压力注浆加固软土地基注浆参数的确定

刘海潮，郑红涛，刘高企

(1.沧州市高速公路建设管理局;2.石家庄鸿森岩土工程技术有限公司)

1 前言

沿海地区软土地基普遍赋存，给工程施工带来巨大困难，压力注浆法加固软土地基在工程界的应用越来越广泛。压力注浆参数随工程而异，本文以压力注浆法在廊沧高速公路软土地基加固中的应用为例，说明了普遍意义上各工程在用压力注浆法加固软土地基时注浆参数的确定。

2 浆液扩散半径

浆液扩散半径R是一个重要的参数，R值可进行理论公式(1)估算，如选用参数接近于实际条件，则计算值具有一定的参考价值。即

式中：R为浆液扩散半径，cm;r为注浆孔半径，cm，取2.1 cm;K 为渗透率，cm/s，取0.5 ×10-8cm/s;P 为注浆压力，Pa，取0.2 ～0.5 ×106Pa;T 为渗透时间，s，取1800s;B为粘度，取20;n为地层孔隙率，取50%。

计算后得1.0～2.5m，注浆孔的孔距于2倍的扩散半径，设计时可根据软土中含粉砂及其粉土层的厚度调整其孔距。

浆液扩散半径R也可参照渗透系数，取经验数值。表1为硅化法注浆渗透系数与浆液扩散半径对应表，通过该表，可近似地确定注浆工程的浆液扩散半径。

表1 渗透系数与浆液扩散半径表

当地基条件较复杂或计算参数不易选准时，就应通过现场注浆试验来确定。

对于粘性土层，由于地层孔隙很小，浆液无法渗入只能通过劈裂作用注入浆液，它适用于劈裂灌浆理论。但是劈裂灌浆时浆液扩散具有不规则性，注浆设计施工中可用“注浆有效半径”来表示交流扩散范围。对于砂性土层由于地层孔隙较大，浆液以充填固结为主，其扩散半径远大于粘性土中的扩散半径。冶金部《注浆技术规程》(YBJ44-92)规定：浆液有效扩散应根据现场试验确定。根据以往工程资料，对于粘土层有效扩散半径为0.5～1.5m，注浆施工时，可通过对注浆压力、注浆胶凝时间、注浆量、浆液浓度等参数进行控制、调整，起到控制“浆液扩散半径”的目的。

由于软土层其各向异性而非同一体，实际上扩散半径R值变化较大，在廊沧高速公路软土地基注浆工程中取得了可以借鉴的工程经验。通过对廊沧高速公路软土地基注浆工程综合分析研究后，在本研究报告中依据工程地质条件提出扩散半径R值的推荐值，见表2。

当为一般路段治理时，扩散半径可取大的值，当为中小型构造物路段治理时扩散半径可取小的值。

表2 注浆扩散半径(R)推荐值

3 注浆压力

注浆压力是给予浆液扩散充填，压实的能量。在保证注浆质量的前提下，压力大，扩散距离大，注浆钻孔数量少，同时有助提高可灌性，提高土体强度，但当压力超过受注地层的自重和强度时，可能导致地基及其上部结构的破坏。所以在设计中，一般都以不使地层结构破坏或仅发生局部的和小量的破坏，作为确定地基允许注浆压力的基本原则。

目前，注浆压力主要参照砂砾层中注浆工程计算公式确定式中：pe为注浆允许压力;C为注浆序次;T为覆盖层厚度，m;K为注浆方式系数，自上而下K=0.8，自下而上K=0.6;λ为地层因素系数，取0.5～1.5，地层强度低取值小;H为注浆层距地面深度，m。

通过计算，在10m深度范围内取0.2～1.0MPa。注浆起始压力是工作压力的1～5倍。

在廊沧高速公路K132+177～K132+258段，利用上述公式(2)计算注浆压力，当注浆孔为第一期孔，C1取1，为第二期孔，C2取1.25;注浆层距地面深度(h)为6m;覆盖层厚度(T)为2m;由于土质结构紧密，渗透性较弱，故λ取1.0;注浆方式系数(K)按0.6考虑。

一期孔：［Pe］=1×(0.75 ×2+0.6×1.0×6)=5.1×105(Pa)=0.51(MPa)

二期孔：［Pe］=1.25 × (0.75 ×2+0.6 ×1.0×6)=6.4 ×105(Pa)=0.64(MPa)

本次注浆所采用方式是一期孔定量不定压，二期孔定压不定量，本次二期孔的注浆压力选用的是0.5 MPa。

注浆压力值与地层的结构、初始注浆的位置和注浆序次、方式等因素相关，有些因素较难准确地获取，所以在地基注浆处理前宜通过现场注浆试验来确定，以取得设计所需参数。

进行注浆试验时，一般是逐步提高压力的办法，求得注浆压力与注浆量关系曲线，当压力升至某一数值，而注浆量突然增大时表明地层结构发生破坏或孔隙尺寸已被扩大，因而可把此时的压力值作为确定容许注浆压力的依据。

4 注浆量的确定

在正常情况下理论上注入的耗浆量，应充填到颗粒之间的孔隙中，或沿层理或裂隙劈裂式注入。假定水泥浆注入土层的孔隙中或水泥浆以劈裂方式沿土层层理注入地下不至于使地面抬起或地层结构被破坏，在每个注浆段中注浆液没有注入的土层，由于受上下层理或裂隙中注浆压力的作用，其孔隙率应大大降低。

总体注浆量主要取决于地层孔隙率，可通过下式进行确定。按照土的物理力学性质，注浆前后土体的孔隙比(e、e')为

式中：VV为土中孔隙的体积;Vs为土粒体积;△V为单位体积内浆液的充填量，即充填系数β。

式中：ΔV为单位体积内浆液的充填量，即充填系数β;e'为注浆治理后土体的孔隙比，取值根据工程实践，在路基高度大于4.0m 时取0.70;在路基高度小于4.0m 时取0.80。

由(10)式可以估算出单位体积内浆液的充填量与总注浆量。

在廊沧高速公路软土地基中软土层的孔隙比平均值为0.953，按上述公式(10)估算，单位体积内浆液的充填量，即充填系数β=7.6%。

每孔(段)浆液注入量可根据冶金部《注浆技术规程》(YBJ44-92)可用下式计算

式中：Q为每孔(段)注入量，m3;A为浆液的损耗系数一般A=1.15～1.30;R为浆液有效扩散半径，m;H为注浆孔(段)深，m;n为孔隙率;β为浆液充填系数。

在廊沧高速公路K132+177～K132+258段，利用公式(10)计算单孔注浆量，由于施工期在冬季，施工条件差，损耗系数A取1.3;浆液的扩散半径为1.5m;注浆孔注浆长度约H=5m;该段的孔隙率为0.3～0.5。浆液充填系数β=0.076。

单孔注浆量 Q=1.3×3.14×1.5×1.5×5×0.3×0.076=1.05(m3);

Q=1.3 ×3.14 ×1.5 ×1.5 ×5 ×0.5 ×0.076=1.75(m3)。本路段注浆时所取的注浆量为1.3m3。

5 注浆孔的布置方式

注浆孔孔距的大小与注浆压力，浆液扩散半径，土层性质及公路构造物有关，从理论上讲，当注浆压力(Pe)和浆液扩散半径(R)确定后，注浆孔距(L)取值范围也就确定了，其取值范围在R≤L≤2R之间。

公路下伏地软弱地基注浆设计一般为多排注浆孔，排距取值范围也应在R≤L≤2R之间。不同排上的注浆孔一般有两种布置方式，一种为矩形排列，即前排孔与后排孔沿公轴线方向平行;另一种为三角形排列，即前排孔的位置与后排孔的位置沿公路轴线方向上错开1/2的孔距，平面上呈梅花状。

在注浆孔距取值范围内，选择合理孔距对保证工程质量，降低造价很重要，依据廊沧高速公路工程实践经验，在设计中应注意的以下几点。

(1)孔距应依据土层性质和构造物来确定，当软土地基中粉砂层或粉土层较厚时，取值应偏大一些，即L取1.5～2R之间;当软土层中粉砂层或粉土层较薄时，取值应偏小一些，即L取1～1.5R之间;桥头、涵洞等构造物部位应考虑其上述二种工程地质条件，L值取值应偏小一些。

(2)高速公路软土层注浆治理宜采用多排注浆孔，排距宜与孔距相等，布孔原则以三角形方式为主，矩形方式为次。如图1所示。

(左图为矩形布孔，右图为三角形布孔)图1 注浆孔布置方式示意图

［1］ 李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［2］ 王晓谋，袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］ 余萍，张再武.高速公路软土地基综合处理技术研究［J］.交通科技，2005，(6)：12 ～14.

［4］ 吴承霞，姬同庚.新乡至郑州高速公路软土路基压密注浆的试验研究［J］.河南科学，2006，24(2)：249 ～252.