袖阀管注浆加固施工工艺小结

袖阀管注浆加固施工工艺小结

张天翔

湖南磁浮交通发展股份有限公司湖南省长沙市410000

【摘要】袖阀管注浆工法由于能较好地控制注浆范围和注浆压力，可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点，得到较广泛的应用。本文结合长沙地铁2号线SG-5标的袖阀管注浆加固工程，阐述了袖阀管注浆加固的技术要点，并对袖阀管注浆法的施工工艺进行小结。

【关键词】袖阀管地层加固

1工程概况

随着城市地下空间的开发和利用，地下工程施工过程中的安全性越来越受到关注。长沙地铁二号线SG-5标橘子洲站，地处湘江中的橘子洲上，四面环水。施工区域内湘江通过，属湘江水系，水资源丰沛。施工范围内地下水按赋存方式主要分为第四系松散层和全风化带中的孔隙潜水、强～中风化基岩裂隙水。第四系覆盖层含水地层主要以冲洪积粗砂、砂层、卵石层为主，存在局部有较大涌水量的可能。为了保障深基坑开挖及盾构始发到达的安全性，采用袖阀管注浆法对基坑周围地层进行注浆加固，以确保周边建筑物安全，并达到车站基坑周围土体加固，防止江水冲刷车站结构的目的。

袖阀管注浆工法是由法国Soletanche基础工程公司于上个世纪50年代首创的一种注浆工法，又称Soletanche工法。袖阀管注浆工法由于能较好地控制注浆范围和注浆压力，可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点，被国内外公认为最可靠的注浆工法之一，该方法在注浆加固工程中近年来得到较广泛应用，深圳、广州地铁施工中曾多次采用袖阀管注浆技术加固地层，取得了良好的效果。

2袖阀管注浆原理

袖阀管注浆工法是在浆液经过注浆泵加压后，通过连通管进入注浆管，聚集到袖阀管注浆管段，然后通过钻有直径为6mm的泄浆孔的PVC管(即袖阀管)，在内压力的作用下，将包裹在PVC外的橡胶圈胀开和套壳料挤碎。当压力逐渐增大到一定程度，被加压的浆液就会沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动，此时由于供浆量小于进入量，压力会自动回复到平衡状态，续后的浆液在压力作用下，使得劈裂裂缝不断向外延伸，浆液在土体中形成固结体，从而达到增加地层强度，降低地层渗透性的目的。逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆，袖阀管注浆原理如图1所示。

橡胶圈的作用是当孔内加压注浆时橡胶圈胀开，浆液从泄浆孔进入地层，停止注浆时橡胶圈在袖阀管外部浆液的作用下封闭泄浆孔，阻止泥土和地下水逆向进入袖阀管内。

3袖阀管设计参数

根据设计注浆加固范围为南、北两侧地连墙外6m，深21m，东、西两端地连墙外9m，深31.5m。注浆孔间距1200mm，梅花形布置，加固范围见图2。注浆材料为水泥、水玻璃双液浆，水泥与水玻璃体积比1:1，水泥浆水灰比为1:1。注浆压力初压0.5~1.0MPa，稳压控制在2.0~3.0MPa，在注双液浆时，每次双塞管的提升高度控制在30-50cm。

根据橘子洲地勘资料，注浆加固范围内土体为中（细）砂（3-3）及卵石（3-6），中（细）砂（3-3）以石英质为主，约含15%圆砾，粒径2~20mm，天然密度1.97g/cm³，渗透系数5.0m/d；卵石（3-6）成分为石英质，粒径约为1~4cm，中粗砂填充，天然密度2.03g/cm³，渗透系数15.0m/d，均属于强透水层。

通过计算，橘子洲站袖阀管注浆孔共计1974个，袖阀管总量47166米，预计注浆量为26500m³，根据现场情况，拟采用一台履带式锚杆钻机及两台地质钻机分区段钻孔。

4袖阀管施工工艺

袖阀管注浆法主要施工流程如图3所示，包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖阀管、注浆等。

4.1放样定位和钻孔

先用全站仪通过基点坐标在基坑周围引入一些辅助坐标点，再通过这些坐标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位。定出孔位后，用水泥砂浆在周围加固。

由于袖阀管孔距为1m，为减小孔间的相互影响，减少浆液的浪费，节约成本，在现场施工时每隔两孔钻孔注浆，待一排袖阀管孔注浆结束后，再对之间的袖阀管孔进行钻孔注浆，使得相临孔间距达2m。

为减少浆液的浪费，节约成本，先钻外侧一圈，注浆完成后，再实施内圈钻孔注浆。

钻机就位后，应使其平整稳固，在开钻前利用吊锤钻头和钻孔的垂直度进行检测，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度≤1°。在钻进的过程中，一般采用合金钻头，当遇到岩石时，采用金刚钻头。

为防止钻孔的塌孔，采用泥浆护壁。在刚开钻时，由于泥浆的稠度不能够达到护壁的要求，现场采用膨润土进行调试，护壁泥浆比重为1.05~1.12。泥浆的循环通过皮管和钻杆连接完成，在泥浆循环的过程中，会把大量的粘土和砂砾循环到地面的泥浆池中，现场工人通过滤网将其从地面泥浆池中过滤出，始终保持泥浆的比重在1.05~1.12之间。为保证钻孔质量，应注意：①在钻孔时，保证转速均匀；②在换钻杆时，钻杆提升和放下应保持垂直，以免扩孔。

4.2插入袖阀管

在钻孔完成后立即插入袖阀管。每节袖阀管的长度为2m，在插入时相邻两节袖阀管采用丝扣连接。第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，目的是减小袖阀管的弯曲直。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。同时应保证袖阀管的上端头露出地面20cm，再用套头套牢，防止杂物进入管内。

4.3注浆

将注浆管与双塞管连接好一起放至袖阀管底部，由下往上逐段注双液浆，并严格控制注浆效果。

根据现场施工条件，双液浆的初凝时间在3min左右最为合适，但通过经过试验室多次试验，在不加缓凝剂的情况下，双液浆凝固时间波动很大，在通过设计和监理的同意下，加入2%用量的磷酸氢二钠作为缓凝剂，把双液浆的凝固时间控制在180s以上。最终确定双液浆的配合比为水泥：水：水玻璃：缓凝剂=1:1:1.70:0.02，初凝时间为3min，终凝时间为10min14s，3天抗压强度8.0Mpa，具体技术参数见表1。

式中，r——浆液扩散半径，L——注浆孔深，n——地层孔隙率40%，α——地孔隙填充率一般取0.7，β——浆液消耗系数取1.2。

现场注浆的工艺：（1）注浆内管和双塞管连接好放到袖阀管底部；（2）注浆内管顶部和液压法浆泵的出浆端连接，中间接有压力表；（3）通过搅拌机配制水泥浆，把配制好的水泥浆通过注浆机注入到塑料容器中；（4）在另一塑料容器中，调制水玻璃溶液；（5）把液压注浆泵的进浆端分别放到水泥浆和水玻璃溶液中；（6）开启液压注浆泵进行注浆，水泥浆和水玻璃的体积比为1：1；（7）注浆压力达到1.0MPa以上并持续.30s后，上提注浆内管，提升的高度控制在50cm以内。

为防止浆液在注浆内管和浆泵中凝固，当两容器中的浆液全部注入到袖阀管中后，需对注浆内管进行冲洗。方法是把液压注浆泵的两个进浆端放人盛有清水的容器中，对袖阀管注入清水，注入的体积等于注浆内管体积和液压注浆泵进出浆皮管的体积。

注浆中应密切注意注浆压力的变化。每段注浆时，压力表应出现两次峰值，在注浆刚开始，出现第一次峰值，压力达到1．2MPa左右，持续的时间很短；随后压力逐渐降到0.5-0.9MPa间的相对平稳值，持续时间在一分钟左右，压力表出现第二次峰值，压力约为2.1MPa，偶尔也能达到2.5MPa以上，将注浆内管上提进行下一段注浆。压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的，当套壳料被挤碎，这个峰值很快下降；随着浆液的注入，地层中间的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值。

对于注浆终结的控制，采用定压法和定量法相结合，在外围注浆孔注浆时，以定量法为主，当到达注浆设计量时结束注浆，当内圈注浆时，以定压法为主，当注浆压力到达设计压力时结束注浆，这样能在保障注浆效果的同时，有效的防止浆液流失，减少浪费，降低工程成本。

4.4效果检测

在注浆结束后，需对袖阀管注浆桩取芯检测，根据项目的实际情况和注浆的目的，主要检测项目有3个，分别是注浆加固土体的渗透系数、袖阀管注浆桩体完整、均匀性及桩体无侧限抗压强度。其中最主要的是土体的渗透系数，要不大于设计要求的1.0×10-5m/s。

5注浆过程控制

5.1串浆

在注浆过程中，存在浆液由非注浆孔流出的现象，串浆会导致注浆材料损耗过大，且水泥浆液流窜入未进行注浆的注浆孔后，若不及时进行清洗，会造成该注浆管的废弃，严重影响注浆进程。

控制方法：依注浆施工工艺，采取跳孔式注浆方式，必要时加大跳孔间距，采用定量—定压相结合的注浆方式，调整单孔注浆量，避免注浆量过大，注浆速度过快而引起串浆的现象。

5.2卡管

注浆施工中，存在注浆芯管掉入或卡入注浆管内而无法拔出的现象，卡管不仅会导致整个注浆管路的废弃，而且注浆芯管堵塞注浆管后，该注浆孔无法进行分段注浆，从而造成注浆盲区，影响注浆加固效果。

控制方法：（1）提高芯管和和注浆管的加工质量，严格把控进场材料质量，对存在质量问题的注浆芯管及注浆管坚决不使用。（2）加强注浆作业人员的责任心，下入芯管前应检查丝扣连接是否牢固，避免发生脱口而使芯管掉入注浆管的现象。（3）采用合理的注浆参数及注浆工艺，避免因注浆量过大或注浆压力过大导致反压层过大隆起使注浆管发生变形而发生卡管现象。

5.3冒浆

由于封孔质量差或采用不合理的注浆参数和注浆工艺，浆液从注浆孔外壁上升，导致反压层的薄弱部位隆起开裂，浆液从注浆区域裂隙处冒出，不仅造成注浆材料的极大损耗，且浆液从压力较小的裂隙通道渗透而无法形成均匀的注浆半径，造成注浆盲区，影响注浆加固效果。

控制方法：（1）加强封孔质量，成孔后采用膨润性粘土和水泥浆液搅拌成的套壳料置换孔内泥浆，以便在袖阀管周围形成一道密封圈，防止浆液随意渗透，以起到劈裂注浆效果和达到设计单孔扩散范围的要求。（2）冒浆一般发生在注浆过程中距地表下3~6m注浆带，因而在该注浆带进行施工时，应采取减速减压的注浆方式，避免因注浆压力过大引起反压层开裂。(3)若发生冒浆现象，应采用间歇式注浆措施，必要时可使用水泥—水玻璃双液浆对裂隙通道进行灌注封堵，避免浆液四处流窜。若无效，应及时停止该注浆孔的注浆作业，并对该孔进行清洗以便以后补注。

5.4注浆芯管无法下入注浆管，或者无法下到指定注浆深度

注浆施工中，由于注浆设计不合理或者封孔质量差导致反压层隆起造成注浆管发生扭曲或脱节，注浆芯管无法下入注浆管或下入指定注浆深度，从而造成注浆盲区，影响注浆加固效果。

控制方法：（1）提高钻孔垂直度，由上述影响注浆加固效果的要因分析可知，本工程施工现场对注浆钻机架设定位进行垂直度检查，钢架上安装锤球，控制钻杆垂直度，其检查结果现场钻孔施工满足孔位垂直度要求。（2）加强封孔质量。（3）分序进行钻孔、注浆作业，采取跳孔式或间歇式注浆方式，在注浆过程中依注浆量及注浆压力变化情况合理调整注浆参数，必要时对注浆孔采取二次或多次注浆，避免注浆引起反压层隆起导致注浆管扭曲变形或脱节现象的发生。

6结语

长沙地铁二号线SG-5标橘子洲站，位于橘子洲岛上，工程的施工可能给周边建筑的安全带来极大隐患。车站采用袖阀管注浆加固对基坑周边土层进行加固，基坑土体开挖后，维护结构在注浆加固区段基本没有渗水现象，只在注浆区域底部，卵石层与岩层交界处，有局部渗水现象；同时，在基坑开挖过程中，通过对支撑轴力的监测，轴力一直处于较低水平，这与周边土体的注浆加固不无联系。通过采用袖阀管注浆施工工艺，成功地解决了高水位砂卵地层条件下地下车站施工的技术难题。

参考文献：

[1]刘文永，王新刚，冯春喜，刘洪波.注浆材料与施工工艺[M].北京:中国建材工业出版社，2008

[2]张民庆，黄平先等.袖阀管注浆工法在国内外工程施工中的应用[J].探矿工程，1999（5）：19-21

[3]杨书江.袖阀管法注浆加固地层施工工[J].铁道建筑技术，2004（2）：22-27