浅谈深基坑饱和动态含水砂层注浆技术

张胜 豆海军 刘立权

摘 要：本文结合深基坑饱和动态含水砂层基坑开挖过程中常出现的问题，综合分析了饱和动态含水砂层常用的注浆施工方法、注浆材料及注浆加固效果评价方法，并提出注浆技术的发展方向，为饱和动态含水砂层基坑坍塌的防治提供参考。

关键词：深基坑；饱和动态含水砂层；注浆技材料；注浆方法

1 饱和动态含水砂层常用的注浆施工方法及存在的问题

深基坑饱和动态含水砂层进行基坑开挖时，地下水的处理将成为工程成败的关键。目前，针对深基坑饱和动态含水砂层，深基坑降水是保证基坑顺利开挖常用的一项技术措施，同时也是一种比较经济的方法。考虑到地下水位的降低会引起基坑周围地面的沉降，在地下水短缺或地下水位持续下降的地区，该项技术受到很大程度的制约。因此，常用的注浆方法分为高压旋喷注浆法和静压注浆法。

高压旋喷注浆法是以高压旋转的喷嘴在土层预定深度内使用20～40MPa的高压喷射流切割土体，当喷射流体的动压力超过土体本身结构强度时，土颗粒将会从土体中剥离下来，一部分细小颗粒随浆液喷出地面，其余部分土颗粒与浆液混合，形成一个固结体，该固结体渗透系数与原土层渗透系数相比降低，达到防渗堵漏的目的。高压旋喷注浆法适用于碎石土、砂土、粉土、粘性土、素填土及淤泥质土等。然该方法在进行注浆堵漏时有其不足之处，高压旋喷注浆法进行加固堵水时所形成固结体加固范围有限，浆液扩散范围较小，遇到坚硬物阻碍时无法达到所需加固范围。同时受注浆浆液流动性的制约，浆液水灰比较大，与土体混合所形成的固结体收缩也较大，致使固结体不能很好的与支护桩结合紧密，在动水压力作用下，地下水顺着此裂隙顺流到基坑内，出现流沙现象，严重时会发生管涌，最终导致基坑侧壁失稳。

静压注浆法是利用液压或气压通过注浆管把固化剂浆液强制注入地基的裂隙或空隙中，浆液占据原有土颗粒空隙中水分和空气的位置后与松散的土颗粒胶结成一整体，使土的物理力学特性得到改善，静压注浆法对砂砾石、砂卵石等渗透系数较大的地层能起到较好的加固堵漏的效果，在此地层中，浆液扩散范围大，浆液利用率较高。静压注浆法进行注浆堵漏的缺点是浆液可控性较差，浆液易流失到加固堵漏范围以外的地方，造成跑浆现象；同时静压注浆对土的渗透系数要求较高，当土的渗透系数大于2～3×10-1cm/s时，普通水泥浆液能够顺利注入到地层，但在饱和动态含水砂层，尤其在中砂、粉细砂等渗透系数较低的地层中，传统的普通水泥因颗粒较大很难注入到该地层中。

2 饱和动态含水砂层常用的注浆材料

目前国内外应用在砂层中的注浆材料主要分为以下两类：

2.1 水玻璃浆材

水玻璃浆材，尤其是其中的“水泥类-水玻璃”注浆材料，在饱和含水砂层快速堵漏方面使用率最高。水泥类-水玻璃注浆材料是将水泥浆液和水玻璃溶液按照一定比例采用双液注浆工艺进行注浆，其优点是凝胶时间根据需要从几秒到几分钟可调，结石体具有一定强度，且结实率较高，在深基坑饱和动态含水砂层中达到起到快速堵漏的目的。其缺点是由于凝胶时间短，其渗透性较差，且在动态含水砂层中，结石体容易被水解，耐久性较差。

2.2 水泥类浆材

普通水泥类浆材的主要材料为普通硅酸盐水泥，因其强度高、价格便宜、耐久性好、无毒、无污染等优点，成为目前应用最广泛的注浆材料之一。但因颗粒较粗，可灌性较差，很难注入到粉细砂地层。超细水泥类浆材与普通水泥类浆材相比，颗粒较细，可灌性较好，能够注入到粉细砂地层，且强度高，固结体致密，耐久性好，但因价格昂贵，目前应用较少。

对于饱和动态含水砂层，在松散粗砂、砂砾石、砂卵石地层中，注浆压力小，浆液以渗透扩散为主；当砂层较密实，注浆压力大，浆液以劈裂扩散为主。在选择注浆材料时，主要应根据地层情况和注浆加固堵水要求，从凝胶时间、结石体强度、耐久性及工艺可操作性等方面综合考虑。

3 饱和动态含水砂层注浆加固效果评价方法

目前适合深基坑饱和动态含水砂层注浆加固效果评价的主要方法有：①施工质量检查及技术资料分析法；②钻孔抽（压）水检查法；③注浆前后水量比较法；④取样检查法；⑤钻孔检测法；⑥无线电波透视法；⑦旋转触探法（RPT）；⑧声波测试法；⑨综合物探方法等。

4 饱和动态含水砂层注浆技术发展方向

4.1 加强注浆理论的研究

由于地质条件的复杂性及注浆施工的隐蔽性，注浆模拟研究较为困难，致使注浆理论研究进度较慢，满足不了注浆实践的要求。

4.2 加强注浆新材料的研究

传统的普通水泥颗粒较粗，可注性差，很难灌入细微裂隙或空隙内，浆液析水率较大，降低浆液与土体的粘结强度，且普通水泥凝胶时间较长，在地下富水地层中起不到快速堵水的目的。近几十年研制的超细水泥尽管颗粒比普通水泥小的多，可注性较强，能够注入到中砂、细砂层中，且浆液稳定性较好，结石体强度高，但超细水泥流动性差，相同水灰比下，超细水泥比普通水泥粘度高，且生产超细水泥的工艺复杂，致使价格昂贵，不利于节约成本。水泥-水玻璃双液浆尽管弥补了单种浆液的不足之处，但其耐久性差。总之无论是水泥类浆液还是水玻璃类浆液都或存在可注性差、耐久性不好、成本高等缺点，不能满足地下注浆工程对注浆性能的全部要求。

4.3 加强注浆工艺的研究

从目前的情况看，饱和动态含水砂层注浆堵漏主要采用双层管双栓塞工法、双重钻杆过滤管法。但因喷枪工艺较为复杂，并没有得到真正的推广。同时，随着注浆新材料的出现，新的注浆设备和工法均应进一步研发和提高以适应新的注浆材料。

5 结语

综上所述，深基坑饱和动态含水砂层注浆加固堵漏应根据周围环境、地层情况等选择合理的施工方法及注浆材料，以达到较好的注浆效果，同时根据现场实际情况选择合理的注浆效果评价方法。

参考文献

[1]常士骠，张苏民主编.工程地質手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社，2007.

[2]张民庆，彭峰编著.地下工程注浆技术[M].地贸出版社，2008.

（作者单位：中冶沈勘秦皇岛设计研究院有限公司）