既有建筑地基注浆加固施工工艺

姜尊义

（山东钜辉建筑技术有限公司，山东 济南 250000）

0 引言

既有建筑地基加固是延长建筑物使用寿命的重要手段。从我国城市化建设初期至今，老旧城区大量建筑物使用年限已经接近或达到设计基准期，对这些既有建筑的地基加固改造需求开始增多[1]。在地基加固技术中，水泥注浆法主要是运用水泥材料进行注浆处理，其材料价格低、方便易得，具有良好的经济效益；且强度较高，能够得到良好的加固效果，还具有处理方法简单、对周围环境干扰程度低、施工工期短、工艺简单、适用范围广泛等优势[2]。因此，注浆加固施工工艺广泛应用于既有建筑地基加固中，其应用优势显著，深入研究既有建筑地基注浆加固施工工艺，对提高既有建筑改造效果，提升我国城市化改造水平具有一定的现实意义。

1 工程概况

该工程为某市老城区一住宅小区楼，该楼为地上四层，地下一层砖混结构，毛石砌筑基础，长51.20m，宽13.10m，建筑面积1556m2。由于自来水管爆裂，导致大量水涌入住宅楼基础下部，出现墙体开裂情况且1～4 层均有裂缝分布。场地岩土工程条件勘测结果显示，场地岩性自上而下为素填土层，厚度为0.8m～2.4m，主要由粉土混建筑垃圾堆填形成，年限高于5 年；粉土层，素填土层之下厚度有1.3m～6.8m，为中-高压缩性Q3 粉土，轻-中度湿陷性，相变为粉质黏土，该层中还包括角砾夹层，最厚为2.2m，60%粒径大于2mm，母岩成分为火成岩；卵石层分布于粉土层之下，中等密实度，母岩成分主要为火成岩，颗粒级配良好，力学性质良好，是建筑持力层和受力层。

经鉴定，该住宅楼未设置圈梁、构造柱并且砂浆强度不能达到要求，建筑完好的状态下部分构建不能达到承载力要求。同时，岩土勘察报告显示，建筑场地地基存在不均匀沉降，尤其东南部地基受涌水影响，存在一定的塌陷问题，地基承载力较低，也是导致墙体发生开裂的主要原因。

根据《民用建筑可靠性鉴定标准（GB50292-1999）》，该住宅楼建筑安全性等级为Dsu，与相关标准不符。因此，需要对该住宅楼进行地基加固处理。待沉降稳定后，对上部主体结构进行加固，同时增强抗震构造[3]。

2 注浆加固方法选择

该工程中，墙体裂缝位置主要位于素填土部位，在地基加固过程中，以此位置周围地基为主。注浆加固中，对注浆加固施工质量具有关键影响的是注浆材料及方案选择。在土防渗注浆中，选用悬浮浆液、低强度化学浆；工艺技术可以选用渗透注浆、电动化学注浆、高喷注浆；浆液类型为水泥浆、黏土浆、氨脂浆、丙凝浆等。在土加固过程中，选用浆材类型为悬浮浆液、高强度化学浆；工艺技术科选用脉状注浆、电动化学注浆、高喷注浆；浆液类型包括水泥浆、环氧浆、甲凝浆、聚酯浆等。堵漏注浆中，浆材类型为速凝浆液，工艺技术选用渗透注浆，浆液类型可用水泥水玻璃浆、水玻璃浆、聚氨酯浆等[4]。

对该工程来说，住宅楼发生地基下沉的原因主要是由于杂填土位置地基遇水后下沉，但是在其他位置下沉的程度却比较小，从而出现不均匀沉降。因此，通过科学比选方案，最终选用水泥压力注浆加固方案进行地基加固。

水泥压力注浆加固主要材料为水泥浆，在地基基础加固中，对水泥浆的流动性要求较高，因此一般选用的水灰比较大。在凝结性方面，水泥浆在注浆压力逐渐消失后，其流动性也会逐渐下降，并且随着时间延长，水泥浆逐渐凝结硬化，与土壤结合形成大型高强度固结体。在渗透性方面，水泥浆与土体固结后，固结体的渗透性会大大降低，在该工程中，在注浆深度范围内的土壤层主要以淤泥为主，土壤孔隙较小，水泥浆水化热和渗透性的影响都比较低，在确定水灰比时不宜过大，合理取值应在1.0。

3 确定注浆参数

3.1 确定注浆压力

注浆压力直接影响注浆效果和注浆成本，在外力的影响下，水泥浆注浆过程中会向周围扩散，使其达到预定的范围，注浆压力能够有效克服水泥浆的内部摩擦力和内聚力以及注浆导管、土壤孔隙等对浆料的外部摩擦力，使其流动[5]。但是，注浆压力过高可能会对周围建筑物结构造成不良影响。因此，需要根据工程实际确定合理的注浆压力。

公式（1）为注浆压力确定计算公式。

式中：pe—允许注浆压力（MPa）；C—注浆次序相关系数，该工程取0.1；T—覆盖层厚度（m），该工程取5m；k—注浆方式系数，自上而下注浆取0.8，自下而上注浆取0.6，该工程取0.6；λ—地层因素系数，取值范围0.5～1.5，该工程取值0.6；h—注浆段距离地面深度（m），该工程为11m。

经上述公式计算，确定该工程中允许注浆压力为0.9MPa，3m 注浆深度范围内允许注浆压力范围为0.2MPa～0.9MPa。

注浆压力随着注浆深度的增加而增加，注浆深度每加深1m，注浆压力增大20kPa～30kPa；注浆结束后的储层压力大于注浆前的压力；注浆压力控制根据浆液进入土壤的标准确定[6]。该工程中，注浆压力控制 标准根据浆液顺利进入土层进行控制，合理范围要求控制在0.2MPa～1.0MPa。

3.2 确定浆液扩散半径

该工程注浆加固施工中，工艺技术选用渗透注浆，根据渗透注浆理论公式（2），计算得出浆液扩散半径。

式中：r1—为浆液扩散半径（cm）；k—为土体渗透系数（cm·s）；h1—为注浆压力水头（cm）；r0—注浆管半径（cm）；t—注浆时间（min）；β—浆液与水的黏度比，范围取值一般为0.1～0.3；n—土层孔隙率（%）。

由于工程实际不同，理论公式中各项参数值存在较大差异且理论计算值往往大于实际值，因此主要通过注浆试验确定泥浆扩散半径。该工程中，采用原地钻进行注浆管周围土壤采样试验，通过试验分析，确定泥浆扩散半径为40cm。

4 注浆加固具体施工

4.1 注浆孔布置

该工程中，在注浆孔位布置中，设置孔间距为1.5m～2.0m，位置在地基外侧，根据成孔过程实际情况，若遇障碍物则可适当移位。孔底进入角砾层顶面，孔深度随其层面变化而变化。现场成孔施工中，运用轻型动力触探原位测试角砾层顶面位置，注浆管下部设置间距为0.3m～0.6m 花眼，注浆前，注浆管底与孔底距离保持在0.5m左右，注浆管在基础地面上进行封孔，先用水泥袋缠绕，再加入黏性土或水泥进行捣实，跳孔注浆，同一房间按照孔间距最大原则选取不超过2 个孔。

4.2 施工工艺要点

4.2.1 注浆材料选择

该工程中，根据水泥注浆加固施工工艺，注浆材料主要包括水泥、水以及适量添加剂。水泥浆制备中，水泥材料为P.S 32.5 级矿渣硅酸盐水泥，水为普通自来水，采用搅拌机进行搅拌，控制水灰比在0.7～1.0。

此外，在注浆材料制备过程中，还需要注意水泥注浆材料应当用水泥袋包装好，避免发生受潮结块等情况，在制备前对水泥材料进行检查，确保其各项指标符合要求；控制材料制备误差在5%以内，采用质量测量方法对水泥等材料进行精确称量；制备机械采用高速混合机，水泥浆搅拌时间应当不低于1min，若为普通混合机，则应当延长时间在3min 以上，确保水泥浆搅拌充分；同时避免注浆沉淀影响质量，需要对泥浆进行不断搅拌，直至注浆施工；实际施工中，水泥浆液应当随用随制，避免放置过长时间。

4.2.2 注浆施工参数确定

利用设备将泥浆管输送到目标位置，通过施加压力注浆，将水泥浆注入目标土壤层。该工程水泥注浆加固中，主要技术参数：根据工程实际及公式计算，注浆压力控制在0.4MPa；注浆流量为7L/min～200L/min，注入率15%～20%；；注浆孔径50mm，垂直度偏差控制在1%之内；注浆中上拉、下钻高度在0.5m 左右；注浆过程持续进行，按照跳孔间隔注浆，确定注浆顺序，施工顺序为先外围后内部；施工中，加强对周边建筑物、地下管线等监控，严格控制位移、沉降、裂缝等。采用多孔注浆方式，加快浆液固化，降低注浆过程中对既有建筑地基造成的附加沉降。当注浆压力、注浆量超出规定标准，或注浆孔周围地面隆起，泥浆发生流动情况出现时，应立即终止注浆。

4.3 施工准备

4.3.1 技术准备

首先，施工方同监理方、业主方进行进场工作准备，对所有注浆孔进行支出测量，并安装检查各项临时装置；技术人员进行施工设计图分析，并熟悉掌握自己参与部分。其次，进行施工方案的编制工作，明确具体施工方式及划分施工工序，根据确定的施工方案进行工程实践控制，保证施工进度。同时，在施工方案中根据检验情况标注施工重难点，结合工程实际制定应对方案。再次，施工前结合具体施工操作关键点和难点，严格控制技术质量，规范强化技术要点。最后，编制预算施工图，对施工涉及人员、材料、设备等成本费用进行计算，对施工过程进行科学管控。

4.3.2 施工人员、材料及设备准备

该工程中，组织5 个施工小组，根据施工进度依次进场。具体包括后勤杂工组两人，混凝土搅拌组4 人，钢筋组3 人，钻孔组4 人，注浆组4 人，抹灰组5 人，各组人员暂定。材料及设备由施工组织根据实际情况进行准备，其中，按照施工计划方案及预算进行材料分批采购，同时建立物资储备管理制度，确保各项物资施工前准备就绪；施工前做好向有关部门的申请，确保施工机械及设备可以及时到位。

4.3.3 施工机械配置计划

该工程中，施工使用机械设备配置包括钻机2 台、注浆泵2 台、流量计2 块、搅拌机1 台、储浆机2 台、土浆塞2 个、全站仪1 台、水准仪1 台。

4.4 施工流程

该工程中，注浆加固施工工艺流程如图1 所示。

图1 注浆加固施工工艺流程图

在测量定位中，对开挖土层进行分析，软土层土体松动情况较为严重，裂隙发育，具有较强的渗透性。因此，根据实际情况确定注浆孔位置间距在平面规划中为1.5m。增加房间注浆量，减少室外注浆孔。注浆孔深度范围为建筑地基地面底面到角砾层，根据现场地质勘测报告及实际情况，确定注浆深度。

钻孔施工中，主要采用人造钻进行钻孔，保证钻孔深度达到要求。孔径满足注浆管要求，下注浆管后，注浆孔钻在距离管底部1.5m 处管壁上，在注浆管外安装套管，二者之间使用砂塞。地基表面孔隙采用1 ∶3 水泥浆或者黏土进行填塞，堵塞后拔出套管，采用注浆泵进行加压，按照规定加压标准，将水泥浆压入注浆管并向土壤孔隙中扩散，需要注意注浆持续进行。按照相应的注浆施工参数要求进行注浆，注浆完成后立即拔管，采用1 ∶2 水泥砂浆或者细砂砾进行填塞密室，或者用原浆压浆堵口。

4.5 施工质量控制

在注浆过程中，要求避免碎屑入浆，防止影响浆液流动性，堵塞管道。在注浆前，采用轻型动力触探进行地基地面之下、角砾层上的范围的原位测试，同一房间进行两点测量，与之相对的走廊部位设置1 个测试点。根据工程施工设计规范，进行跳孔注浆灌注，按照孔洞从外向内间隔灌注，一般按照间隔2～3 个钻孔顺序灌注，根据现场实际条件分析，部分可以按照间隔1 个钻孔顺序完成。钻孔深度达不到5m 时，能够有效控制泥浆，则运用钻孔填充法。在注浆过程中，浆液需要均匀混合，孔口用原浆液进行堵塞。

此外，在冬季施工中，还需要注意注浆施工保护。一是加强冬季施工管理，施工期间采取有效措施确保地下水不结冰；注意场内运输通道通常，并做好防滑措施。二是在注浆料拌制时，及时使用拌制完成的浆液，采取注浆液运输过程中的保暖措施，防止注浆料冻结。三是尽可能避免在夜晚施工，防止注浆时气温过低。四是根据实际情况，在注浆过程中注意在必要位置覆盖塑料薄膜，并铺设材料，室内可以开通暖气。总之，在冬季注浆施工要注意做好防寒保护工作。

4.6 注浆加固效果检测

该工程注浆加固施工完成4 周之后，进行加固效果检测试验，水泥浆与土壤结合固化情况良好。在地基加固范围内选取三个观测点进行静载荷试验，根据工程实际情况，对加固后地基进行静载荷试验压力加压范围为50kPa～450kPa，每增加50kPa 提高一个加载级别。1-3 号观测点装载完成后，测试结果统计如表1 所示。

表1 1-3 号测试点静载荷试验加载沉降表

注浆加固后，该工程既有建筑地基承载力特征值确定如表2 所示。

表2 注浆加固后地基承载力特征值

该工程中，注浆加固完成后，进行现场静载荷试验检测结果显示，三个试验点最大沉降量分别为62.63mm、63.70mm、64.48mm，地基承载力特征值确定为207kPa。检测结果显示，该工程注浆加固完成后，住宅楼地基承载力能够达到结构正常使用标准。

5 结语

现阶段，注浆技术在工程建设领域的应用已经十分广泛，渗透注浆、压密注浆等注浆理论也得到了广泛认可。注浆加固技术是利用不同的注浆浆液，在土体孔隙或者岩体的裂隙中，按照一定的扩散规律，通过浆液与土体或岩体的结合，填实孔隙、裂隙，从而达到加固的目标。注浆加固技术主要反映出浆液、注浆施工工艺以及地质情况之间的相互关系，对其深入研究，能够为注浆技术的科学应用提供有效参考。在对既有建筑地基加固中，应用注浆加固技术具有良好的效果。该工程中对城市老旧住宅楼建筑地基加固中应用注浆加固技术进行了研究。通过合理选用注浆材料，科学配比，进行注浆试验确定各项注浆施工参数，并按照相应的施工工艺流程，加强施工质量控制，完成住宅楼建筑地基注浆加固施工。同时，对注浆加固施工效果进行检测，结果表明住宅楼地基采用注浆加固能够使其达到地基承载力要求，具有良好的加固效果。