1.中国冶金地质总局第一地质勘查院 河北省三河市 065200；2.中冶地勘岩土工程有限责任公司 河北省三河市 065200
摘要：本文通过张家口地区工程实例，详细介绍了水泥－水玻璃注浆地基加固技术的具体应用，并对阻止和降低附加下沉进行了研究和尝试，提出了阻止和减小附加下沉的具体方法及基础加固施工的注意事项。
关键词：地基加固双液注浆(水泥水玻璃)附加下沉
一、前言
随着我国基本建设项目的规模越来越大，国家对建筑工程质量的要求越来越高。由于自然界工程地质条件的复杂性、多样性和局限性，再加上自然环境，施工条件等多种因素对工程质量的影响，基础工程中往往会出现这样和那样的质量事故，需要对工程质量事故进行分析，提出科学可行的加固方案，以提高地基的抗变形性能和承载力，满足设计和使用的要求。灌浆施工技术具有设备简单，方便，快速有效，造价低等特点，因而被广泛应用于软弱地基加固和既有建筑物（构筑物）加固，危房纠偏，基坑支护，滑坡整治，隧道软土，回填土，大坝断层加固等地基处理工程之中。
二、双液注浆技术加固地基土机理探讨
双液注浆技术是通过灌浆泵，灌浆管和灌浆嘴，在一定压力下将事先配置好的浆液（化学或物理）灌到所要加固的地基或预定位置，是浆液在土层中直接发生一系列化学或物理变化，固结土体，提高土体强度和抗变形能力。双液注浆方法和浆液配制方法有多种多样，应根据施工具体条件确定，浆液有单管灌入也有双管灌入。目前处理加固回填土质量事故多采用水泥浆为剂，也有采用以水泥同水玻璃悬浊液为主剂的。水泥浆液配加减水剂、早强剂等多种或单一种外加剂，性能比较稳定，造价低，材料容易取得。对地下水无污染，施工简单，被广泛采用。水泥同水玻璃悬浊济法，是分别用泵以相同压力相同流量从注浆管端部的Y型管的两个管口灌入，经混合后注入地基。
水玻璃模数一般选择2.5-3.3之间，使用时应用水稀释至13-15Be之间，太稀时，凝固时间短，产生附加沉降；太浓时，材料消耗大，可灌性差，结石强度低。
回填土一般采用粉土、粉粘土和粘土，分层夯实质量各异，随机性很大，水平方向和垂直方向的物理力学性质明显不同，层面于层内相比，浆液容易从层面注入。
双液注浆施工时，垂直地层层理的压力最小，土体不容易被劈裂，平行地层层理的压力最大，借助较高的灌浆压力，浆液能克服地层的初始压力和抗拉强度，使土体沿应力弱的软弱面产生“液压开裂”，破坏土体原有结构。因层与层之间存在一定的差异，浆液对周围土层的连续扰动和压缩，使土体排气脱水，土粒移动，重新排列，并产生向上传递的辐射应力，正确诱导这股地应力，使其基础反弹，下沉部位回升，纠正建筑物的不均匀沉降。
三、双液注浆技术在既有建筑地基加固工程的应用实例
张家口市某小区住宅楼地基加固工程
1、工程概况
张家口市某家属楼位于张家口市内，座北朝南，砖混结构，砼带形基础，地上六层地下一层，总建筑面积6685.57m2。该楼与2004年9月10日开工，2005年底主体及部分装修工程完工，2007年12月供电，2008年5月接通自来水，完成地热泵供暖系统调试运行，2008年6月18日正式竣工验收。2008年8月分发钥匙并陆续有业主入住，2008年12月初墙体出现裂缝，经观测，裂缝仍呈持续发展事态。
2、场地地基情况
根据勘探点揭露，地基土分布埋藏情况与原详勘报告基本一致，只在厚度上略有差异。地基土构成如下：
第①层：杂填土，厚度变化在1.2-2.6之间；
第②层：素填土（三七灰土），厚度变化在1.1-1.6之间；
第③层：黄土状粉土（原报告为第②层）；
第③-1层：角砾（原报告为②-1层），与原报告相比厚度在东南角变薄，且ZK3、ZK6孔地段具湿陷性，其余与原报告相近。
根据原报告，地下水位埋深在20.00m以下，但通过本次勘察，因各种原因地基土浸水，在ZK2孔处6.30m见水。ZK5孔处1.00m见水。
根据室内试验资料，三七灰土含水量平均值为22.40％，饱和度为88.60％，压缩模量平均值为8.15mpa，工程特性明显降低；黄土状粉土（原报告名为粉土）物理力学性质有较大改变，与鉴定报告中所提数值相近，其中二单元以西含水量在22.80-33.90％间，平均值约26.00％，液性指数达到0.34-1.10，呈软塑-流塑状，二单元以东虽有变化，但变化较小。三七灰土、黄土状粉土和角砾均因含水量剧增，承载力有明显降低。
3、事故原因分析
经过对本次勘察资料的分析研究，我们对该住宅楼产生地基变形、墙体裂缝的原因归纳如下：
1）地基土因含水量增高，使地基土强度降低，变形加大，且地基土均匀性较差，发生不均匀沉降，使墙体开裂。
2）勘察孔揭露到自由水体，地基土中出现自由水体，使地基土强度进一步降低，必将加剧地基土的沉降变形，墙体裂缝有继续发展的趋势。
3）该小区供热采用地热空调井，小区内分布大量抽水井和回灌井，部分回灌井水渗入地基内，局部地基土含水量增高，造成地基土承载力降低，产生不均匀沉降；
从上述三点可看出造成地基不均匀沉降、墙体开裂的主要原因，竣工使用期间地基变形一直处于量变过程，未达到造成结构体破坏所需能量，突然发生墙体开裂是量变到质变的结果。
4、基础加固方案设计
根据本建筑场地地基土构成、分布及墙体裂缝产生的原因，经反复论证，决定采用双液注浆法（即水泥－水玻璃双液注浆），其加固机理和技术方案如下：
（一）、加固机理：
针对本场地存在3：7质量的灰土层、角砾层和湿陷性土层的特性，设计采用水泥－硅酸钠（水玻璃）作为注浆材料，分段注浆的注浆方法。其注浆加固机理为：在压力作用下，将水泥-水玻璃浆液压入或挤入地基土的裂隙和空隙中，一方面排除土层部分空隙中的水分，另一方面将土层中空隙进行有效的充填，从而达到胶结固化和充填挤密地基土的作用；硅酸钠（水玻璃）浆液注入土层后，促使土的颗粒表面相互溶合胶结，并在土中钙、镁离子的化学反应作用下，使这种胶结得以固化，从而增强土的结构强度，降低土的压缩性，消除土的湿陷性；水泥—水玻璃浆液相互作用，大大缩短初凝时间；钻孔内加入生石灰，利用石灰吸水性强的特点，吸食地基土中部分水分，减少土体中水分含量，最大限度减小其加固过程中原建筑物的附加沉降。
（二）、加固方案
1）加固目的
①填充地基土孔隙，提高地基土密实度，增强地基土强度，降低其压缩变形；
②提高地基土防渗能力，增强地基土水稳性；
③调节整个场地地基土均匀性。
④加入生石灰减少地基土中的水分。
2）加固方法：
根据地基土构成特征，并考虑缩短浆液凝固时间，最大限度减小其加固施工过程中附加沉降。因此，本次加固选用水泥硅化法，即压力灌注水泥—水玻璃浆液。
3）加固范围：
平面上加固范围为1-3单元（包括室内室外）所有承重墙下地基。
4）加固段厚度：
加固段厚度为灰土垫层、存留湿陷性黄土层、局部夹角砾层，基底垂直向下在约6.00m。
5）成孔深度：
从地下室内或室外起算至湿陷性黄土层底界，约8.50-10.00m故从室内地面算起成孔深度为8.5米，室外孔成孔深度为10.0m。（以一楼室内地面为正负零推算深度）。
6）注浆孔布置：
①注浆孔间距：
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定，注浆孔间距宜取0.80－1.20m，本工程取1.20m，局部1.0m。
②注浆孔平面分布：
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定，注浆孔沿基础内外两侧布置，每侧不宜少于2排，考虑到本建筑物室内空间狭小，因此，本工程室内按单排孔布置，局部加密斜孔；室外按双排孔布置，排距0.5m，注浆孔间距1-2单元1.2m，3单元1.0m，外排孔为斜孔，注浆孔平面呈三角形布置。
7）浆液的选择：
（1）水玻璃浆液：
①硅酸纳原液，Be＝40Be；硅酸钠溶液的模数2.5-3.3；硅酸钠溶液的杂质含量小于2%。
②配制后硅酸钠溶液相对密度1.2；
（2）水泥浆液：
①普通硅酸盐水泥P•O42.5。
②水泥浆液按灰水质量比1∶0.8配制。
③浆液比重控制在1.6t/m3。
（3）水泥—水玻璃浆液
水泥浆液、水玻璃浆液体积比为1∶1。
8）压力选择：
注浆压力控制在0.20MPa—0.40MPa。
（三）、施工工艺和施工顺序
施工工艺流程：按设计点位布孔→成孔→安装注浆管→注浆前封孔→浆液制备→注浆→注浆停止→注浆后封孔。
1）布孔：定位放线，注浆布孔图，对注浆孔进行编号。根据结构实体尺寸，可适当调整孔位，以避开障碍物。
2）成孔：
按设计点位放孔，钻机就位。因被加固土体为湿陷性土，故采用干作业成孔。选用KQL—100D风动潜孔钻机。
3）安装注浆管
成孔后，下入注浆管，注浆管下部0.15m为花孔，注浆管顶部高出地表0.40—0.80m。
4）注浆前封孔：
下入注浆管后，在管壁先填入生石灰至基底，注入高浓度水泥－水玻璃浆液至孔口，待1－2分钟凝固后，即可注浆。
5）制备浆液：
根据灌注所需浓度制备浆液，并搅拌均匀。
6）注浆：
注浆分两次间歇进行，每次注入设计灌注量的50%，并边注边拔注浆管。当注浆量达50%、注浆管拔至中间部位时，停止第一次注浆，间隔2-3分钟后进行第二次注浆。
浆液制备搅拌均匀后，同时将两种浆液同步注入孔内。施工时，注意观察地面变化情况，注意地面管道周围及地下井口的变化情况，对钻孔冒浆、串浆者处理后再注，发现地面起鼓或开裂以及管道周围、地下井口冒浆时停注。
7）注浆停止条件：1）达到设计最高压力值时；2）注浆量达到设计量；3）串浆过远或冒浆及地面隆起时停止注浆。
8）注浆后封孔：
注浆结束后，起拔注浆管，用0.80∶1水泥浆灌入起拔注浆管后留存孔眼至地表。
施工顺序：
施工注浆采用隔孔注浆方法，严禁连片连块施工注浆。成孔采用先外排孔后内排孔，先室外孔后室内孔，南北穿插进行，且间隔跳打的方法成孔，以控制注浆时对建筑物产生附加沉降。
5、沉降观测
正式加固前，间隔7天，由甲乙双方及监理共同监督，甲方委托第三方（张家口市质量检测中心）利用高精度测量仪器对被加固建筑物定期进行沉降和变形观测，作为加固过程中指导施工和调整施工方案的依据，同时也作为加固完工后建筑物是否沉降和变形的参考依据。
注浆前设置沉降观测点8个（南北各4个），注浆过程中控制注浆速度并随时进行观测，注浆期间每日进行沉降观测1次，一旦出现沉降过大或出现不均匀沉降，应立即停止注浆并进行相应处理。
6、施工试验
施工前应按加固方案在场地内进行试验。试验应选择在该住宅楼南北两侧各两处，具代表性的点进行。按方案中浆液配置、注浆压力、注浆量进行。试验7天后，对加固土体进行开挖或取芯，观测检验加固充填情况、胶结程度，如符合设计要求，则按设计正式施工。否则，依据试验结果对初步设计方案对设计参数进行合理调整，确定后按新的设计方案进行施工。
7、质量检验
注浆检验时间应在注浆结束28天后进行。可选用标准贯入、轻型动力触探等方法进行检验。检验点应布置在下列部位：①有代表性的孔位；②施工中出现异常情况的部位；③地基情况复杂，可能对注浆质量产生影响的部位。注浆检验点数量根据工程实际情况取3个检查孔。检查孔应进行全孔取芯，并进行地质编录、照相，岩心应妥善保管。应对检查孔全部资料进行系统整理，编制钻孔柱状图，以反映注浆后的工程地质改变情况。检查孔工作完成后，应根据具体情况进行下列处理：
1）凡质量不合格部分，除进行检查孔补注外，还应具体分析所在部位情况，必要时进行补浆处理。
2）检查孔检查合格后，应进行封孔处理。
8、施工中异常情况处理及注意事项
（1）异常情况及处理措施
当注浆压力突然升高时，应先分析管路是否堵塞，并停止注浆。若确定为管路堵塞，则先疏通注浆管，确实无法疏通时，则需要换管；若不是管路堵塞，则关掉水玻璃浆液，待泵压正常时，再进行注浆。施工过程中，浆液从其他孔位外溢，这种现象叫窜浆，而且经常发生，当发生窜浆时应停止注浆2-5分钟，待浆液初凝后继续注浆，达到设计压力或注浆量后，终止注浆。
（2）地下管沟的保护
注浆加固施工时，应事先调查清楚地下管线位置及深度。注浆施工时首先在探明的管沟外侧灌注一道水泥土防护帷幕，然后，以背离地下管沟的施工流水方向实施加固浆液压灌。
当发现此项注浆施工对地坪面或地下管沟产生破坏性影响时，应立即停止压注施工。但可以暂不拆除或封堵注浆管孔，停待一段时间后，再次在原孔实施灌注。如若浆液还可下注，则表明回填层中尚有空隙未曾封密。只是在再次灌注时，仍然需要严密注意环境保护及保护对象的性态反应。总之做好环境保护，及时监测，对地面的上抬观测值宜控制在10mm左右。
四、结语
该住宅楼采用双液注浆地基加固后至今使用近十年，通过对甲方回访，该楼未出现质量问题，达到预期效果。通过此项工程的实践，我们在以下几方面取得了成果和经验：
1、合理的设计方案，正确的施工方法，有效地克服了压力注浆时给建筑物本身带来的新的附加沉降问题，在施工过程中和施工后，未见已有裂缝有扩大的现象。
2、在该工程项目中，采用双液注浆法，取得良好的地基加固效果，具体表现在：
（1）在后期施工的钻孔中，3∶7（质量比）灰土垫层顶底板处，全部发现有3-15mm的水泥层，并在层间发现有3-5条细薄层状水泥脉。
（2）场地角砾层中，大部分钻孔发现10-100mm直径的团状水泥胶结体和少量的细薄层水泥脉。
（3）在黄土状粉土的中下部，可见水泥脉完全充填在原垂直裂隙中。
（4）施工结束28天后，通过3个验证孔的标准贯入试验及圆锥动力触探试验，地基土密实度明显得到提高，达到加固预期效果。
（5）该地基加固竣工使用近十年，经沉降观测，地基变形稳定，无沉降，证明该方法的应用是成功的，值得推广。
3、此项工程的圆满完成，解决了委托方的难题，消除了隐患，节省了翻建基金，同时也为我院带来了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]曾国熙主编《地基处理手册》北京；中国建筑工业出版社，1998
[2]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012
[3]《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ123-2012
[4]闫明礼主编《地基处理手册》北京；中国建筑工业出版社，1998
[5]陈希哲主编《土力学地基基础》北京；清华大学出版社，2004
[6]《工程地质手册》第五版