注浆技术在建筑工程地基处理的应用

李佃坤、 常新民 、 刘丛满、王国龙、 徐伟

中建八局第二建设有限公司， 济南 250014；

摘要：近年来随着建筑行业的高速发展，在许多新建工程以及老旧楼房中出现了很多因地基不均匀沉降导致的安全问题。地基作为整个建筑的基础，关系到了整个建筑全使用周期的安全质量问题。本文主要讲述了注浆技术与注浆材料的种类以及针对灰岩溶洞的处理方法。

关键词：地基、注浆

前言：建筑工程注浆是用适当的方法将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，通过置换、充填、挤压等方式加固地基。现市场上常用的注浆类型有水泥注浆法、化学注浆法、绿色材料注浆法。

一、地基处理注浆方案介绍与的选择

地基注浆处理方法的具体选用，应从地基条件、处理的指标及范围、工程费用、

工程进度及材料来源、当地环境等多方面因素进行考虑。

1.1常用的地基处理注浆种类：建筑工程注浆技术可分为静压注浆和高压喷射注浆两大类。但是根据浆液对土体的作用机理、地质条件注浆压力、浆液的运动形式以及替代方式等，又可将注浆技术划分为渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆和高压喷射注浆四类。

1）渗透注浆：该方法适用于存在孔隙或裂缝的地基土层，即将浆液渗入软土的孔隙或裂缝之中，使其与软土固结为一整体，而地基土层结构也基本不受扰动和破坏。

2）压密注浆：用浓浆液置换和挤密土体的一个过程，在地基中注入较浓的浆液，迫使注浆点附近土体压密而形成浆泡。随着浆泡的增大，注浆压力也增大，从而产生较大的上抬力。

　　3）劈裂注浆：在处理软弱地基时，通过较高的灌浆压力作用，浆液将克服地基中的初始应力并且抵抗土体抗拉强度，使得土体发生劈裂，其方向是沿着垂直于主应力的平面或在土体强度最弱的平面，因此渗入型注浆法不能灌入的土体部分可顺利实施灌注，从而增大浆液扩散范围。

4）高压旋喷注浆法始创于日本，它是在化学注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

1.2根据使用材料的不同可分为以下几种：

1）水泥注浆材料

（1）水泥浆

水泥注浆材料最常用的是普通硅酸盐水泥。 其优点是：原材料来源广泛、成本低、无毒性、施工工艺简单方便。 缺点是：水泥浆液稳定性较差、易沉淀析水、凝结时间长，并且由于水泥颗粒直径较大，注入能力对微细裂隙往往受到限制 [1]。

（2）水泥黏土浆

黏土的粒径一般极小（小于 0.005 mm）、比表面积较大、遇水具有胶体化学特性。 黏土矿物的特征是其原子呈层状排列，不同的排列形式组成了不同的黏土矿物，最常见的是高岭石、伊利石、蒙脱石。

（4）水泥-水玻璃（硅酸钠）浆

水泥-水玻璃浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入， 必要时加入速凝剂或缓凝剂所组成的注浆材料。水泥-水玻璃浆液的凝结固化反应包括水泥水化反应、 水泥水化反应产物 Ca（OH）2 与水玻璃的反应，即水泥与水拌和成水泥浆液后，由于水解和水化作用，产生活性很强的 Ca（OH）2；水玻璃与 Ca（OH）2 起作用，生成具有一定强度的凝胶体—水化硅酸钙，其反应如下 [2]  。

　　3CaO·SiO2+nH2O→2CaO·SiO2·（n－1）H2O+Ca（OH）2。

　　Ca （OH）2 +Na2O·nSiO2 +mH2O →CaO·nSiO2·mH2O+2NaOH。

　　水泥-水玻璃浆液克服了单液水泥浆的凝结时间长且不易控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围 [1]  。

（5）超细水泥浆

水泥注浆材料自 1838 年英国汤姆逊隧道开始应用。 人们在实践中发现普通水泥粒径较大，渗透能力有限，一般只能渗入大于 0.1 mm 的裂隙和孔隙中，而对于微细裂隙注浆效果较差。 为了在低渗透介质中提高水泥浆的可注性，超细水泥注浆材料成为国内外研究的热点。日本早在 20 世纪 70 年代初就率先研制成了超细水泥注浆材料，美国、俄国也相继开发成功这一产品 [3]  。

2）化学注浆

化学注浆材料应用较多的主要有水玻璃和有机高分子注浆材料两类。

（1）水玻璃注浆材料

水玻璃浆液是以水玻璃为主剂， 加入胶凝剂，使其发生化学反应，生成大量的硅凝胶从而凝结硬化。水玻璃浆材来源广泛，造价低廉，主剂毒副作用小，不会污染环境，而且黏度小，可注性好。 但其凝结时间不够稳定，可控范围较小，凝结体强度低，稳定性较差，主要用于临时或半永久性工程中 [4]  。

主要有水玻璃氯化钙浆液、水玻璃氟硅酸浆液、酸性水玻璃浆液、HS 水玻璃（酸化水玻璃）浆液、SS 水玻璃（硅溶胶）浆液 [4]  。

（2）机高分子注浆材料

主要应用有丙烯酰胺类、聚氨酯类、木质素类、环氧树脂类、 不饱和酯类等。 一般当砂土颗粒粒径≤0.5 mm 或岩石裂隙开口≤0.2 mm， 地下水流速>500mm/min 时， 采用有机高分子化学注浆材料可以解决普通水泥浆液无法解决的工程问题 [5]。

二、注浆法地基处理的应用

2.1场地溶洞发育现状

枣庄市中医医院二期建设项目，在科研教学规培基地、肿瘤中心综合楼基槽开挖过程中发现地基存有溶洞，根据物探报告反映，在探测区域内，浅部岩石强风化层变化较大，强风化岩石最大深度3m左右，以下岩石较完整。在6剖面的62m与64m点位处，有灰岩临空面现象，深度小于4m。在已经揭露的三个灰岩溶洞处（见下图），其周围未见溶洞异常，推断其溶洞主要是竖向溶洞，向外侧延伸较小。溶洞1处，向下延伸深度小于5m。有东西向竖向破碎，应与溶洞有缝隙相连。在溶洞2处，溶洞为竖向，向南略有延伸，但延伸长度小于1m。溶洞1与溶洞2之间没有较大的空洞相连。

2.2 溶洞处理方案

根据物探报告结论及建议如下：

1）根据物探地震映像资料的推断解释结果，在探测范围内，浅部岩石强风化厚度最大深度3m左右。

2）在6剖面的62m和64m点位附近，灰岩间有粘土夹层之间空隙较大，约20cm左右，为临空面异常。

3）已经揭露的两个灰岩溶洞，溶洞1和溶洞2基本为竖向溶洞，向外侧延伸较小。两个溶洞之间没有形成较大的空洞连通。

4）建议在6剖面的63m位置，布置钻孔1，钻孔深度大于5m，一般不超过8m，进行钻孔灌注完成即可，不需要进行其他处理。

5）建议在5剖面的约122m点位附近，布置钻孔2，最大深度8m左右，对溶洞1的外围溶洞通道进行钻孔灌注。

6）建议在2剖面的约112m点位附近的南侧，布置钻孔3，最大深度8m左右，对溶洞2的外围溶洞通道进行钻孔灌注。

7）在探测区域内的其他位置，未见较大溶洞以及灰岩临空面，建议按设计正常施工。

2.3 溶洞灌浆实施方案

1）对于已开挖揭露的三个竖向“洞坑”处理

采用毛石灌浆工艺进行处理。即先用毛石填塞已开挖揭露的竖向“洞坑”至垫层底，再在用纯水泥浆对“洞坑”进行灌浆；水泥浆通过自渗能有限的填充、固结“洞坑”壁外有连通的溶洞、裂隙及毛石之间缝隙，另外回填的毛石能增强纯灌浆体的强度。

技术要求：

毛石选用：无风化、砾径30～40cm

注浆水泥：42.5级

注浆水灰比：0.75

终止注浆：可采用间歇注浆，以注满再不“吃浆”为止

2）对已开挖揭露三个溶洞外的注浆

其目的：对溶洞外围的连通通道、孔隙、裂隙及临空面进行注浆，确保无空洞。

采用注浆管注浆法，其位置详见上图及坐标位置。

技术要求：

注浆管材质：D30镀锌钢管

注浆管深度：钻孔1深度 5m、钻孔2深度8m左右、钻孔3深度8m

注浆水泥：42.5级

注浆水灰比：0.75

注浆压力：3MPa

终止注浆：注浆压力达3MPa以不吃浆为准。

2.4 注浆后效果检查

在注浆处理后，采用物探技术对注浆部位实施检测及分析，发现原有空隙位置均已填充密实。达到了地基处理的效果。为下部施工奠定了良好的基础。

结语：

注浆法加固地基已经被广泛的应用建筑领域，越来越多的新型注浆材料也随之研发出来，但是目前存在的主要问题就是依靠经验进行施工，注浆之后的固结状态和填充效果还没有合适的方法去验证，随着科技的高速发展，相信会有科学的检测方法。

参考资料：

1.梁炯鋆.锚固与注浆技术手册[M].北京:中国电力出版社,1999.

2. 孙钊.大坝基岩灌浆[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

3. 李为华,胡毅夫,杜耀志.超细水泥的发展[J].西部探矿工程, 2005,(5):144-145.

4. 许茜, 王彦明, 范延勇,等. 注浆材料的发展及其应用[J]. 21世纪建筑材料, 2010, 2(1):58-62.