袖阀管注浆法在杂填土地层基础加固中的应用

罗跃文，高春羽

（北京通成达水务建设有限公司，北京 100000）

1 工程概况

北京市南水北调配套工程河西支线工程自大宁调蓄水库取水，新建3座加压泵站，将水加压输送至三家店调节池，工程线路总长18.8 km，本工程为第三级泵站——中门泵站，包括新建一座加压泵站及460 m配套管线。

1.1 地质情况

管线采用DN2000 钢管，钢管外侧浇筑C25W6F150混凝土包封，管线基础为人工杂填土基础，地基土主要为杂填土，局部为卵石填土、粉土填土。卵石填土、杂填土和粉土填土物理力学性质不均，不宜作为基础持力层，采用注浆加固的方式进行基础加固处理。

1.2 设计要求

注浆压力0.5～1.0 MPa，注浆加固后通过地质雷达或面波监测整体注浆加固效果的连续性、完整性、填充性，同时进行地基静载荷试验检验，要求地基承载力不小于300 kPa。

1.3 注浆方案比选

目前，基础注浆加固常用方法包括钻杆后退式注浆法及袖阀管注浆法两种注浆方法，两种注浆方法各有特点，具体分析见表1。

表1 钻杆后退式注浆法和袖阀管注浆法分析

本工程地面注浆加固区域与其他施工项目场地交叉，且两项工程均有节点工期要求，因此施工工期紧，另外，人工杂填土孔隙率大、孔隙分布不均，采用钻杆后退式注浆法加固范围及施工成本难以控制。综合工程质量、造价及进度要求，选用袖阀管注浆法进行地基注浆加固。

2 袖阀管注浆法施工

2.1 袖阀管注浆法简介

袖阀管主要包括两部分：一是内径为48 mmPVC 注浆管，注浆管选用壁厚3 mm 的优质PVC管，保证在最大注浆压力下不产生破坏，PVC 注浆管每隔500 mm 在四周开设4 个Φ6 mm 出浆孔，出浆孔外面用弹性良好的橡皮箍圈套紧，底部进行封闭；二是内部钢管注浆器，在钢管端头部位480 mm范围内开设6个60 mm×10 mm的注浆孔，在注浆孔两端设置止浆圈。袖阀管构造见图1[1]。

2.2 袖阀管注浆施工

袖阀管注浆分为钻孔、安装袖阀管、浇筑套壳料及注浆4个步骤，施工流程见图2。

2.3 袖阀管注浆施工

注浆参数：注浆压力0.3～0.5 MPa（Ⅰ序孔0.3 MPa，Ⅱ序孔0.5 MPa），地层孔隙率0.4，地层填充系数0.8，边排孔浆液损失系数1.2～1.4（边排Ⅰ序孔1.4，边排Ⅱ序孔及中间Ⅰ序孔1.3，中间Ⅱ序孔1.2。

（1）钻孔。①测量定位。根据已布设好的控制点坐标，使用全站仪放出控制孔位，并依照控制点用钢尺放出所有钻孔孔位，然后用水准仪测量地面高程，确定钻孔深度，注浆孔位与设计孔位偏差不大于10 cm。②钻机就位、对孔位。钻机就位时应准确并放置平稳，以保证钻孔的竖向垂直度及孔位偏移，施工过程中通过观察钻杆垂直度配合角度仪控制孔斜率，孔底偏斜率不大于2.5%。③钻孔。采用MGZJ-180 冲击钻机进行钻孔，成孔孔径为133 mm。由于杂填土土质松散，泥浆护壁无法保证成孔，因此采用钢套管就行护壁。

（2）安装袖阀管。①袖阀管是浆液进入地层的通道，注浆花管采用PVC塑料管，每隔50 cm钻一组Φ6 mm 射浆孔，射浆孔外侧包裹一层橡胶皮，注浆时橡皮套被注浆压力冲开，使浆液穿过套壳料进入地层，停止注浆时橡皮套弹回压紧袖阀管。②将连接好的袖阀管下口用尖底封好，然后将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底，袖阀管底端与注浆孔低距离不大于20 cm。袖阀管下放保持平稳，不得强力下压或拧动，为保证袖阀管位于孔位中心，每隔2 m 设置一处定位卡，袖阀管下设完成后拔出套管。

（3）套壳料浇筑。①袖阀管安装完成后浇筑套壳料，封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止注浆时浆液四处流窜，在橡皮袖阀和止浆塞的配合下迫使浆液只在一个注浆段开环注浆。②套壳料物理力学性能：适宜的强度兼顾开环和防止串浆的需要；收缩性小，凝固后不致和袖阀管脱开；脆性较高，增加开环后的破碎程度；黏度低，析水率小和稳定性高。③套壳料配比为水泥∶膨润土∶水=1∶1.53∶1.94。

（4）注浆方式。注浆前首先进行开环，采用高压清水开环，开环后持续灌注5 min，袖阀管注浆自下而上进行注浆，注浆时在注浆管内下设双联式注浆塞，每次灌注一环孔，每环孔间距50 cm，分段注浆可以有效地减少地层不均性对注浆效果的影响。注浆过程中，每段注浆完成后，向上移动一个步距的注浆管长度。

（5）注浆顺序及注浆材料。注浆采用先外围后中间的注浆顺序，同排孔跳孔间隔注浆，边排孔采用双液浆（水泥浆（水∶水泥=0.8∶1）：水玻璃（水∶水玻璃=1∶1）=1∶1），将注浆范围进行封闭，中间孔采用水泥浆（水∶水泥=0.8∶1）。

（6）注浆结束标准。单位注入量达到计算注浆量的最大值或在最大注浆压力下，注入率不大于2 L/min，并以持续灌注20 min达到注浆结束标准。

（7）封孔。将导管下入到PVC 注浆管底部，用注浆泵向导管内泵入水∶水泥=0.5∶1的新鲜普通水泥浆，将孔内余浆或积水顶出孔外，在泵入浆液过程中，将导管徐徐上提，并注意使导管底出口始终保持在浓浆面以下。

2.4 注浆效果检查

（1）钻孔取芯观测法检测地层孔隙之间的填充效果。施工完毕28 d后，对加固体进行钻孔取芯检验，观察其加固土体的孔隙填充情况及地层的完整性。芯样显示：杂填土地层中的孔隙得到充分填充，达到预期的填充性效果，地层完整。

（2）采用面波检测法检测基础加固效果。鉴于人工填土物理力学性质较离散，且加固区位于地面以下，采用面波测试整体注浆加固的连续性、完整性、填充性。面波检测采用的是多道瞬态面波勘察方法，根据探测目的和现场实际情况，计划现场使用DAQ Link III地震仪，宽频带的脉冲震源、低频检波器，24 道进行数据采集，道间距2 m，偏移距2 m。注浆加固前，在指定区域布置瑞雷波测试点（排列），测试点布置在注浆加固区域，注浆加固完成后，在相同位置再次进行数据采集，通过后期处理，计算出注浆前后的面波波速，对波速进行对比，分析评价区域的注浆加固效果。

（3）采用静载试验法检测地基承载力提高效果。在钻孔取芯及面波检测合格后，进行静载试验，试验共进行3个点，所有检测点地基承载力特征值均达到300 kPa。

检测结果表明：注浆后地层孔隙被连续填充，相关指标满足设计要求，地基加固效果良好。

2.5 注浆过程中发现的问题及改进措施

（1）塌孔。施工前期为控制施工成本采用膨润土泥浆护壁进行成孔，由于杂填土地层孔隙率大、地质松散，护壁泥浆跑浆，塌孔导致卡钻、袖阀管破坏等现象，造成施工成本增加，施工效率降低。改进措施：改用跟进套管钻进成孔，成孔后安装袖阀管，边浇筑套壳料边拔出套管，此方法大幅提高成孔质量，有效避免塌孔，同时，套管重复使用，施工成本相较泥浆护壁有所降低。

（2）卡管、漏浆及堵管。注浆过程中，由于在开环时瞬时压力过大（最大压力可达到4 MPa）导致止浆塞反转，造成注浆芯管卡管，无法拔出及漏浆堵塞袖阀管，无法进行重复注浆。改进措施：①调整套壳料配比。开环压力大的直接原因为袖阀管周边的套壳料强度高，因此，将套壳料配合比由水泥∶膨润土∶水=1∶1.4∶1.8 调整为水泥∶膨润土∶水=1∶1.5∶1.9，降低水泥用量，增加膨润土及水用量，降低套壳料强度，平均开环压力降低至2 MPa，止浆塞被冲反转卡管、漏浆情况明显减少，堵管情况得到改善，但管底2～3 m 范围仍存在堵管现象[2]。②调整开环方式。开环的压力远远大于工作压力，漏浆现象大部分发生在开环期间，因此将浆液开环调整为清水开环，一方面清水的流动性更强，更加容易开环，另一方面漏出至袖阀管内的水不会导致堵管影响后续施工，调整为清水开环后，漏浆、堵管问题得到有效解决。

3 结语

袖阀管注浆法具有注浆量可控、可分段重复注浆及施工快等特点，与高压喷射注浆等方法相比，该方法虽然PVC袖阀管无法拔出重复使用，耗费管材较多，但总体浆液量可控，工艺成本显著降低，与普通注浆方法相比，袖阀管注浆效果在施工效率、成本控制、加固效果方面有明显优势，且施工成本差距不大。因此，对杂填土地层进行地基加固处理，袖阀管注浆法有较大的优势，具有较广阔的应用空间。