《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》是蘇州二建建築集團有限公司、江蘇省金陵建工集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是程月紅、牛潔雯、錢藝柏；適用範圍是砂土（鬆散、稍密狀態）、粉土（稍密狀態）、人工填土等土層的地基加固和基坑支護工程中淺層土體的防滲堵漏。
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》主要的工法特點是：採用低壓注漿的方法，形成防滲帷幕；在注漿頭上僅設定單側注漿孔，控制了跑漿問題；採用最佳化的各種相關條件下漿體配比控制技術。
2009年10月19日，《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法
- 工法編號：GJYJGF005-2008
- 完成單位：蘇州二建建築集團有限公司、江蘇省金陵建工集團有限公司
- 主要完成人：程月紅、牛潔雯、錢藝柏
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
在對地基進行防滲、加固處理時，常常採用或者配合使用壓密注漿的施工方法，但就其本身而言，也存在一些缺陷，比如對於砂土、粉土及人工填土地基，注漿過程中跑漿問題嚴重，大大影響了注漿效果，同時水泥漿的使用量浪費過大。為解決這類問題，並將注漿限定在一定範圍內，蘇州二建建築集團有限公司、江蘇省金陵建工集團有限公司經過若干個工程施工實踐，總結出外低壓內高壓限定區域壓密注漿地基處理施工技術，取得了良好的經濟效益和社會效益，經整理編制形成《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》。
工法特點
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的工法特點是：
1.與傳統壓密注漿施工工藝相比，該工法施工時，外圍注漿孔孔距較密集，採用低壓注漿的方法，形成防滲帷幕，內部注漿孔間距相應調整，進行高壓注漿，強化地基加固效果；利用外圍的有效低壓注漿處理，提高了整個區域的泥漿保有量和地基承載力及防滲效果。
2.為了更好地達到不跑漿即“限定區域”的目的，該工法對外圍低壓注漿時採用的注漿頭進行改良，其中關鍵點是在注漿頭上僅設定單側注漿孔，有效控制了跑漿問題。
3.在注漿區域外圍採用低壓注漿代替常規壓力注漿，儘量減少對地層結構的擾動，降低對周邊環境的影響。
4.採用了最佳化的各種相關條件下漿體配比控制技術，在內部高壓注漿區域將粉煤灰摻入到普通水泥中作為注漿材料使用，節約水泥、降低成本、消化三廢，起到了節能環保的積極作用；在外圍注漿區域，漿液中摻人適量的水玻璃，控制了漿液的凝結時間，克服了純水泥漿凝結時間過長的缺點，縮短了工期。
操作原理
適用範圍
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的適用範圍是：
1.適用於砂土（鬆散、稍密狀態）、粉土（稍密狀態）和人工填土等土層的地基加固。
2.適用於基坑支護工程中淺層土體的防滲堵漏。
工藝原理
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的工藝原理敘述如下：
一、概述
注漿理論是藉助於流體力學和固體力學的理論發展而來，對漿液的單一流動形式進行分析，建立壓力、流量、擴散半徑、注漿時間之間的關係。實際上，漿液在地層中往往以多種形式運動，而且這些運動形式隨著地層的變化、漿液的性質和壓力變化而相互轉化或並存。該工法正是利用這一特點，根據不同的地質條件，改變注漿壓力、注漿速率和鑽孔間距，通過“外圍防漏，內部加固”來達到“限定區域注漿”的目的。
如圖1所示，當壓力升至Pf點，注漿量突然增大，地層結構發生破壞或孔隙尺寸已被擴大，此時壓力值Pf為確定容許注漿壓力的依據。
圖1 注漿壓力與注漿量關係曲線圖
二、外圍低壓注漿
1.根據Maag推導出的漿液在土層中的滲透公式，漿液擴散半徑r1表達式如下：
。
式中k——土的滲透係數（厘米/秒）；β——漿液黏度對水的黏度比；h1一一注漿壓力水頭高度（厘米）；r0——注漿管半徑（厘米）；n——砂土的孔隙率；t——注漿時間（秒）。
圖2 端注漿球形擴散圖
2.粒狀材料的可灌性：N=D15/D85≥10~15。
式中D15——砂礫土中含量為15%的顆粒尺寸；D85——注漿材料中含量為85%的顆粒尺寸。
3.容許注漿壓力的確定：
。
式中
——容許注漿壓力，10帕斯卡；c——與注漿期次有關的係數，第一期孔c=1，第二期孔c=1.25，第三期孔c=1.5；T——地基覆蓋層厚度（米）；K——與注漿方式有關的係數，自上而下注漿時K=0.8，自下而上則K=0.6；λ——與地層性質有關的係數，可在0.5~1.5之間選擇，結構疏鬆、滲透性強的地層取低值，結構緊密、滲透性弱的地層取高值；h——地面至注漿段的深度（米）。
三、內部高壓注漿
1.漿液擴散半徑的確定：
。
式中R——漿液的實際擴散半徑；P——注漿壓力（兆帕）；K——被注介質的滲透係數（m/d）；μ0——漿液的初始黏度（兆帕·秒）；t——注漿時間（秒）；T——注漿膠凝時間（秒）；h——注漿段高（米）。
圖3 壓密注漿與劈裂注漿加固力學比較
2.最大容許注漿壓力的確定：
。
式中γ——注漿地基的天然重度（千牛/立方米）；h——注漿處以上土柱高度（米）；σt——土的抗拉強度（千帕）。
施工工藝
- 施工工藝流程
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的工藝流程是：
限定區域外圍和限定區域內的施工流程順序：外圍低壓封閉注漿施工→內部高壓注漿施工。
每一注漿點施工工藝流程見圖4。
圖4 每一注漿點施工工藝流程
- 限定區域外圍低壓封閉注漿施工操作要點
採用《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》施工時，限定區域外圍低壓封閉注漿施工的操作要點如下：
一、漿液材料的選擇
1.選擇漿液應考慮限定區域外圍注漿的特點，要求漿液具有可灌性，即滿足公式：N=D15/D85≥10~15。
2.為了達到速凝的效果，水泥漿漿液中加入適量的水玻璃，摻量控制在水泥重量的3%~5%之間。
3.水泥一水玻璃注漿體耐久性分析：
水玻璃分子式為，分為鹼性水玻璃和非鹼性水玻璃。鹼性水玻璃即普通水玻璃，它本身呈強鹼性，當與膠凝劑混合時，是在鹼性條件下發生膠凝。由於鹼性較強，在注漿處理的地層內會發生較強的鹼性影響，使生成的二氧化矽膠體逐漸溶出，大大降低了處理體的耐久性；非鹼性水玻璃一般呈酸性，它是在接近中性範圍內膠凝的，避免了鹼的溶出，因而不影響注漿體的耐久性。
因此，用於防滲等臨時性工程時，外圍低壓注漿施工可按照設計圖的防滲範圍施工；用於地基加固等永久性工程時，若採用普通鹼性水玻璃，則外圍低壓注漿施工須在設計地基承載力範圍之外圍。
二、注漿壓力的確定
1.所選壓力視鑽孔深度、岩土性質以及水泥漿濃度而定，一般為0.2~0.4兆帕。
2.注漿壓力不能太大，否則會產生跑漿現象，具體應滿足公式：。
三、注漿速率控制
施工時注漿量不大於0.4升/分鐘，當壓力達到設計值時，穩定2~3分鐘後結束。
四、注漿鑽頭
外圍低壓注漿的注漿鑽頭與傳統形式有一定的區別，在鑽頭的上部端桿處設定有注漿孔，並且注漿孔僅在桿的一側排列。注漿時，將一個正方形鋼板套在鑽桿上作為托板固定在地面上，其上有定位銷固定鑽桿的方向，使其無法自由轉動。用橡膠圈套緊注漿孔，當鑽桿被打人地下時，橡膠圈包裹著注漿孔，可防止土體堵塞孔眼；注漿時，隨著注漿壓力的增加，漿液會衝破橡膠圈流出。更重要的是，由於注漿孔僅在桿體一側排列，只要注漿時將孔眼朝著需要注漿的方向，那么，這就進一步減小了漿液偏漏的可能性，也更加保證了“限定區域”的有效性。
外圍低壓注漿的注漿鑽頭如圖5所示。
圖5 外圍低壓注漿的注漿鑽頭
- 限定區域內部高壓注漿施工操作要點
採用《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》施工時，限定區域內部高壓注漿施工的操作要點如下：
一、漿液材料的選擇
1.漿液的黏度是漿液的一個重要參數，一般工程中取18~25秒。
2.將粉煤灰作為注漿材料摻入普通矽酸鹽水泥中，摻入量為水泥重量的20%~50%。
二、注漿壓力的確定
1.壓密注漿的主要控制因素是注漿壓力，注漿壓力的大小與注漿速率有直接的關係。
2.將起始注漿速率控制在20~30升/分鐘，壓力增大的最大速率為20~40千帕/分鐘，突然增大或減小都表示情況異常。
圖6 勻質基土注漿壓力特性
三、注漿總量控制
在地層均勻無空洞的條件下，調整注漿壓力，使總注漿量達到設計值：
。
式中Q——水泥漿液的用量（立方米）；V——擬加固土體的體積（立方米）；n——地基加固前土的平均孔隙率；α——溶液填充孔隙的係數，可取0.60~0.80。
四、注漿鑽頭
鑽桿的下端設定一個限位銷，鑽頭上部的鋼環掛在限位銷上，當鑽桿被打入土體時，鑽頭端部與桿體處於相互擠壓狀態，當注漿壓力增加時，兩者被漿液沖開，漿液從桿體流入需要加固或防滲的土體中。由於漿液可以從任何方向流出，因此在內部高壓注漿時，可以起到將土體均勻加固或防滲的作用。內部高壓注漿的注漿鑽頭如圖7所示。
圖7 內部高壓注漿的注漿鑽頭
- 技術要求
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的技術要求如下：
1.注漿一般應比施工開挖提前進行，注漿前需充填土體孔隙和補充其他原因造成的空隙。
2.注漿過程中應儘可能控制流量和壓力，防止漿液流失。
3.注漿孔布設、成孔操作完畢後，開始製漿，製漿前先用清水注入，對所有管路進行試注，確保通暢後，開始製漿，製漿應按規定的水灰比投料，且攪拌3~5分鐘，方可開始注漿。
4.注漿應自下而上注漿，逐段提升，每次提升高度為0.5~0.8米。且應等限定區域外圍的注漿壓力達0.3~0.5兆帕，限定區域內的注漿壓力達1~3兆帕時，穩定2~3分鐘後方可提升。
- 成品保護
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的成品保護要求如下：
1.鑽孔清孔完成後應進行孔口覆蓋，防止孔內掉人雜物，堵寒鑽孔而無法下管注漿。
2.已完成注漿的孔應進行標示。
3.注漿施工完畢後，不能隨意堆放重物，防止地表沉降變形，影響注漿體的固結。
材料設備
一、材料的性能和質量要求
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》所用材料的性能和質量要求如下：
1.水：注漿用水應是可飲用的河水、井水及其他清潔水，含有油脂，糖類，酸性大的水、海水和工業生活廢水不宜採用。
2.水泥：水泥強度等級不低於32.5級。
3.粉煤灰：粗粒含量不宜過多，對注漿不利，摻入量為水泥重量的20%~50%。
4.水玻璃：摻量控制在水泥重量的3%~5%之間，水玻璃模數為2.4~3.4，濃度為22~40°Be'。
5.水灰比控制在0.5~1.0之間。
二、設備配置
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》設備配置如下：
1.專用成孔機具：SH-30型工程鑽機、平板振動機。
2.注漿機械：SM-200外循環拌漿機、擠壓式灰漿泵、液壓注漿泵、儲漿桶。
3.監測儀表：壓力表KBY-1A型、LD型電磁流量計等。
4.計量機具：泥漿密度秤、漏斗黏度計、秒表等。
質量控制
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的質量控制要求如下：
1.施工前應檢查有關技術檔案（注漿點位置、漿液配比、注漿施工技術參數，檢測要求等），對有關漿液組成材料的性能及注漿設備也應進行檢查。
2.施工中應經常抽查漿液的配比及主要性能指標、注漿的順序、注漿過程中的壓力控制等。
3.施工結束後應檢查注漿體強度、承載力等。檢查孔數為總量的2%~5%，不合格率大於或等於20%時應進行二次注漿，檢驗應在注漿後15天（對填土、粉土、砂土）進行。
4.水泥注漿地基的質量檢驗標準如表1。
項 | 序 | 檢查項目 | 允許偏差或允許值 | 檢查方法 | ||
單位 | 數值 | |||||
主控項目 | 1 | 原材料檢驗 | 水泥 | 設計要求 | 查產品合格證書或抽樣送檢 | |
粉煤灰：細度 燒失量 | 不粗於同時使用的水泥 | 試驗室試驗 | ||||
% | <3 | |||||
水玻璃：模數 | 2.4~3.4 | 抽樣送檢 | ||||
2 | 注漿體強度 | 設計要求 | 取樣檢驗 | |||
3 | 地基承載力 | 設計要求 | 按規定方法 | |||
一般項目 | 1 | 各種注漿材料稱量誤差 | % | <3 | 抽查 | |
2 | 注漿孔位 | 毫米 | ±20 | 用鋼尺量 | ||
3 | 注漿孔深 | 毫米 | ±100 | 量測注漿管長度 | ||
4 | 注漿壓力（與設計參數比） | % | ±10 | 檢查壓力表讀數 | ||
5.注漿後地基承載力達不到設計要求時，應分析原因，進行地基土質變異分析，針對不同土質及土的性狀改變，進行二次漿液配比和注漿參數設計，重新進行成孔注漿，以滿足設計要求。
安全措施
施工單位採用《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.操縱鑽機人員要有熟練的操作技能，了解注漿全過程及鑽機振動注漿性能，嚴禁違章操作。
2.班前進行安全教育，建立安全台賬，進行員工安全培訓，制定專項安全施工方案，必須進行安全技術交底，安全技術交底的內容包括：
施工時，對高壓泥漿泵要全面檢查和清洗乾淨，防止泵體的殘渣和鐵屑存在；各密封圈應完好無泄漏，安全閥中的安全銷要進行試壓檢驗，確保能在額定最高壓力時斷銷卸壓；壓力表應定期檢查，保證正常使用，一旦發生事故，必須停泵停機排除故障。
3.特殊工種上崗時必須持有特殊工種操作證，隨時接受有關部門的檢查，非機器人員和非電工，不得動用機械設備和電器設備。
4.加強現場施工用電管理，安全用電。
5.鑽孔時，如遇卡鑽，應立即切斷電源，在沒查清原因之前，不得強行啟動，嚴禁用手清除螺旋葉片上的泥土，發現緊固螺栓鬆動時，應停機及時處理。
6.作業中，設專人負責監護電纜，如遇停電，應將各控制器歸於零位，先切斷電源，將鑽頭接觸地面，作業時，發生機架搖晃、移動、偏斜等，應立即停鑽，查明原因，處理後再行作業。
環保措施
施工單位採用《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》施工前應編制專項環境管理方案，內容包括：
1.注漿施工時應製備好漿液，將漿液控制在漿桶中，防止漿液外流。並做好各項準備，萬一發生漿液外流，立即派人清掃、補救。
2.出入車輛應清洗車輪及擋泥板，不允許帶泥上路，特別是在雨期，應在出場路口鋪設清洗設施，派專人負責清掃乾淨後方可出場。
3.做好施工道路的規劃和設定，臨時施工道路基層要夯實，路面硬化，並隨時清掃灑水，減少道路揚塵。
4.水泥和其他易飛揚的細顆粒散裝材料儘量安排庫記憶體放，如露天存放應嚴密遮蓋，運輸和裝卸時應防止遺撒和飛揚。
5.現場施工產生的污水，禁止隨意排放，作業時嚴格控制污水流向，在合理位置設定沉澱池，經沉澱處理後方可排入市政污水管網。
6.提倡文明施工，儘量減少人為的大聲喧譁，增強全體施工人員的防噪聲擾民的意識，根據現場實際情況優先選用低噪聲的成孔方法和機械設備。對噪聲機械的使用應採用有效的隔聲措施，以減少強噪聲的擴散。
效益分析
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》在蘇州二建建築集團有限公司、江蘇省金陵建工集團有限公司施工的南亞大廈親水駁岸、春申湖大酒店門樓、蘇州市廣播電視總台廣播中心等項目中的成功套用。
針對砂土、粉土和人工填土等孔隙率較大的土質，壓密注漿的地基處理方式最大的問題就是容易跑漿，採用《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》解決了此類問題，節約了水泥用量，同時粉煤灰的摻入不僅節約水泥、降低成本，也起到了消化三廢的作用。
套用實例
《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》的套用實例如下：
- 實例一
蘇州市廣播電視總台廣播中心基坑工程位於天薇路東側，市同源藝術幼稚園北側，地下一層，地上4層（局部5層），框架結構，筏板基礎。地下室底板東西向總長67.30米，南北向總寬49.55米，地下室總面積3330平方米。現場地面平均高程約為2.30米，相對建築標高為-0.90米，基坑實際挖深4.90~6.05米。採用鑽孔灌注樁十混凝土內角支撐，場地北側有條東西向河道，為防止河水通過上部填土層滲入基坑，在坑外採用壓密注漿止水（如支護剖面示意圖8所示）。地下土層分別為0.6~2.2米厚雜填土層、0.8~2.6米厚素填土層和1.4~2.2米厚淤泥質填土層，符合外低壓內高壓分區域壓密注漿的施工條件。
圖8 基坑剖面圖
首先在基坑外側進行單排低壓密集注漿，採用鑽桿注漿的方法，將漿液從鑽桿底端向地層注入，自下而上分段注漿，分段長度確定為每次0.3~0.5米左右。注漿孔距為0.8米，注漿壓力控制在0.3~0.5兆帕之間，加固深度為5米，採用32.5級水泥，水玻璃摻量為水泥重量的3%，水玻璃選擇40°Be'，模數為2.8~3.2，水灰比為0.8:1。靠近基坑內測採用單排高壓注漿，方法同上，注漿孔距為1.5米，注漿壓力控制在1~3兆帕之間，加固深度為5米，水泥漿型號同上，摻入30%的粉煤灰。經過該工程的實踐檢驗，同傳統工藝的最大擴散直徑相比較，《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》能提高注漿效果，同時節約材料成本，節省工期，綜合節省了施工費4萬多元。
- 實例二
春申湖大酒店位於蘇州市相城區潘陽大道西側，場地填平前曾為春申湖的一部分，地面標高一般為1.96~3.25米，場地表層為厚度1.3~10.3米的素填土，其下為0~5.5米的黏土，層面標高為-5.67~-0.09米。該酒店門樓處四個柱下基礎為獨立基礎，地基處理方式為壓密注漿。施工方法套用了《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》，採用鑽桿注漿，分段長度0.5米左右，外圍注漿孔距0.7米，注漿壓力0.3~0.5兆帕，加固深度6米，水泥採用32.5級水泥，水玻璃摻量為水泥重量的5%，水玻璃選擇40°Be'，模數為3.0，水灰比為0.6:1。內側採用單排高壓注漿，方法同上，注漿孔距為1.5米，注漿壓力控制在1~3兆帕之間，加固深度為6米，水泥漿型號同上，摻入40%的粉煤灰。同樁基工程比較，不僅能更好的滿足地基處理的要求，同時節約成本，節省工期，綜合節省了施工費1萬多元。
- 實例三
南亞小區駁岸工程位於澄陽路以西，南亞小區內，場區表層分布有0.8~5.8米厚的填土，其下為0~2.6米厚的黏土層和2.3~3.4米厚的粉質黏土層，駁岸部位大部分為前期取土形成的取土坑，局部深度達5.8米，且缺失2號黏土層，現已土方回填。小區內駁岸設計基底埋深為4.0米，基底下4.0~7.0米，全長約530米，採用壓密注漿進行地基加固（圖9）。
圖9 駁岸剖面圖
施工時沿駁岸兩側單排低壓分塊壓密注漿，鑽桿注漿，分段長度0.5米左右，外圍注漿孔距0.6米，注漿壓力0.3~0.5兆帕，加固深度0~7米，採用32.5級水泥，水玻璃摻量為水泥重量的3%，水玻璃選擇40°Be'，模數為3.0，水灰比為1:1。內側採用四排高壓注漿，方法同上，注漿孔距為1.5米，排距1.0米，注漿壓力控制在1~3兆帕之間，加固深度為4.0~7.0米，水泥漿型號同上，摻入30%的粉煤灰。經過該工程的實踐檢驗，同攪拌樁相比較，《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》既能滿足地基處理要求，同時還節約材料成本，節省工期，綜合節省了施工費3萬多元。
- 實例四
揚州富川瑞園小區位於揚州揚子江南路東側，二河橋北側。工程由揚州富川置業有限公司投資開發，江蘇時代建築設計有限公司設計，江蘇省金陵建工集團承建。其中10號樓人防地下室底板底標高-5.1米，局部-6.5米，其西側的9號樓、11號樓距離10號樓較近，11號樓基礎距10號樓基礎僅1.5米，其基礎埋深-3.1米，且於10號樓基坑開挖前已施工完畢；該工程場地地質情況：上層為耕植土，厚2.5~3.0米，第二層為雜填土厚1.5~2.5米，第三層為粉砂，厚3.0~3.6米，第四層為粉土。場地地下水位在自然地面下0.50米左右。10號樓地下室基坑開挖、降水將對9號、11號樓產生一定的影響，須對10號樓基坑進行支護、止水。施工中採用Φ600@900鑽孔灌注樁支護，坑外圍採用壓密注漿止水，外低壓內高壓限定區域壓密注漿施工，該工藝同傳統工藝最大擴散直徑相比，提高了灌漿止水效果，節省了工期5天，降低工程成本17萬元。
註：施工費用以2007-2008年施工材料價格計算
榮譽表彰
2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《外低壓內高壓限定區域的壓密注漿地基處理施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。
