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基坑工程中樁間灌漿止水幾個問題的探討
      隨著高層建筑發(fā)展與地下空間的進一步利用，基坑越來越深，在城市深基坑開挖時，由于受到周圍環(huán)境的制約，普遍需要采用各種形式的基坑支護結(jié)構(gòu)與可靠的止水措施以保證基坑邊坡土體的穩(wěn)定以及周圍鄰近設(shè)施的安全與正常運作，也保證了地下結(jié)構(gòu)的正常施工及有關(guān)人員的安全。在基坑工程中，探索支護體系的壁、撐、水、土在施工全過程的時空關(guān)系，選取適當(dāng)?shù)闹ёo方法，可最大限度地節(jié)約深基坑施工費用。灌漿技術(shù)的發(fā)展與進步，地下連續(xù)墻作為基坑工程圍護結(jié)構(gòu)的主角地位已經(jīng)動搖，各式各樣的基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)與灌漿相結(jié)合已成為流行的支護方法，但是，個別基坑工程支護設(shè)計者沒有就其適應(yīng)性進行深人的理論研究，防滲問題沒有處理好，在工程應(yīng)用中出現(xiàn)管涌破壞，造成基坑施工困難和周圍建筑物沉降開裂。針對上述情況，本文作者根據(jù)自己多年的工程實踐，提出灌漿工藝在基坑工程中應(yīng)用必須注意的若干問題。


2  擋土樁的垂直度偏差與其影響
      在基坑工程中，主要采用土體改良與剛性圍護結(jié)構(gòu)加支撐（或錨拉）兩種支護方式，而在超深基坑中，大多數(shù)工程選用后者。在中國、香港和歐洲許多國家，除了選用地下連續(xù)墻作為基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)外，也經(jīng)常采用灌注混凝土樁，根據(jù)不同的工程級別，灌注混凝土樁通常采用相切和相割兩種型式，灌注混凝土擋土樁與地下連續(xù)墻相比，其在平面布置上有較大的靈活性，單根樁的長度可長可短，在功能上可作為基坑開挖的圍護結(jié)構(gòu)和止水結(jié)構(gòu)，亦可作為地下結(jié)構(gòu)永久性外墻及支承上部結(jié)構(gòu)的樁，在造價上比較便宜。
      作為基坑工程的擋土樁，通常采用一、二序樁的布置方式，兩序樁能否搭接主要取決于樁的平面偏差及垂直度的控制。國家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94一94）中平面允許偏差為100mm，樁身垂直度允許偏差為1%。當(dāng)采用相切型式時，樁間的空隙是絕對存在的；當(dāng)基坑工程的擋土樁采用相割型式時，樁間的空隙取決于樁的平面偏差及垂直度的控制，還取決于樁的平面相割的寬度。作為基坑工程的擋土樁，其平面偏差的控制值一般需要比規(guī)范嚴(yán)格，通常也具備施工的可行性，而垂直度的控制卻往往因為地質(zhì)與施工設(shè)備等因素，無法大幅度提高精度。根據(jù)大量的施工統(tǒng)計資料，灌注混凝土樁平面最小偏差為25mm，樁身垂直度最小偏差為0.5%。在基坑工程設(shè)計時，擋土樁的直徑通常為800或者1000mm，樁的平面相割的寬度為100～200mm。我們不難推算，一、二序樁出現(xiàn)不相割的最小深度為：
Hmin＝（0.5B－x）/Y                                                   （1）
式中 B——樁的平面相割的寬度；X——樁平面偏差；Y——樁身垂直度偏差。
當(dāng)樁的設(shè)計平面相割的寬度為200 mm，最多可以確保巧15m深度以內(nèi)不出現(xiàn)樁間的空隙，當(dāng)樁的設(shè)計平面相割的寬度為100mm，離地面5m深以外是無法確保樁間不出現(xiàn)空隙。由此可見，采用相切和相割的灌注混凝土樁作為基坑開挖的圍護結(jié)構(gòu)，必須根據(jù)實際情況進行樁間空隙的處理，才能保證基坑邊坡土體的穩(wěn)定以及周圍鄰近設(shè)施的安全與正常運作。
3  基坑滲水及其影響
      在基坑施工時，首先進行上部開挖，由于基底離地面較近，上部灌注混凝土樁間不出現(xiàn)空隙可封閉止水，地下水是通過下部的樁間空隙向基坑內(nèi)滲流，水頭較小，滲徑長，因而水力坡降亦較小，不產(chǎn)生基坑內(nèi)側(cè)管涌破壞，但由于基坑外側(cè)的地下水流失，會引起水位下降而導(dǎo)致周圍地面下沉，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)建筑物開裂，當(dāng)基坑逐步向下開挖時，水頭越來越大，滲徑越來越長，因而水力坡降逐步增大，最后超過土的允許滲透坡降，一般土的允許平均滲透坡降J允許如表1所示，因而必產(chǎn)生管涌。
表1   地基土偶然性破壞的允許平均滲透坡降J允許
地基土
的類別 建筑物的等級 


I II Ⅲ Ⅳ 
細(xì)砂 0.18 0.20 0.22 0.26 
中砂 0.22 0.25 0.28 0.34 
粗砂 0.32 0.35 0.40 0.48 
壤土 0.35 0.40 0.45 0.54 
粘土 0.70 0.80 0.90 1.08 

當(dāng)基坑出現(xiàn)管涌時，基坑外側(cè)地下水位大幅度下降，砂、土涌入基坑內(nèi)，周圍地下淘空引起地面沉陷及建筑物倒塌，基坑工程、悶福的圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)移動，引至支護失效，個別基坑工程因此而倒塌，造成重大工程事故。
4  樁間灌漿的分類與方法
4.1 灌漿的分類
      按灌漿形式和作用機理，常見的灌漿主要分為三種類型：
      ①滲透灌漿：在一定灌漿壓力作用下，漿液在土體滲透并凝固而達(dá)到加固的一種灌漿方法。漿液滲透人土體孔隙后，孔隙中的自由水和氣體被排出，但漿液并未破壞土體的原有結(jié)構(gòu)。
      ②劈裂灌漿：先破壞土體的結(jié)構(gòu)，然后使混合漿固化的灌漿方法。在壓力作用下，漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強度，引起土體結(jié)構(gòu)破壞和擾動，使地層中原有的裂隙或孔隙張開，形成新的裂隙或孔隙，促使?jié){液的可灌性和擴散距離增大而達(dá)到加固目的。
      ③壓密灌漿：用較高的壓力向土層灌人濃度較大的混合漿液，擠壓軟土層、砂層，提高被灌土體的密度，減少其含水量。按灌漿材料劃分，主要有純水泥灌漿、化學(xué)材料灌漿與混合材料灌漿等幾種，而水泥灌漿一般分為普通水泥灌漿和濕磨超細(xì)水泥灌漿，混合材料灌漿的材料主要有水泥、粉煤灰、膨潤土（粘土）漿液與水玻璃漿、液或其它外加劑等。
純水泥漿是主要的灌漿材料灌漿，但其它灌漿材料往往在樁間灌漿中起到關(guān)鍵的作用。粉煤灰用于灌漿，在國外受到越來越多的好評，粉煤灰的主要成分是具有活性的氧化硅、氧化鋁和氧化鐵，它們在常溫下與水泥水化物氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)生成新的水化物，具有水硬性，可促成結(jié)石強度增長，尤其是后期強度有較大增長。膨潤土（粘土）顆粒細(xì)，摻人漿液分散性和觸變性能好，不易沉淀，可灌性好，可控性強，結(jié)石彈模低，變形性能好，密實度與抗?jié)B性能高。外加劑可改善漿液的可泵性與可灌性，提高結(jié)石強度和抗?jié)B性及耐久性。而水玻璃近年也因具有價廉、凝結(jié)時間可控制和沒有毒害等特點而被廣泛使用。
4.2灌漿的方法
      樁間灌漿方法的選擇主要取決于地質(zhì)條件，其次要考慮施工機具與灌漿材料，一般而言，砂卵石、漂石與人工拋填塊體層進行灌漿，由于它的孔隙率較大，在灌漿過程中漿液將沿著壓力坡降最大的方向走動，最后形成的灌漿體不一定是設(shè)計希望的形狀，對于這類地層應(yīng)采取下述措施：①低壓濃漿；②限流；③間歇；④待凝；⑤加速凝劑氯化鈣或水玻璃；⑥灌注水泥水玻璃雙液泉；⑦灌注高摻粉煤灰穩(wěn)定性膏狀漿液，以確保在樁間形成防滲本。而在砂層進行灌漿，除了要考慮灌漿體的強度和抗?jié)B性能外，必須注意漿液顆粒的細(xì)度與漿液的粘度，對于這類地層，如灌漿采用壓力注漿方式進行，建議選擇濕磨超細(xì)水泥灌漿或化學(xué)材料灌漿，但在城區(qū)的深基坑工程中，考慮環(huán)境保護的因素，通常不宜選取化學(xué)材料灌漿。


      雖然采用上述灌漿方法是可以提高地層的綜合抗?jié)B能力，通常使地基的滲透系數(shù)降低到2×10-5 cm/s，從理論與以往的試驗兩方面都可以有足夠的資料證明這一點，但在實際基坑工程設(shè)計與施工中，需要充分考慮地質(zhì)條件和施工工藝等多方面的因素，并經(jīng)過論證分析，選取適合的灌漿方式與工藝參數(shù)，才能達(dá)到預(yù)期樁間止水目的，就地質(zhì)而言，在同一施工地點，有多種地層，其土體的結(jié)構(gòu)與土力參數(shù)相差甚遠(yuǎn)，采用同一種灌漿方式是無法達(dá)到預(yù)期樁間止水目的，在工程實踐中，可以采用兩種或兩種以上的灌漿方式進行施工，如在極軟的粉砂質(zhì)粘土層，采用低壓力的滲透灌漿一般很難改變土體的力學(xué)性質(zhì)，因而也不能形成止水帷幕，但選取單管旋噴灌漿工藝可以達(dá)到樁間止水效果，此工藝在壤土層和松散砂層中亦適用，而在密實砂層或礫砂層需采用高壓三管旋噴灌漿工藝，利用其高壓的切割與劈裂作用，先破壞土體的結(jié)構(gòu)，然后使?jié){液固化，其防滲性能遠(yuǎn)比一般灌漿、單管旋噴樁及深層攪拌樁好，在密實的中、粗砂層及卵石層，更體現(xiàn)其止水優(yōu)點。
用于基坑工程的樁間灌漿，其效果不但取決于地層的可灌性、結(jié)石強度和抗?jié)B性及耐久性，更取決于灌漿孔的施工精度控制，其平面定位及垂直度的控制值，不但需要根據(jù)相鄰近的擋土樁的平面偏差及垂直度作具體計算確定，還需要結(jié)合灌漿的灌人量與擴散半徑作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在基坑工程中，樁間灌漿應(yīng)布置在擋土樁的外側(cè)，通常以品字形按兩排方式布置，必要時按3排方式布置，采取分級加密次序進行灌漿施工。
綜上所述，近幾年來在筆者負(fù)責(zé)設(shè)計或施工的基坑工程中所采用的灌漿方法是多樣的，粗略統(tǒng)計如表2所示。
表2  基坑工程灌漿方法統(tǒng)計表
序號 工程名稱 基坑深
度/m 基坑結(jié)構(gòu)
方式 地質(zhì)情況 灌漿方法 
1 廣州市荔灣區(qū)醫(yī)院 9 相切鉆孔樁 淤泥、粉砂 兩序單管旋噴灌漿 
2 廣東廣播中心大樓 8 相切鉆孔樁 粉質(zhì)粘土 三重管定噴灌漿 
3 海軍某船廠船塢 10 相切鉆孔樁 中、粗砂 三重管定噴灌漿、混合材料灌漿 
4 廣州荔景苑 12 相切鉆孔樁 粉質(zhì)粘土 深層攪拌樁、混合材料灌漿 
5 廣州市海珠廣場
地鐵站北出口通道 9 相切鉆孔樁 淤泥、粉細(xì)砂 單管旋噴灌漿 
6 香港灣仔污水泵房 26 相切鉆孔樁 拋石、粉砂 水泥灌漿、混合灌漿逐級加密 
7 香港中環(huán)泵站 27 相切鉆孔樁 拋石、淤泥、粉土 膨潤土、水泥灌漿、水玻璃、水泥灌漿逐級加密 

5  結(jié)束語
      樁間灌漿工藝的設(shè)計與施工的控制十分復(fù)雜，地下結(jié)構(gòu)的不確定因素較多，因此，在基坑工程灌漿設(shè)計時，必須考慮灌漿工藝的可泵性、可灌性、灌漿體的強度與彈模等重要因素，亦要對施工的工況進行深人的研究，明確樁、灌漿與支撐（或錨拉）的施工時空關(guān)系；灌漿工藝參數(shù)要根據(jù)實際的土質(zhì)情況進行動態(tài)設(shè)計；在基坑施工過程中應(yīng)采用信息化施工，加強對基坑及支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，確保基坑工程設(shè)計與施工的安全可靠。灌漿工藝經(jīng)過多年的工程實踐，已廣泛在基坑工程中應(yīng)用，而隨著新材料不斷出現(xiàn)，新的灌漿工藝有待進一步探索與研究。