摘要：注浆技术在工程地质和水文地质较复杂的地基基础工程中，已成为保证工程质量和安全的经济而有效的新型技术，采用钢结构技术与注浆技术相结合对涵洞变形后的加固应用是本文介绍的重点，本文结合工程实践重点介绍了注浆技术与钢结构技术在涵洞变形加固工程中实施的原理、设计要点、施工工艺等。

　　关键词：压力注浆 钢结构加固 喷射混凝土 帷幕注浆技术 多次观察循环注浆法

　　1.工程概况

　　陵川县羊河渠污水涵洞，位于陵川县东北方向。全长620mm，其承担着全县人民的工业和生活污水、雨水排放任务，工程于1996年8月完工，至今已十多年，由于长期年久失修，加之该涵洞本身施工质量较差，涵洞内部地面部分多处出现塌陷，坑洼地面分布众多，涵洞上部墙体裂缝纵横交错，出现了不同程度的不规则裂缝，部分墙顶面石块掉落，松动。安全问题十分突出，通过近期的定期针对性观察，工程裂缝和失稳还存在不同程度的发展势态和加剧现象。

　　这种情况严重影响到了涵洞本身与上部建筑物的安全以及陵川县工业和生活污水、雨水的正常排放，事关社会经济民生之大事，引起政府领导高度重视，决定对该污水涵洞进行加固。

　　2.设计方案依据：

　　2.1有关排污、雨水涵洞工程的损坏情况的调查报告；

　　2.2有关原污水、雨水涵洞工程的设计图纸；

　　2.3原污水渠涵洞工程设计、施工、均无岩土工程地质勘察报告。为了解该涵洞渠底地质情况，本次深入现场排污渠道，寻访原施工者，了解原施工沟渠开挖前的自然地貌及开挖后的地基土层构成情况。

　　3.设计加固方案

　　经过经济核算和现场条件所限，综合比较，依据上述情况拟定，对损坏的排污渠道分两步进行加固修复，最终选用了压力注浆技术加固涵洞地基和钢结构加固涵洞墙壁的方案。

　　3.1第一步先行加固渠道的地基：

　　地基加固采用压力注浆加固法，本法是多年来行之有效的已取得了社会及经济效益而且均成功，而无一次失效的，既安全又经济可靠。选用此方案的特点：一是最大限度地挤出饱和土层中的水分和非饱和土层中的空气，挤密土骨架，增强固结度，提高其承载力；二是能够针对该楼基础整体而又不均匀下沉的特点，以局部带整体, 以整体治局部的原则，整体与局部相结合，全面施治，区别对待。具体表现在：

　　（1） 方法优点针对性强，施工简便不破坏原结构。所谓针对性，即针对渠道下地基渗漏侵水，使地基土层变软下沉，致使渠道两侧壁向内向外凹凸变形，采用注浆加固地基，浆液注入地基后吸收部分浸水与基土混合硬化固结可提高原土层的承载力，同时不再继续下沉变形，确保排污渠道横向及纵向的刚度，从而保证排污水坡度的畅通。

　　（2） 原设计渠道墙壁截面过小，施工砌筑砂浆标号不达要求，砌体咬槎过小，总抗力过小，因而出现变形裂缝，且多处有4m以上的通长水平通缝。因而必需先进行渠道的地基加固。

　　3.2第二步渠道本身结构加固：采用Φ12钢筋网片加RC喷射混凝土进行涵洞墙壁加固。这是由于：

　　（1） 渠道处在埋深较大，伏土较厚的下面，四面八方都在挤压，而其本身全是砂浆砌筑的片石结构，其顶为单层片石构成的抛物线拱，厚350mm，跨长4500mm，起拱为1/3稳定性较差，而推力较大，侧壁断面过小，砌筑咬槎不规范，砂浆标号不达要求。如此松散的结构体，如何能起到排污排洪的作用。

　　（2） 渠道内主要排污、排洪的通道为4.5m宽的底部。目前为单层片石铺砌，由于地基侵水基面下沉，已变为坑洼遍布高低不平排污排水不畅的水沟。

　　（3） 结合渠道结构本身存在的情况，采用在渠道本身内做RC喷射混凝土扶壁进行加固，结合底面均一次做，实际施工完毕，渠道即成为内衬的整体式RC排水管道。RC扶壁同砌片石粘结为整体，提高了抗压能力，保证了渠道排洪排污的作用。施工采用Φ12钢筋网片RC喷射混凝土进行涵洞墙壁加固。

　　3.3最后针对部分涵洞墙壁结构变形严重的部位采用钢结构加固技术作重点处理。

　　4.加固的目的

　　本次加固的目的，就是保证排污涵洞渠道本身结构稳定，强度、刚度不变形，其地基加固后不再下沉，即保证在埋深较大，伏土较厚的排洪排污渠，流水畅通。

　　5、注浆加固施工工序及质量控制措施

　　5.1地基初步钻探分析

　　晋建总公司长治加固分公司于2007年1月3日进入工地后，按照涵洞地基加固注浆方案设计要求，针对性在该渠底共钻孔位40个，经钻探发现，该涵洞渠底受水浸蚀严重，尤其是出现裂缝的部位更为严重，受水浸蚀的软弱层分布在石基以下4m至6m，已成为稀泥，灰土层受水浸蚀已无强度，该地基受水浸蚀导致发生了地基土层结构性破坏，土层含水量特大，地基土层变成软弱状态，已经不具备原有的承载能力，不能够满足上部荷载的承压要求，以致发生了不均匀下沉，导致了墙体结构裂缝的出现，情况十分危急，必须立即按照加固方案采取有效措施对该涵洞地基进行加固控制。

　　5.2注浆参数

　　施工前应进行室内浆液配比试验和现场注浆试验，确定注浆参数如下：

　　（1）注浆主要材料选用PO42.5级硅酸盐水泥，辅助材料水玻璃模数为2.6～3.3,掺入量5%～10%；

　　（2）注浆量以饱和为止；

　　（3）水泥浆液水灰比:0.6～0.8；

　　（4）注浆流量:8～10L/min；

　　（5）注浆压力:控制在0.25～0.5Mpa；

　　（6）根据试验及施工情况,必要时可增加减水剂和早强剂。

　　5.3注浆加固设计

　　（1）注浆孔布置:在涵洞两面基础内侧交错布置二排孔,间距1500mm,在涵洞中间均匀布孔二排，间距2000mm。

　　（2）注浆孔深度:钻深穿越浸水层,钻至硬土层。

　　（3）设计要求注浆实施按照涵洞基础注浆——内部地基注浆的顺序进行，满足加固方案的原则全面施治。

　　（4）注浆方法采用帷幕注浆技术，重点分隔注浆法， 多次加密循环注浆法等多种技术相结合的施工措施。

　　5.4钻孔、封孔

　　5.4.1准备工作：根据掌握的工程不均匀沉降情况、地质资料、图纸设计要求，逐个确定钻孔位置、孔径、孔眼倾角、扩散半径，作为施工依据。钻孔前，应由建设单位对地下电缆、光缆、供热、下水、井沟、等地下设施进行技术交底，否则，容易造成破坏和损失，甚至人员伤亡。

　　5.4.2布孔:除按设计正常情况之外，需要变换孔位的有以下2种情况：

　　（1）受地形限制、设备限制、地下设施限制需移动孔位的，可在300mm-500mm、也可以孔底垂直到地面点为中心，至孔位为半径的360度弧线任意位置均符合要求。

　　（2） 如因孔位距墙距变换较大，工地技术员可照孔底位置不变，重新计算倾角度即可。

　　5.4.3根据设计图纸，均匀布置，结合地下管线、障碍物确定孔位并标注，调整钻孔角度，采用干钻法成孔，成孔后安放PVC注浆管，用干粉水泥将孔口1-2m段封堵密实。

　　5.5注浆加固方法

　　5.5.1方案实施前，首先测量和标注原始水准点，便于加固过程中控制附加沉降，并做好观测记录。先进行试注孔施钻，注浆时浇注试注孔，探明各类岩层的可注及注浆量大小，给注浆工艺提供参考性数据。

　　5.5.2注浆方法采用帷幕注浆技术，重点分隔注浆法，多次加密循环注浆法等多种技术相结合的施工措施。注浆压力均达0.4——0.5MPa来防止附加沉降，采取跳跃和分层施注，边注浆边进行观察各类岩层注浆过程中有无滑移迹象，便于施工中采取相应技术措施。

　　其中,多次加密循环注浆法就是采用对角注浆法，纵横方向一个方向跟踪，一个方向对角，纵向采用跳跃式跟进法。1、4、7……直至该轴线末，二次纵向跟进2、5、8……直至轴线末，跳跃距离不得小于6m，横向对角采用对角式（原则上按一个开间相对应两角）。以达到纵向跳跃的跟进，横向对角注浆的稳固方法，剩余孔位仍按此原则合理注入。室内孔位注浆时应也限定一个单位范围内采用对角跳跃法，纵横向相隔距离不得小于3m。采用这种方法，在局部范围内地基土因注浆液侵湿造成的强度降低。可通过相临未被侵湿地基土来承担一部分荷载来调整。

　　5．6 质量控制措施

　　5.6.1材料材质的保证：各种材料按设计要求选择正规渠道由公司统一购进，现场采样进行抽查检测，保证进场材料100%合格。

　　5.6.2浆液配制严格按照配合比规定及填料顺序进行，不允许违规作业,浆液搅拌必须达到浓度均匀，开始边搅拌边排浆，排浆时搅拌机不得停机,搅拌浆液必须配一次料，排一次浆，排完后再行配料、再排浆，周而复始，严格禁止边排浆、边填料、边搅拌。

　　5.6.3注浆加固地基工程采用仪器观测手段配合施工全过程，以及完工后一定阶段。测量人员定时进行观测，并重点注意注浆点及近边情况，附加下沉发展较快的位置应不停顿观测，根据测量情况及时调整注浆措施。

　　5.6.4按照压力注浆法的特殊性，施工中可能出现少量的附加下沉，本次注浆应注意施工中对附加下沉的严格控制，一是采用分层少量多次的注入方法，二是采用远距离跳跃注浆法，三是适当延缓注浆周期等措施，以确保注浆饱和，确保注浆过程中的洞体稳定性。

　　6、钢构加固施工工序及质量控制措施

　　陵川县羊河渠污涵洞工程内部份段墙壁出现坍塌，凹凸不平变形较大，上部墙体裂缝纵横交错，出现了不同程度的不规则裂缝，部分涵洞顶面石块掉落，松动。设计采用钢结构支撑，采用钢结构加固技术，是用格构式钢梁、钢柱，纵横连接起来，构成横向钢框架，增强其抗侧移刚度，同样不仅有横向钢框架，也有纵向钢框架，保证钢结构框架与原涵洞墙壁紧密相联，互相作用力，构成纵横向的刚度，确保改造结构构件之强度、刚度，满足加固要求。具体表现在：

　　6．1在污渠涵洞内，进行喷射砼加固时，发现有近百米长石砌侧墙向内变形，突出墙面约450mm左右，咎其原因概括为：（1）设计断面过小；（2）施工质量过差；（3）抗力不足，致使地面上建筑基础施工造成变形损坏。

　　6．2在处理方法上建议：

　　（1）拆除地面建筑，撤除长期危害涵洞安全使用因素；

　　（2）如果拆除不了，必须在内部设支撑，适量的支顶（相对平衡的顶）；相作用力以达到消除外部应力对涵洞墙体结构的影响。

　　6．3支撑设置时间：在喷射混凝土施工完成之后，其强度达到要求即进行。对实出变形部位，采用钢结构支撑进行加固。

　　6．4钢支撑（T型钢结构）加固施工安装方法：

　　采用钢结构加固技术，将钢结构支撑布置于涵洞墙壁变形较大的部位，通过张拉油压千斤顶，施加压力，将钢结构支撑与涵洞变形之墙壁紧密结合，互相作用力，从而达到支顶涵洞变形之墙壁的目的。

　　（1）先将制作好的T型钢构件，采用工作平台就位（原石砌侧墙突出部位），并使油压千斤初始顶压，立即检查支撑就位是否准确水平，同时，使用膨胀螺栓将T型钢构件，沿侧墙初始固定，将T型钢构件柱子吊点与涵洞顶喷射RC层用膨胀螺栓吊牢，同时将两个T型构件点焊牢。

　　（2）T型钢构件，必需现场核对支撑尺寸，而后放大足尺大样，并核对无误后下料制做（对号入座）。钢构件必须除锈，刷防锈油漆二道。

　　（3）“油压千斤”顶压所需空间部位，视油压千斤外形大小及顶压伸长度而定。在制做钢构件同时布置张顶位置。在整体安装过程中，必须用水准仪进行观测，待一切均初始校准。即进行二次油压千斤，一步的顶压（循环前一次的工作）然后再一次检查侧墙固定的膨胀螺栓，有无松动进一步紧固，如需增设膨胀螺栓的增设，同样顶部吊点亦需进行调整等等，全部紧固牢靠，然后将油压千斤将T型构件沿侧墙连接点用4根角钢∠70*6焊牢。

　　7、加固施工效果分析

　　本工程严格按照注浆设计施工方案进行施工，并经建设、设计、监理、施工等单位共同研究指导实施。工程共钻孔2420个，钻孔总深13200m，插管12800m，注浆用水泥量1850T，用水玻璃量55T，注浆量合计3100T。施工中进行了沉降观测及时掌握并控制了附加下沉。目前该涵洞地基注浆后，承载力大幅度提高，其土层已进行了挤密、固化。

　　本工程地基加固所采用的压力注浆加固地基技术，能够使地基承载力大大提高，获得了工程质量和安全可靠性，浆液经施加相当压力后，通过基土颗粒间的孔隙，挤压渗流、劈裂注入基土中，排出土层孔隙内的部分或大部分水和空气，加快基土的固结稳定，提高地基土的承载力、抗震动液化能力。在本工程中由于采用了多帷幕内补强注浆法，围幕注浆施工之后，就是把该建筑物地基分隔为五面封闭的有限空间体，内部注浆时，是将有一定压力的浆液注入其中进行扩散，充分挤密，达到大幅度提高地基承载能力之目的。我们曾对注浆孔剖析检验。观察开挖的浆孔，注浆孔中形成了灯泡状的翅板，翅板与翅板之间上下之间相连，牢牢地嵌入基土中，可以看到浆液通过基土孔隙，有劈裂而入，有渗流而进，所到之处均与基土牢固紧密地胶结在一起，形成坚实的地基土层，可见地基土层挤密效果明显，加固作用可靠，因此确保了建筑物地基的长久稳定。

　　本工程中涵洞上部墙壁变形严重的部位采用了钢结构加固的技术，采用钢结构加固技术，用格构式梁、柱，纵横连接起来，构成横向钢框架，增强其抗侧移刚度，保证了钢结构框架与原涵洞墙壁紧密相联，互相作用力，构成纵横向的刚度，确保涵洞墙壁之强度、刚度，满足加固要求。

　　8、结束语

　　通过此次工程实践证明，在涵洞内部运用压力注浆加固技术和钢结构加固技术相结合，有效保证了涵洞地基和上部土体的稳定性，达到了事半功倍的效果。此次实践拓展了注浆加固技术和思维方式，在实施不同目的的工程加固中，利用压力注浆技术，进行改进创新，会大大提高了注浆加固技术的适用领域，具有较大的挖掘潜力和良好的发展前景。