滲透擴散為主；當砂層較密實，注漿壓力大，漿液以劈裂擴散為主。在選擇注漿材料時，主要應根據地層情況和注漿加固堵水要求，從凝膠時間、結石體強度、耐久性及工藝可操作性等方面綜合考慮。

3 飽和動態含水砂層注漿加固效果評價方法

目前適合深基坑飽和動態含水砂層注漿加固效果評價的主要方法有：①施工質量檢查及技術資料分析法；②鉆孔抽（壓）水檢查法；③注漿前后水量比較法；④取樣檢查法；⑤鉆孔檢測法；⑥無線電波透視法；⑦旋轉觸探法（RPT）；⑧聲波測試法；⑨綜合物探方法等。

4 飽和動態含水砂層注漿技術發展方向

4.1 加強注漿理論的研究

由于地質條件的復雜性及注漿施工的隱蔽性，注漿模擬研究較為困難，致使注漿理論研究進度較慢，滿足不了注漿實踐的要求。

4.2 加強注漿新材料的研究

傳統的普通水泥顆粒較粗，可注性差，很難灌入細微裂隙或空隙內，漿液析水率較大，降低漿液與土體的粘結強度，且普通水泥凝膠時間較長，在地下富水地層中起不到快速堵水的目的。近幾十年研制的超細水泥盡管顆粒比普通水泥小的多，可注性較強，能夠注入到中砂、細砂層中，且漿液穩定性較好，結石體強度高，但超細水泥流動性差，相同水灰比下，超細水泥比普通水泥粘度高，且生產超細水泥的工藝復雜，致使價格昂貴，不利于節約成本。水泥-水玻璃雙液漿盡管彌補了單種漿液的不足之處，但其耐久性差。總之無論是水泥類漿液還是水玻璃類漿液都或存在可注性差、耐久性不好、成本高等缺點，不能滿足地下注漿工程對注漿性能的全部要求。

4.3 加強注漿工藝的研究

從目前的情況看，飽和動態含水砂層注漿堵漏主要采用雙層管雙栓塞工法、雙重鉆桿過濾管法。但因噴槍工藝較為復雜，并沒有得到真正的推廣。同時，隨著注漿新材料的出現，新的注漿設備和工法均應進一步研發和提高以適應新的注漿材料。

5 結語

綜上所述，深基坑飽和動態含水砂層注漿加固堵漏應根據周圍環境、地層情況等選擇合理的施工方法及注漿材料，以達到較好的注漿效果，同時根據現場實際情況選擇合理的注漿效果評價方法。

參考文獻

[1]常士驃，張蘇民主編.工程地質手冊（第四版）[M].中國建筑工業出版社，2007.

[2]張民慶，彭峰編著.地下工程注漿技術[M].地貿出版社，2008.

（作者單位：中冶沈勘秦皇島設計研究院有限公司）