改進型袖閥管注漿在黃河沖積層地基加固中的應用

孫艷，辛強 ，陳佃浩*，張學正

(1.山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024；2.山東建勘集團有限公司，山東 濟南 250031；3.山東省基坑與邊坡工程研究中心，山東 濟南 250031)

0 引言

濟南地區黃河沖積地層主要由粉土與粉質黏土組成，屬軟土地層[1-5]。該地質條件下建筑采用獨立基礎時，常因勘察失誤、設計不當或工程條件改變等因素，引起后期地基不均勻沉降，導致結構變形開裂。此時，需對地基基礎進行加固，消除隱患。

目前常用的建筑地基加固方法有擴大基礎底面積法、錨桿靜壓樁法、樹根樁法、石灰樁法、注漿加固法[6-9]。其中注漿加固法原理簡單，施工方便，技術成熟，應用最為廣泛。而且地基基礎加固中多采用袖閥管分段注漿方法。

我國的袖閥管注漿工藝是在法國Soletanche基礎工程公司于20世紀50年代發明的索列坦修工法的基礎上改進發展[1]。多年來，袖閥管注漿工藝被廣泛應用于建筑地基加固、土體改性、煤礦巷道支護、橋梁基礎加固、基坑支護、路基治理等各個領域，并表現出良好的適用性[10-22]。

1 改進型袖閥管設備

1.1 袖閥管注漿原理

傳統的袖閥管注漿技術中，分段注漿時在注漿芯管底部設注漿器，注漿器的上下兩端設密封圈，密封圈將注漿器和袖閥管之間的縫隙封閉，在兩者之間形成封閉區域。注漿時，漿液通過注漿芯管進入注漿器和袖閥管之間的封閉區域，漿液達到一定壓力后，將袖閥管上的單向閥頂開，穿破套殼料進入地層。

現有技術方案中，注漿器上的密封圈多為橡膠密封圈，且上下各有2個以上，僅依靠橡膠的彈性將注漿器和袖閥管之間的縫隙封閉。該方法靠密封圈和袖閥管之間的擠壓實現密封，但密封圈和袖閥管之間的擠壓力過大時，注漿器下放和提升困難，且密封圈磨損速度快；而密封圈和袖閥管之間的擠壓力過小時，密封效果差，漿液可能從密封圈位置泄露，導致注漿壓力過小而無法沖破袖閥管上的單向閥和套殼料，分段注漿失敗。

1.2 袖閥管改進

在現有袖閥管注漿器的基礎上增加拉桿喇叭橡膠墊、橡膠筒和限位管(圖1)。拉桿位于注漿器和注漿內管的內側，其下部與限位管相連，通過上提和下放拉桿可控制喇叭橡膠墊和橡膠筒的擠壓與松弛，解決傳統袖閥管上下密封圈磨損嚴重且無法提供較大壓力的缺點。

圖1 改進型袖閥管設備

改進型袖閥管設備[23]使用方法為： 注漿孔成孔， 孔內灌注套殼料， 下放袖閥管， 逐節下放注漿器、拉桿與注漿內管。 使注漿器上口緊貼在限位管外側，管底拉桿接頭卡在管底接頭上，將注漿頭提起，使注漿器上口邊沿不會在限位管上脫出； 將注漿器下到注漿孔最低端，用鉗子捏住拉桿頂端的方形頭，擰緊螺絲帽，使拉桿上提； 拉桿帶動注漿器上移，注漿器上部的喇叭橡膠墊和下部的橡膠筒被擠壓外擴與袖閥管的內壁貼緊，使注漿頭與袖閥管之間形成封閉空間； 待套殼料達到設計強度后開始注漿； 漿液經過注漿內管進入注漿器，并從出漿口進入注漿器與袖閥管之間的封閉空間，壓力達到一定值后，漿液橫向沖破袖閥管上的單向閥和套殼料進入地層； 待該段地層注漿完畢后，松開螺絲帽，使注漿器上部的喇叭橡膠墊和下部的橡膠筒恢復原形，上移注漿器到設計位置進行下一步注漿，直至注漿完成。

1.3 改進型袖閥管的優勢

傳統的袖閥管依靠止漿塞自身的彈性與袖閥管內壁貼合，形成密閉空間，可提供的注漿壓力有限；而改進型袖閥管注漿器通過擰緊密封螺母上提拉桿，依靠持續的外力將橡膠筒與喇叭橡膠墊通撐開，形成密閉空間，可提供的更高的注漿壓力。

傳統的袖閥管上提注漿器時，止漿塞與袖閥管內壁始終貼合在一起，導致止漿塞磨損速度快，壽命短；而改進型袖閥管上提注漿器時，拉桿處于松弛狀態，橡膠筒與喇叭橡膠墊復位，與袖閥管內壁脫開，幾乎不存在磨損問題。

2 工程概況

2.1 地質概況

濟南市某住宅項目地處黃河沖積平原地貌單元。各巖土層特性及分布自上而下為：

(1)回填土:基礎及地下室施工完畢后，基坑回填素土夯實。

(2)層淤泥質粉質黏土：灰褐色,流塑,干強度及韌性中,稍有光澤,含少量植物根系及腐殖質,具腥臭味,見貝殼螺母碎屑，平均厚度2.06m。

(3)層黏土：黃褐色,可塑,無搖振反應,干強度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質氧化物，平均厚度1.45m。

(4)層粉土：褐黃色,局部淺灰色,稍密,濕,搖震反應迅速,干強度及韌性低,無光澤,含云母片,具銹染,局部夾薄層粉砂及黏土，平均厚度4.38m。

(5)層黏土：黃褐色,局部灰褐色,可塑,無搖振反應,干強度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質氧化物。平均厚度1.14m。

(6)層黏土：褐黃色,局部灰褐色,可塑,無搖振反應,干強度及韌性高,有光澤,含少量鐵錳質氧化物, 平均厚度1.77m。

(7)層粉質黏土：灰黑色—淺灰色,可塑,無搖振反應,干強度及韌性中等,稍有光澤,含少量鐵錳質氧化物,混少量小徑姜石，平均厚度4.34m。

場區賦存地下水，地下水形態類型主要為第四系孔隙潛水。場區地下水主要靠大氣降水及黃河側滲補給，排泄方式主要為農業開采、蒸發以及地下徑流。地下水位在2.63～3.25m 之間。

2.2 工程概況

該工程商業裙房采用獨立基礎。主體施工完成后，因鄰近基坑降水導致獨立基礎產生不均勻沉降，造成室內墻體開裂。現場采用袖閥管注漿法對現有柱下獨立基礎下方及周邊土體進行加固處理。

3 注漿加固設計方案

采用袖閥管注漿對既有基礎地基進行加固。加固范圍為3個主樓裙房基礎，共計獨立柱基39根，沿每個獨立基礎邊緣均勻布置8～10個注漿孔。

成孔直徑110mm，成孔深度為進入柱下獨立基礎底板下4m。注漿段為底板下4m范圍內。水泥漿采用P·O42.5水泥，水灰比1∶0.6～1∶1，注漿壓力1.0～1.5MPa，單米注漿量750kg/m。套殼料配料比(水泥∶膨潤土∶水)為1∶1.5∶4.5。

4 注漿施工

4.1 施工概況

注漿施工初期使用傳統袖閥管注漿施工，注漿施工數個孔后，頻繁出現注漿壓力驟降且孔口冒漿現象。該注漿器依靠皮碗、橡膠圈與袖閥管內壁的彈性接觸形成密閉空間，來實現分段注漿。皮碗、橡膠圈與袖閥管內壁頻繁摩擦而磨損嚴重，導致其密閉性變差，無法為漿液提供足夠的封閉壓力。漿液無法沖破套殼料或地層，轉而流向更加薄弱的皮碗一側，導致漿液從孔口溢出。為提高注漿效率與質量，將注漿設備改為了改進型袖閥管設備，注漿效率得到了顯著提升，注漿壓力無法施加和孔口冒漿的概率大幅減小。

4.2 試驗分析

在注漿試驗階段，分別選取10個傳統型袖閥管和改進型袖閥管，繪制其在單個注漿段內注漿壓力隨時間的變化曲線(圖2)。

圖2 袖閥管注漿壓力與時間關系曲線

由圖2可知，漿液進入土層之前會經歷2個峰值，分別為漿液沖破單向閥時以及漿液沖破套殼料時。漿液進入土層后，壓力隨時緩慢上升并逐漸穩定，直至本段注漿結束。

傳統型袖閥管與改進型袖閥管試驗最大注漿壓力與用時情況如表1、表2所示。

表1 傳統型袖閥管最大注漿壓力與用時情況

表2 改進型袖閥管最大注漿壓力與用時情況

由表1可知，采用傳統型袖閥管時，有7個試驗對象出現注漿壓力驟降現象，且其中有4個是漿液在袖閥管內部溢出，2個是漿液在袖閥管與孔壁之間溢出，1個是漿液在相臨注漿孔溢出；采用改進型袖閥管時，3個試驗對象出現注漿壓力驟降現象，且其中1個是漿液在袖閥管與孔壁之間溢出，2個是漿液在相臨注漿孔溢出。由此可知，采用改進型袖閥管時，漿液驟降和孔口返漿幾率大大降低，且密封圈與袖閥管管壁跑漿的問題得到徹底解決。

此外，采用改進型袖閥管時，其漿液沖破單向閥和套殼料的速度更快，平均最大注漿壓力達到了1.69MPa，是傳統型袖閥管的1.3倍。單段注漿平均用時為6.22分鐘，比傳統型袖閥管節省了22%。

5 結論

(1)本工程注漿施工完成后，地基沉降得到有效控制，說明改進型袖閥管在濟南黃河沖積層地區建筑地基加固中應用效果良好。

(2)與傳統型袖閥管相比，改進型袖閥管的最大注漿壓力提高了1.3倍，注漿時間節省了22%。

(3)采用改進型袖閥管后，漿液驟降和孔口返漿幾率大大降低，密封圈與袖閥管管壁跑漿的問題得到徹底解決。