CS注浆工艺在危房地基加固中的应用

张长军

(河南省三门峡水文水资源勘测局，河南 三门峡 472000)

1 窄口水文站基本情况

窄口水文站是国家基本水文站，位于河南省灵宝市五亩乡长桥村窄口水库大坝下游左岸台地上，东经110°47′，北纬34°23′。属于黄河流域黄河水系，是黄河一级支流宏农河上大型水库窄口水库的控制站。多年来，为灵宝市和窄口水库的防汛抗旱提供了大量的水文信息。窄口水文站办公房始建成于2000年10月，共4间2层,总建筑面积219.43 m2。该办公房建在修建水库时的土石回填地基上，引发不均匀沉降，造成墙体多处裂缝，并挤压部分窗户变形。经鉴定，房屋安全等级为Cu级，需进行地基和墙体等加固补强，以确保其稳定和安全。着重分析CS注浆工艺在窄口水文站办公房地基加固工程中的应用及结论。该地基采用CS强力注浆施工工艺进行加固处理，于2020年7月全面完成，所有指标均达到设计要求和加固效果。

2 CS注浆工艺及原理简介

2.1 CS注浆工艺简介

CS浆液是水泥水玻璃(Cement Silicate)浆液的简称，是以水泥和水玻璃为主剂，两者按照一定比例以双液方式注入，必要时加入其他附加剂。可以较好地解决单液水泥浆存在的凝结时间不可控、结石强度低等问题，实现较好地可控性，并增加水泥注浆液的结石强度。CS注浆工艺可用于防渗处理和加固注浆，这是一种用途极广、效果良好的注浆材料。

2.2 CS注浆原理

2.2.1 CS注浆加固原理

采用普通水泥、水玻璃双液浆进行加固的作用原理主要为裂隙填充和劈裂作用，不仅能对高压喷射土体范围里的土体进行填充加固，还能较好地对喷射土体极限范围外的土体进行充填、渗透、挤密和劈裂等固结作用，从而达到对地基土达到全面加固的效果。

2.2.2 CS防水防渗原理

根据应用环境不同，采用普通水泥、水玻璃双液浆进行止水的作用原理有所不同。在富水和动水的砂层、砂性土层、断层破碎带等环境下进行注浆止水，可实现裂隙填充和劈裂作用；在少水的砂层中采用CS注浆技术，可以起到较好地渗透作用。该工艺浆凝胶时间易控易调，能够减少地下水对期凝胶性能的影响，还可以对不同部位采用不同的技术进行注浆修补，确保基础加固时的止水防渗效果。

3 地基注浆加固基本情况

3.1 地基注浆加固范围及目的

窄口水文站办公房原建尺寸15 800 mm×6 600 mm,地基加固范围为16 900 mm×7 700 mm。地基加固前，先破碎地砖并清理至土层，再行钻孔，成孔后下入注浆管。注浆管共132根，注浆管设置完成后，再通过注浆机高压强力注浆，进行地基加固处理。其中一层室内注浆管为82根，室外注浆管为50根，根据房屋结构大体呈均匀分布，具体位置如图1所示。

图1 注浆孔位置分布图

窄口水文站办公室地基注浆加固的主要目的是提高室内处地面及基础下部土体的承载力，从而确保建筑物的稳定性和安全性。

3.2 注浆材料及注浆主要参数

3.2.1 注浆材料

注浆液材料：窄口水文站地基注浆材料选用32.50R普通硅酸盐水泥和附加2.50%～5.00%的硅酸钠溶液(Na20·nSiO2)。灌注的浆液水灰比为0.50～0.70。在施工过程中先稀后浓，具体的水灰比值根据施工实际情况确定。

注浆管材料：全部采用φ32 mm×3 mm的钢管，长度均为3 m，每根注浆管壁上钻有21个φ8 mm的圆孔。

3.2.2 灌浆主要参数

注浆过程中，注浆压力与土壤密实度、注浆量及注浆速度等因素有关。注浆时要及时准确记录压力值变化情况，当吸浆量突然增大，表明该压力下充填物的结构发生破坏，就将此压力值作为最大允许灌注压力。本工程选用压力注浆泵BW150双液型，施工时通过现场试验确定最优的工作参数，进场前初步拟定参数如下：初始压力：0～0.20 MPa；稳定压力：0.50～2.50 MPa；扩散方式:挤压；水灰比:0.50～0.70。

3.3 设备选用和注浆工艺3.3.1设备选用

浆液制作设备：专用搅拌机；注浆设备：BW150双液型压力注浆泵；注浆管安装设备：选用FD-80型风动钻机成孔后压入φ32注浆钢管。

3.3.2 注浆工艺

注浆孔成孔：注浆钻孔根据注浆孔平面分布图施工，如遇地下埋设物作适当调整。钻孔深度按设计要求，钻孔孔径为50 mm，保证垂直度<1%。

预埋管：注浆管采用φ32钢管，地面以下500 mm设置注浆花管，将管下压到预定深度。

封孔：用一定量的水泥砂浆灌入注浆孔周围，边灌注边振捣入0.50～0.60 m深的位置，当砂浆达到初凝状态时，方可进行注浆工作。

浆液制作：按水和水泥以0.50～0.70的比例，另附加2.50%～5.00%硅酸钠，保证浆液的水灰比符合要求，从而提高水泥浆液注浆的质量。

开机注浆：在注浆前应先检查注浆头的状况，确保各节管路的连接良好。注浆过程中主要通过听声音是否有异常，看压力是否过高，观察注浆量是否达到设计的要求。

3.4 CS注浆加固应用研究分析

窄口水文站办公房通过CS注浆，共灌注水泥46.50 t。该工艺对窄口水文站办公房地基加固的实际应用，从地基的承载能力和外观都取得了良好的效果见图2所示。

图2 窄口水文站办公房加固后实景图

CS注浆工艺同传统的注浆材料相比，水泥水玻璃浆液作为新型的注浆材料，具有以下几个方面的优点:一是CS注浆工艺浆液胶固快捷，且可精确控制凝固时间。胶固时间可以通过调整水泥品种、水灰比，水玻璃溶液浓度、水玻璃溶液与水泥浆的体积比以及浆液温度加以人为控制。经过试验可知：在同一条件下，水泥浆水灰比越小，水玻璃溶液浓度越低，水玻璃溶液与水泥浆的比例越小、温度越高，浆液的胶固时间越少。二是CS注浆工艺注浆材料在注浆过程中可有效控制浆液在地层中的扩散范围，确保能在地下水动力条件下进行凝结，可有效避免浆液对地下水造成污染。三是CS注浆工艺浆液凝固后的结石率接近100%，且结石体的强度增长时间可以大为缩短，快速实现较高的抗压强度。四是根据不同的地质条件选取相对应的注浆浆液和施工设备参数，即可实现注浆的连续性和可控性。五是注浆效果好，有利于提高工程施工质量。六是经济可靠且耐久性好。注浆钻孔的孔径较细，对现有的建筑物主体和基础扰动微弱，保证了施工期建筑物附加沉降也较小。

4 结语

CS注浆作为新型防渗加固工艺，在窄口水文站办公房补强加固工程中取得了良好的加固效果。实践表明，改性后的水玻璃与水泥混合使用，可以到达化学灌浆的使用效果，充分展现了CS注浆的优点。在实际施工过程，可根据不同工程特性，进行注浆材料和配比、注浆压力参数优化，以此来达到各种工程的止水防渗、基础加固的目的。运用CS双液浆的施工方法具备施工速度快，对周边环境污染小等特点，并可有效提高施工进度，确保施工质量。