摘要
深厚填土层在工程建设过程中较为常见，需要进行针对性的处治处理，以满足建构筑物的施工安全与长期稳定。传统加固措施如强夯或换填等，处理深度有限，难以满足深部加固处理的需求。而针对特定深度的袖阀管注浆加固技术是一种有效的方案，具有重要的工程应用价值。本文依托十堰市汇合工业园B 区高位挡墙地质灾害治理工程，系统开展了深厚填土层袖阀管注浆加固技术研究及加固效果评价等方面的研究工作，有效提高了深厚填土层注浆加固效率，并为深厚填土注浆加固技术研究提供一定的借鉴价值。
Abstract
The use of deep fill soil layers is a common practice in engineering construction. Due to the extended time span involved in the formation of fill soil， as well as its complex material composition and structure， its physical and mechanical properties are not uniform. This often leads to deformation and damage of buildings and structures due to excessive settlement or strong water permeation， necessitating targeted treatment for ensuring construction safety and long-term stability of deep filling structures. The strengthening measures employed for deep fill primarily include dynamic compaction and grouting； however， the general treatment depth of dynamic compaction is limited. When deeper reinforcement is required for deep fill， grouting technology serves as a convenient and effective treatment plan. Research on grouting technology， grouting materials， and evaluation methods for assessing grouting effectiveness holds significant engineering application value. This project focuses on the geological disaster control project involving a high retaining wall in District B of Yihe Industrial Park， Shiyan City. It systematically conducts research on the sleeve valve pipe's grouting reinforcement mechanism in deep filled soil layers， the grouting reinforcement technology associated with sleeve valve pipes in deep filled soil layers， as well as comprehensive evaluation methods for assessing the effectiveness of such reinforcement efforts. These endeavors effectively enhance the efficiency of grout reinforcement within deep filled soil layers while also elevating the technical proficiency related to reinforcing such areas.
Keywords
0 引言
深厚填土层在工程建设过程中较为常见，由于填土体形成的时间跨度大、材料组成与结构复杂，使得其物理力学性质不均匀，经常由于过大的变形沉降或强渗透水等不良特性引起建构筑物的变形破坏，因此需要进行针对性的处治处理，以满足深厚填土层建构筑物的施工安全与长期稳定（吉建华，2017；李卓才，2020）。深厚填土层所采取的加固处理措施主要包括强夯、注浆等（张健和张立伟， 2020；王家磊等，2021），而强夯一般处理深度有限，若要对深部填土层进行加固处理，注浆技术是便捷有效的处治方案。其中，袖阀管注浆技术是由法国 Soletanche 灌浆公司首创的注浆方式，因此又称为索列坦休斯法。袖阀管注浆工作原理是将配制好的浆液通过注浆泵加压，从连通管进入注浆管，注浆管管端连接双塞管；浆液聚集到袖阀管注浆管段，在内压力作用下浆液从泄浆孔喷出，将橡皮套涨开，挤碎套壳料；被加压的浆液沿着地层结构以充填、渗透、压密、劈裂的形式流动；后续的浆液在压力作用下不断注入地层，在地层中形成固结体，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芯管，即可实现分层注浆。由于袖阀管身上橡皮套的存在使得压力作用下浆液单向流动，只出不进，使得注浆后的水泥浆液留在待加固的土体中，并且可以根据不同深度土层的不同压实度情况进行分层、多次注浆（张民庆等， 2003）。邵羽等（2021）采用袖阀管注浆技术对广西平南三桥拱座基础的饱和砂卵石层持力层进行加固处治，现场载荷试验和直剪试验表明袖阀管注浆工艺显著提高了卵石层承载性能和摩擦性能。罗跃文和高春羽（2022）针对北京南水北调配套工程河西支线工程的杂填土地层加固需求，采取袖阀管注浆加固法进行基础加固，很好地改善了地层性质，明显提高地基承载力。夏向东和张丹（2019）针对北京阜石路分洪暗涵穿越人工填土层暗挖隧道超前加固需求，采用了袖阀管注浆技术对填土地层进行注浆加固，以确保工程施工安全及隧道工程质量。彭峰和刘广均（2010）对广深港客运专线狮子洋隧道下穿珠江大堤注浆的加固技术进行了研究，分析了地表深孔袖阀管注浆加固地层方案的优缺点，并介绍了施工方案及实施效果。而针对深厚软弱填土层的特点，采用袖阀管注浆技术进行针对性处治并对加固效果综合评价的研究还不够充分，因此，本文结合深厚填土层加固处理实际需求，开展袖阀管注浆技术应用及注浆效果评价等方面的研究具有重要的工程应用价值。
1 新型袖阀管双液注浆加固技术
本项目依托十堰市汇合工业园B区高位挡墙地质灾害治理工程，系统开展深厚填土层袖阀管注浆加固机理、加固技术研究工作，形成深厚填土层袖阀管注浆使用方法，并进行加固效果综合评价，提升深厚填土层注浆加固效果。
项目场地地层主要为深厚填土，地下水位浅，因此选取凝固速度快、抗分散性能好的水泥-水玻璃双液浆进行注浆。传统注浆方法是采用 T 形三通管将双液浆混合后注入袖阀管，虽然浆液配比容易控制，但注浆步距花费时间较多，且容易塞管、容易堵管，风险较大。为此，提出了一种将双液浆在地层内混合的新型注浆方法，即采用 A 管和 B 管分别输送水泥浆液和水玻璃，并在袖阀管注浆段落设置泄浆孔，从而实现水泥浆和水玻璃浆液在注浆地层之前进行混合，有效降低堵管的风险，水泥浆和水玻璃在注浆压力作用下向土体的空隙中流动，二者会快速接触并凝固，从而有效解决了传统袖阀管注浆使用双液注浆工效低、堵管风险高的难题，新型注浆管示意如图1。
其中，A 管为 PVC 袖阀管、B管和 C管为橡胶皮管。A 管注入水泥浆，B 管用于注入水玻璃，C 管用于注入套壳料。在松散粗颗粒层如砂砾层中A管每隔 33 cm 对称布置 2 个泄浆孔，在 A 管泄浆孔上、下 3~5 cm位置的B管上均设置2个泄浆孔；在黏土层，B 管上不留泄浆孔；泄浆孔采用橡皮套包裹。为避免管子在下放钻孔过程中有杂物填充堵塞，A、B 管底端用管帽和胶水密封，C管底端用胶带密封，密封不得过于严实。
图1新型袖阀管双液注浆管示意
配制双液浆采用水泥浆水灰比 1∶1，水泥为 P. O 42.5 普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为 30°~40° Be'，水泥浆与水玻璃浆的体积比为 1∶0.8。在套壳料养护3~5 d，强度达到0.3~0.4 MPa后，进行注浆。注浆时，宜根据成孔先后顺序跳孔注浆。
结束注浆标准采用注浆量和注浆压力双控的方式。① 注浆量结束标准：在地面不发生隆起变形的情况下，单孔每延米水泥用量为 240~350 kg。 ② 注浆压力结束标准：当每个注浆步距内稍有注浆量时，压力即迅速上升（超过 2. 0 MPa），注浆持续 1 min 可终注。注浆过程中，满足①，②其中一个标准，即停止注浆。
现场实际应用情况表明，新型地表袖阀管双液注浆冒浆和窜浆的概率较小，且未发生浆液堵管现象，施工过程中需要注意的要点如下：
（1）袖阀管外套管应具有一定强度，否则容易被高压浆液挤碎，无法控制注浆，也失去了袖阀管二次注浆的条件。
（2）套壳料的施作是袖阀管注浆成功与否的关键。施工时套壳料必须按要求配置，注入套壳料溶液时需缓慢、匀速提升橡皮管，并且等套壳料硬化 3 d以上方可进行注浆。
（3）注浆完成后，必须立即清洗袖阀管，预留二次注浆条件。第一次注浆效果不理想时，可进行二次补充注浆。
2 技术应用
2.1 工程背景
研究区位于十堰经济技术开发区鸳鸯乡，原始地形起伏较大，地面坡度一般在 20°以上，局部可达 35°左右，工程区最大填土厚度达到 37.3 m，填土属自然堆填而成，后期对表层进行了强夯处理，回填时间约 6~7 d。现场监测显示，自 2012 年挡墙工程施工完成以来，工程区沉降变形问题突出，挡墙墙体出现一定程度的开裂变形，局部墙体形成贯通裂缝，裂缝张开度最大可达 1 cm 左右，挡土墙分段 D 点附近的立柱下部出现弯曲变形、钢筋外侧的混凝土保护层脱落现象（图2）。工程区填土厚度变化较大，虽然后期进行了强夯处理，但影响深度有限，当填土产生自重沉降时，沉降变形量差异仍较大，由于已建挡土墙基础埋设于填土之中，填土底面坡度较大，因此填土产生的差异沉降明显，对挡土墙墙体和基础将形成拉裂和剪切作用。
图2挡墙变形情况
针对本工程的地质环境条件和岩土的分布特点，选用对填土区采用新型袖阀管双液注浆加固技术方案。本挡墙加固设计采用注浆加固+原挡土墙外侧加固+挡土墙排水引导。注浆材料选择水泥浆、砂、水玻璃等。
2.2 袖阀管注浆现场实施成果数据分析
现场袖阀管注浆分为前后一、二次注浆，共布置了 5 排注浆管阵，进行加固注浆。各注浆孔的水泥用量数据如图3、图4所示。
（1）一次注浆数据分析
第 1排施工钻孔 81个，一次注浆水泥用量合计为 634000 kg，单孔最大水泥用量为 13350 kg，单孔最小水泥用量为4500 kg，平均每个注浆孔水泥用量为7827 kg；单孔每延米水泥用量最大值为338.1 kg/ m，单孔每延米水泥用量最小值为为 289.7 kg/m，单孔每延米水泥用量平均值为为 322.5 kg/m。第 2排施工钻孔 81 个，一次注浆水泥用量合计为 650150 kg，单孔最大水泥用量为12150 kg，单孔最小水泥用量为4700 kg，平均每个注浆孔水泥用量为8027 kg； 单孔每延米水泥用量最大值为 331. 0 kg/m，单孔每延米水泥用量最小值为为 287.4 kg/m，单孔每延米水泥用量平均值为为 321.4 kg/m。根据图3a、3b可以看出第 1 排、第 2 排两端的注浆孔单孔注浆量较中间的注浆孔单孔水泥用量大，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量波动不大。
图3一次注浆水泥用量统计图
a—第1排注浆孔；b—第2排注浆孔；c—第3排注浆孔；d—第4排注浆孔；e—第5排注浆孔
第 3 排施工钻孔 161 个，一次注浆水泥用量合计为 1170000 kg，单孔最大水泥用量为 11550 kg，单孔最小水泥用量为1850 kg，平均每个注浆孔水泥用量为 7267 kg；单孔每延米水泥用量最大值为 343.1 kg/m，单孔每延米水泥用量最小值为为290.3 kg/m，单孔每延米水泥用量平均值为为 321.3 kg/m。第 4 排施工钻孔 162 个，一次注浆水泥用量合计为 1188640 kg，单孔最大水泥用量为 11550 kg，单孔最小水泥用量为1900 kg，平均每个注浆孔水泥用量为 7337 kg；单孔每延米水泥用量最大值为 342.4 kg/ m，单孔每延米水泥用量最小值为为 305.2 kg/m，单孔每延米水泥用量平均值为为321.7 kg/m。根据图3c、3d可以看出第3排、第4排单孔水泥用量超过平均单孔水泥用量的位置主要集中在挡墙西段及中部，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量存在一定的波动。
第 5 排施工钻孔 162 个，一次注浆水泥用量合计为 1234020 kg，单孔最大水泥用量为 11550 kg，单孔最小水泥用量为1450 kg，平均每个注浆孔水泥用量为 7617 kg；单孔每延米水泥用量最大值为 354.3 kg/m，单孔每延米水泥用量最小值为为126.1 kg/m，单孔每延米水泥用量平均值为为321. 0 kg/m。根据图3e可以看出单孔水泥用量超过平均单孔水泥用量的位置主要集中在挡墙西段及中部，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量波动不大。
（2）二次注浆数据分析
在袖阀管注浆一次注浆完成后，又进行了二次注浆工作，以进一步提升对深厚填土层的注浆加固效果。
图4二次注浆水泥用量统计图
a—第1排注浆孔；b—第2排注浆孔；c—第3排注浆孔；d—第4排注浆孔；e—第5排注浆孔
图4a给出了第1排注浆孔进行二次注浆时的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以看出二次注浆过程中各注浆孔的单孔水泥用量分布规律与一次注浆时基本一致，但单孔水泥用量值显著减小，平均单孔水泥用量由 7827 kg 减小至 2615 kg。与此同时，单孔每延米水泥用量也相比一次注浆时的 322.5 kg/m 减小至 107.8 kg/m。此外，二次注浆过程中位于第1排两端的注浆孔单孔注浆量较中间的注浆孔单孔水泥用量大，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量波动范围不大。
对比第2排注浆孔进行二次注浆与一次注浆时的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以看出二次注浆过程中各注浆孔的单孔水泥用量分布规律与一次注浆时基本一致，但单孔水泥用量值显著减小，平均单孔水泥用量由8027 kg减小至 2665 kg。与此同时，单孔每延米水泥用量也相比一次注浆时的 321.4 kg/m 减小至 106.7 kg/m（图4b）。此外，二次注浆过程中位于第2排两端的注浆孔单孔注浆量较中间的注浆孔单孔水泥用量大，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量存在一定的波动。
图5c给出了第3排注浆孔进行二次注浆时的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以看出二次注浆过程中各注浆孔的单孔水泥用量分布规律与一次注浆时基本一致，但单孔水泥用量值显著减小，平均单孔水泥用量由 7267 kg 减小至 2416 kg。与此同时，单孔每延米水泥用量也相比一次注浆时的 321.3 kg/m 减小至 106.6 kg/m。此外，二次注浆过程中单孔水泥用量超过平均单孔水泥用量的位置主要集中在挡墙西段及中部，与一次注浆过程中单孔水泥用量分布情况相一致，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量存在一定的波动。
对比第4排注浆孔进行二次注浆和一次注浆时的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以看出二次注浆过程中各注浆孔的单孔水泥用量分布规律与一次注浆时基本一致，但单孔水泥用量值显著减小，平均单孔水泥用量由7337 kg减小至 2441 kg。与此同时，单孔每延米水泥用量也相比一次注浆时的 321.7 kg/m 减小至 107.4 kg/m（图4d）。此外，二次注浆过程中单孔水泥用量超过平均单孔水泥用量的位置主要集中在挡墙西段及中部，与一次注浆过程中单孔水泥用量分布情况相一致，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量波动范围不大。
图4e给出了第5排注浆孔进行二次注浆时的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以看出二次注浆过程中各注浆孔的单孔水泥用量分布规律与一次注浆时基本一致，但单孔水泥用量值显著减小，平均单孔水泥用量由 7617 kg 减小至 2534 kg。与此同时，单孔每延米水泥用量也相比一次注浆时的 321. 0 kg/m 减小至 106.7 kg/m。此外，二次注浆过程中单孔水泥用量超过平均单孔水泥用量的位置主要集中在挡墙西段及中部，与一次注浆过程中单孔水泥用量分布情况相一致，各注浆孔的水泥用量基本与注浆孔深成正比，各注浆孔的平均孔每延米水泥用量波动范围不大。
2.3 袖阀管注浆加固成果分析评价
现场注浆加固完成后，开展了挡墙沉降变形监测分析，自 2018 年 7 月 12 日开始至 2020 年 6 月 29 日，共进行了17次观测。各监测点的累积沉降量变化曲线如图5a所示。各监测点的沉降速率变化曲线如图5b所示。
图5各监测点沉降量变化曲线（a）与沉降速率变化曲线（b）
可以看出，各监测点的沉降量变化规律基本一致，经历了缓慢增加、快速增加随后又缓慢趋于稳定的过程，沉降量值为-2.9~-4.3 mm，各监测点在观测周期内的沉降差及总沉降量可满足要求。各监测点的沉降速率变化规律基本一致，沉降速率在监测前期的 67 d 时间内出现增加，随后逐渐减小。除测点 3 的沉降速率在监测 67 d 的时候略大于 0. 04 mm/d，为 0. 0405 mm/d 之外，其余各监测点的最大沉降速率值基本都小于 0. 04 mm/d，表明各监测点的沉降变形已达到稳定状态。
现场实际应用情况表明，新型地表袖阀管双液注浆冒浆和窜浆的几率较小，有效解决了传统袖阀管注浆使用双液注浆工效低、堵管风险高的难题。各监测点沉降量变化曲线和沉降速率变化曲线结果标明该技术在深厚填土层中运用地基加固后稳定性好，加固效果好。
3 结论
在系统分析袖阀管注浆技术特点与注浆加固机理的基础上，依托十堰市汇合工业园 B 区高位挡墙地质灾害治理工程，系统开展了深厚填土层袖阀管注浆加固技术研究工作，有效提高了深厚填土层注浆加固效率，主要研究结论如下：
（1）系统总结分析了袖阀管注浆技术的特点，分析了袖阀管注浆加固地层的机理，针对传统袖阀管注浆技术特点，提出了新型袖阀管双液注浆等改进优化建议。
（2）结合十堰市汇合工业园 B 区高位挡墙地质灾害治理工程中深厚填土层袖阀管注浆加固实践，通过采用两次注浆的工艺，有效保障了注浆效果； 对比分析二次注浆和一次注浆的单孔水泥用量与每延米水泥用量情况，可以发现二次注浆过程中水泥用量相比一次注浆显著减少，表明深厚填土层的空隙被浆液有效充填，地层密实度得到了显著提升。
开展了现场袖阀管注浆试验，确定了深厚填土层袖阀管注浆技术参数，有效指导了现场大规模袖阀管注浆施工作业。
（3）袖阀管注浆完成后，通过开展挡墙沉降变形监测，发现监测点沉降经历了缓慢增加、快速增加随后又缓慢趋于稳定的过程，沉降量值为-2.9~-4.3 mm，各监测点在沉降差及总沉降量满足工程稳定要求。现场监测结果表明，该区挡墙地质灾害得到了有效控制，地面沉降变形达到稳定状态，有效保障了工程结构安全。
