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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，由于受到周圍環境的制約，普遍需要采用各種形式的基坑支護結構與可靠的止水措施以保證基坑邊坡土體的穩定以及周圍鄰近設施的安全與正常運作，也保證了地下結構的正常施工及有關人員的安全。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系，選取適當的支護方法，可最大限度地節約深基坑施工費用。灌漿技術的發展與進步，地下連續墻作為基坑工程圍護結構的主角地位已經動搖，各式各樣的基坑工程的圍護結構與灌漿相結合已成為流行的支護方法，但是，個別基坑工程支護設計者沒有就其適應性進行深人的理論研究，防滲問題沒有處理好，在工程應用中出現管涌破壞，造成基坑施工困難和周圍建筑物沉降開裂。針對上述情況，本文作者根據自己多年的工程實踐，提出灌漿工藝在基坑工程中應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構加支撐（或錨拉）兩種支護方式，而在超深基坑中，大多數工程選用后者。在中國、香港和歐洲許多國家，除了選用地下連續墻作為基坑工程的圍護結構外，也經常采用灌注混凝土樁，根據不同的工程級別，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構和止水結構，亦可作為地下結構永久性外墻及支承上部結構的樁，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。國家現行規范《建筑樁基技術規范》（JGJ94一94）中平面允許偏差為100mm，樁身垂直度允許偏差為1%。當采用相切型式時，樁間的空隙是絕對存在的；當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范嚴格，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與施工設備等因素，無法大幅度提高精度。根據大量的施工統計資料，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。
當樁的設計平面相割的寬度為200 mm，最多可以確保巧15m深度以內不出現樁間的空隙，當樁的設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構，必須根據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定以及周圍鄰近設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空隙可封閉止水，地下水是通過下部的樁間空隙向基坑內滲流，水頭較小，滲徑長，因而水力坡降亦較小，不產生基坑內側管涌破壞，但由于基坑外側的地下水流失，會引起水位下降而導致周圍地面下沉，嚴重時可能出現建筑物開裂，當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 

當基坑出現管涌時，基坑外側地下水位大幅度下降，砂、土涌入基坑內，周圍地下淘空引起地面沉陷及建筑物倒塌，基坑工程、悶福的圍護結構出現移動，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構。
      ②劈裂灌漿：先破壞土體的結構，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力和抗拉強度，引起土體結構破壞和擾動，使地層中原有的裂隙或孔隙張開，形成新的裂隙或孔隙，促使漿液的可灌性和擴散距離增大而達到加固目的。
      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生二次反應生成新的水化物，具有水硬性，可促成結石強度增長，尤其是后期強度有較大增長。膨潤土（粘土）顆粒細，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，結石彈模低，變形性能好，密實度與抗滲性能高。外加劑可改善漿液的可泵性與可灌性，提高結石強度和抗滲性及耐久性。而水玻璃近年也因具有價廉、凝結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計希望的形狀，對于這類地層應采取下述措施：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滲性能外，必須注意漿液顆粒的細度與漿液的粘度，對于這類地層，如灌漿采用壓力注漿方式進行，建議選擇濕磨超細水泥灌漿或化學材料灌漿，但在城區的深基坑工程中，考慮環境保護的因素，通常不宜選取化學材料灌漿。


      雖然采用上述灌漿方法是可以提高地層的綜合抗滲能力，通常使地基的滲透系數降低到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計與施工中，需要充分考慮地質條件和施工工藝等多方面的因素，并經過論證分析，選取適合的灌漿方式與工藝參數，才能達到預期樁間止水目的，就地質而言，在同一施工地點，有多種地層，其土體的結構與土力參數相差甚遠，采用同一種灌漿方式是無法達到預期樁間止水目的，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，如在極軟的粉砂質粘土層，采用低壓力的滲透灌漿一般很難改變土體的力學性質，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，先破壞土體的結構，然后使漿液固化，其防滲性能遠比一般灌漿、單管旋噴樁及深層攪拌樁好，在密實的中、粗砂層及卵石層，更體現其止水優點。
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、結石強度和抗滲性及耐久性，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，還需要結合灌漿的灌人量與擴散半徑作適當的調整。在基坑工程中，樁間灌漿應布置在擋土樁的外側，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，近幾年來在筆者負責設計或施工的基坑工程中所采用的灌漿方法是多樣的，粗略統計如表2所示。
表2  基坑工程灌漿方法統計表
序號 工程名稱 基坑深
度/m 基坑結構
方式 地質情況 灌漿方法 
1 廣州市荔灣區醫院 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  結束語
      樁間灌漿工藝的設計與施工的控制十分復雜，地下結構的不確定因素較多，因此，在基坑工程灌漿設計時，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）的施工時空關系；灌漿工藝參數要根據實際的土質情況進行動態設計；在基坑施工過程中應采用信息化施工，加強對基坑及支護結構的監測，確保基坑工程設計與施工的安全可靠。灌漿工藝經過多年的工程實踐，已廣泛在基坑工程中應用，而隨著新材料不斷出現，新的灌漿工藝有待進一步探索與研究。