改进型袖阀管注浆在黄河冲积层地基加固中的应用

孙艳，辛强 ，陈佃浩*，张学正

(1.山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253024；2.山东建勘集团有限公司，山东 济南 250031；3.山东省基坑与边坡工程研究中心，山东 济南 250031)

0 引言

济南地区黄河冲积地层主要由粉土与粉质黏土组成，属软土地层[1-5]。该地质条件下建筑采用独立基础时，常因勘察失误、设计不当或工程条件改变等因素，引起后期地基不均匀沉降，导致结构变形开裂。此时，需对地基基础进行加固，消除隐患。

目前常用的建筑地基加固方法有扩大基础底面积法、锚杆静压桩法、树根桩法、石灰桩法、注浆加固法[6-9]。其中注浆加固法原理简单，施工方便，技术成熟，应用最为广泛。而且地基基础加固中多采用袖阀管分段注浆方法。

我国的袖阀管注浆工艺是在法国Soletanche基础工程公司于20世纪50年代发明的索列坦修工法的基础上改进发展[1]。多年来，袖阀管注浆工艺被广泛应用于建筑地基加固、土体改性、煤矿巷道支护、桥梁基础加固、基坑支护、路基治理等各个领域，并表现出良好的适用性[10-22]。

1 改进型袖阀管设备

1.1 袖阀管注浆原理

传统的袖阀管注浆技术中，分段注浆时在注浆芯管底部设注浆器，注浆器的上下两端设密封圈，密封圈将注浆器和袖阀管之间的缝隙封闭，在两者之间形成封闭区域。注浆时，浆液通过注浆芯管进入注浆器和袖阀管之间的封闭区域，浆液达到一定压力后，将袖阀管上的单向阀顶开，穿破套壳料进入地层。

现有技术方案中，注浆器上的密封圈多为橡胶密封圈，且上下各有2个以上，仅依靠橡胶的弹性将注浆器和袖阀管之间的缝隙封闭。该方法靠密封圈和袖阀管之间的挤压实现密封，但密封圈和袖阀管之间的挤压力过大时，注浆器下放和提升困难，且密封圈磨损速度快；而密封圈和袖阀管之间的挤压力过小时，密封效果差，浆液可能从密封圈位置泄露，导致注浆压力过小而无法冲破袖阀管上的单向阀和套壳料，分段注浆失败。

1.2 袖阀管改进

在现有袖阀管注浆器的基础上增加拉杆喇叭橡胶垫、橡胶筒和限位管(图1)。拉杆位于注浆器和注浆内管的内侧，其下部与限位管相连，通过上提和下放拉杆可控制喇叭橡胶垫和橡胶筒的挤压与松弛，解决传统袖阀管上下密封圈磨损严重且无法提供较大压力的缺点。

图1 改进型袖阀管设备

改进型袖阀管设备[23]使用方法为： 注浆孔成孔， 孔内灌注套壳料， 下放袖阀管， 逐节下放注浆器、拉杆与注浆内管。 使注浆器上口紧贴在限位管外侧，管底拉杆接头卡在管底接头上，将注浆头提起，使注浆器上口边沿不会在限位管上脱出； 将注浆器下到注浆孔最低端，用钳子捏住拉杆顶端的方形头，拧紧螺丝帽，使拉杆上提； 拉杆带动注浆器上移，注浆器上部的喇叭橡胶垫和下部的橡胶筒被挤压外扩与袖阀管的内壁贴紧，使注浆头与袖阀管之间形成封闭空间； 待套壳料达到设计强度后开始注浆； 浆液经过注浆内管进入注浆器，并从出浆口进入注浆器与袖阀管之间的封闭空间，压力达到一定值后，浆液横向冲破袖阀管上的单向阀和套壳料进入地层； 待该段地层注浆完毕后，松开螺丝帽，使注浆器上部的喇叭橡胶垫和下部的橡胶筒恢复原形，上移注浆器到设计位置进行下一步注浆，直至注浆完成。

1.3 改进型袖阀管的优势

传统的袖阀管依靠止浆塞自身的弹性与袖阀管内壁贴合，形成密闭空间，可提供的注浆压力有限；而改进型袖阀管注浆器通过拧紧密封螺母上提拉杆，依靠持续的外力将橡胶筒与喇叭橡胶垫通撑开，形成密闭空间，可提供的更高的注浆压力。

传统的袖阀管上提注浆器时，止浆塞与袖阀管内壁始终贴合在一起，导致止浆塞磨损速度快，寿命短；而改进型袖阀管上提注浆器时，拉杆处于松弛状态，橡胶筒与喇叭橡胶垫复位，与袖阀管内壁脱开，几乎不存在磨损问题。

2 工程概况

2.1 地质概况

济南市某住宅项目地处黄河冲积平原地貌单元。各岩土层特性及分布自上而下为：

(1)回填土:基础及地下室施工完毕后，基坑回填素土夯实。

(2)层淤泥质粉质黏土：灰褐色,流塑,干强度及韧性中,稍有光泽,含少量植物根系及腐殖质,具腥臭味,见贝壳螺母碎屑，平均厚度2.06m。

(3)层黏土：黄褐色,可塑,无摇振反应,干强度及韧性高,有光泽,含少量铁锰质氧化物，平均厚度1.45m。

(4)层粉土：褐黄色,局部浅灰色,稍密,湿,摇震反应迅速,干强度及韧性低,无光泽,含云母片,具锈染,局部夹薄层粉砂及黏土，平均厚度4.38m。

(5)层黏土：黄褐色,局部灰褐色,可塑,无摇振反应,干强度及韧性高,有光泽,含少量铁锰质氧化物。平均厚度1.14m。

(6)层黏土：褐黄色,局部灰褐色,可塑,无摇振反应,干强度及韧性高,有光泽,含少量铁锰质氧化物, 平均厚度1.77m。

(7)层粉质黏土：灰黑色—浅灰色,可塑,无摇振反应,干强度及韧性中等,稍有光泽,含少量铁锰质氧化物,混少量小径姜石，平均厚度4.34m。

场区赋存地下水，地下水形态类型主要为第四系孔隙潜水。场区地下水主要靠大气降水及黄河侧渗补给，排泄方式主要为农业开采、蒸发以及地下径流。地下水位在2.63～3.25m 之间。

2.2 工程概况

该工程商业裙房采用独立基础。主体施工完成后，因邻近基坑降水导致独立基础产生不均匀沉降，造成室内墙体开裂。现场采用袖阀管注浆法对现有柱下独立基础下方及周边土体进行加固处理。

3 注浆加固设计方案

采用袖阀管注浆对既有基础地基进行加固。加固范围为3个主楼裙房基础，共计独立柱基39根，沿每个独立基础边缘均匀布置8～10个注浆孔。

成孔直径110mm，成孔深度为进入柱下独立基础底板下4m。注浆段为底板下4m范围内。水泥浆采用P·O42.5水泥，水灰比1∶0.6～1∶1，注浆压力1.0～1.5MPa，单米注浆量750kg/m。套壳料配料比(水泥∶膨润土∶水)为1∶1.5∶4.5。

4 注浆施工

4.1 施工概况

注浆施工初期使用传统袖阀管注浆施工，注浆施工数个孔后，频繁出现注浆压力骤降且孔口冒浆现象。该注浆器依靠皮碗、橡胶圈与袖阀管内壁的弹性接触形成密闭空间，来实现分段注浆。皮碗、橡胶圈与袖阀管内壁频繁摩擦而磨损严重，导致其密闭性变差，无法为浆液提供足够的封闭压力。浆液无法冲破套壳料或地层，转而流向更加薄弱的皮碗一侧，导致浆液从孔口溢出。为提高注浆效率与质量，将注浆设备改为了改进型袖阀管设备，注浆效率得到了显著提升，注浆压力无法施加和孔口冒浆的概率大幅减小。

4.2 试验分析

在注浆试验阶段，分别选取10个传统型袖阀管和改进型袖阀管，绘制其在单个注浆段内注浆压力随时间的变化曲线(图2)。

图2 袖阀管注浆压力与时间关系曲线

由图2可知，浆液进入土层之前会经历2个峰值，分别为浆液冲破单向阀时以及浆液冲破套壳料时。浆液进入土层后，压力随时缓慢上升并逐渐稳定，直至本段注浆结束。

传统型袖阀管与改进型袖阀管试验最大注浆压力与用时情况如表1、表2所示。

表1 传统型袖阀管最大注浆压力与用时情况

表2 改进型袖阀管最大注浆压力与用时情况

由表1可知，采用传统型袖阀管时，有7个试验对象出现注浆压力骤降现象，且其中有4个是浆液在袖阀管内部溢出，2个是浆液在袖阀管与孔壁之间溢出，1个是浆液在相临注浆孔溢出；采用改进型袖阀管时，3个试验对象出现注浆压力骤降现象，且其中1个是浆液在袖阀管与孔壁之间溢出，2个是浆液在相临注浆孔溢出。由此可知，采用改进型袖阀管时，浆液骤降和孔口返浆几率大大降低，且密封圈与袖阀管管壁跑浆的问题得到彻底解决。

此外，采用改进型袖阀管时，其浆液冲破单向阀和套壳料的速度更快，平均最大注浆压力达到了1.69MPa，是传统型袖阀管的1.3倍。单段注浆平均用时为6.22分钟，比传统型袖阀管节省了22%。

5 结论

(1)本工程注浆施工完成后，地基沉降得到有效控制，说明改进型袖阀管在济南黄河冲积层地区建筑地基加固中应用效果良好。

(2)与传统型袖阀管相比，改进型袖阀管的最大注浆压力提高了1.3倍，注浆时间节省了22%。

(3)采用改进型袖阀管后，浆液骤降和孔口返浆几率大大降低，密封圈与袖阀管管壁跑浆的问题得到彻底解决。