多排孔注浆引起土体变形与孔压规律试验研究_郭景琢.pdf

第 44 卷第 3 期 岩 土 力 学 Vol.44 No.3 2023 年 3 月 Rock and Soil Mechanics Mar.2023 收稿日期：2022-04-10 录用日期：2022-05-30 基金项目：中建股份科技研发计划资助（No.CSCEC-2021-Z-25）；中建基础科技研发课题（No.CSCIC-2020-KT-01）；国家自然科学基金（No.52178343）。This work was supported by the R&D Program of China State Construction Engineering Corporation Ltd.(CSCEC-2021-Z-25),the R&D Program of China Construction Infrastructure Co.,Ltd.,(CSCIC-2020-KT-01)and National Natural Science Foundation of China(52178343).第一作者简介：郭景琢，男，1979 年生，学士，高级工程师，主要从事基坑、隧道工程建设管理研究。E-mail: 通讯作者：程雪松，男，1985 年生，博士，副教授，主要从事岩土力学与工程的教学与科研工作。E-mail:cheng_xuesong DOI：10.16285/j.rsm.2022.0482 多排孔注浆引起土体变形与孔压多排孔注浆引起土体变形与孔压规律规律试验研究试验研究 郭景琢1,2，郑 刚2，赵林嵩2，潘 军2，张宗俊2，周 强1，程雪松2（1.中国建设基础设施有限公司，北京 100044；2.天津大学 建筑工程学院，天津 300072）摘摘 要要：目前尚未见到软土地区多排孔注浆引起土体变形和超孔压发展规律的系统研究，限制了注浆变形主动控制策略的深化发展。开展了多排孔注浆现场试验，系统研究了单排孔逐孔注浆、多排孔逐排注浆引起土体水平位移和超孔压的变化与叠加规律。研究表明，注浆引起的超孔压随距离衰减迅速，变化规律可用幂函数表达，注浆距离取 3 m 左右时纠偏效果较好；天津地区超孔压消散较快，有利于注浆控制变形的快速稳定，超孔压随时间的消散规律可用指数函数表达，并提出了计算注浆引起超孔压的经验公式；多排孔逐排注浆时，先行注浆形成的注浆体墙对后续注浆一侧及另一侧土体变形分别具有反力效应和遮挡效应，控制既有建构筑物变形时应遵循“先远后近”逐排注浆的原则，以提高变形控制效果。关关 键键 词词：注浆法；土体变形；原位试验；超静孔隙水压力；多排孔注浆 中图分类号中图分类号：TU433 文献标识码：文献标识码：A 文章编号：文章编号：10007598(2023)03089612 Experimental study of soil deformation and pore pressure caused by multi-row grouting GUO Jing-zhuo1,2,ZHENG Gang2,ZHAO Lin-song2,PAN Jun2,ZHANG Zong-jun2,ZHOU Qiang1,CHENG Xue-song2(1.China Construction Infrastructure Co.,Ltd.,Beijing 100044,China;2.School of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China)Abstract:There was no systematic study on the development law of soil deformation and excess pore pressure caused by multi row hole grouting in soft soil area to date,which limits the deepening development of active control strategy of grouting deformation.In this study,field tests of multi-row grouting were carried out to systematically examine the variation and superposition law of soil horizontal displacement and excess pore pressure caused by single-row hole-by-hole grouting and multi-row row-by-row grouting.The research shows that the excess pore pressure caused by grouting decreases rapidly with distance,and the variation law can be expressed by a power function.It is recommended that the grouting is about 3 m or closer to the object.At this time,the grouting correction effect is the best.The excess pore pressure caused by grouting dissipated rapidly in Tianjin,which is conducive to the rapid stability of the deformation controlled by grouting.The dissipation law of excess pore pressure over time can be expressed by an exponential function,and an empirical formula for calculating excess pore pressure caused by grouting is put forward.When multiple rows of holes are grouted row by row,the wall formed by prior grouting has reaction force effect and shielding effect on the soil deformation on one side and the other side of the subsequent grouting respectively.When controlling the deformation of existing buildings and structures,the principle of“far before near”row by row grouting shall be followed so as to improve the effect of deformation control.Keywords:grouting method;soil deformation;in situ test;excess pore water pressure;multi-row grouting 1 引 言 注浆法是岩土工程领域中常用的变形控制方法，能在一定程度上有效地控制各类建筑物与构筑物的变形1-9。Schweiger 等1认为注浆有效地抬升了建筑物，改善了建筑物不均匀沉降变形，减小了建筑物因不均匀沉降产生的附加内力。易小明等2通过对现场房屋的注浆抬升实践和监测分析研究，认为注浆抬升房屋不同于抬升地层，只有较大范围、稳定的、均匀的、不消散的地表抬升，才能安全有 效地抬升房屋。Ni 等3-4认为在注浆初期，反复的劈裂注浆引起地基土发生水平变形，同时地基土逐渐被挤密。多次反复注浆后，当浆液难以使土体发生水平变形时，建筑物开始被抬升。朱瑶宏等5通过对隧道结构整体抬升的实践，认为对于抬升阶段通用环管片的结构安全而言，注浆工艺和内部支撑起到了重要作用。Zhang 等7介绍了上海软土地基隧道沉降注浆处理技术及工程实例，注浆恢复后隧道最大差异沉降从 20 mm 减小到 10 mm，验证了注浆控制隧道沉降的有效性。实际工程中可采用多排孔注浆对隧道等重要建构筑物变形进行多次恢复，郑刚等8-9介绍了双排注浆孔恢复基坑引发的邻近隧道水平变形的工程案例，发现靠近隧道的一排注浆孔先启动后，远离隧道的一排注浆孔恢复隧道的效果大幅减小。注浆对土体变形影响机制与规律的研究在一定程度上有助于掌握注浆控制各类建构筑物变形规律。Au 等10通过室内试验研究了土体固结和注浆材料对长期注浆效率的影响，认为对于正常固结和轻度超固结黏土，注浆后随着土体逐渐固结，注浆效率逐渐下降，而在超固结黏土中注浆后注浆效率几乎不变。Soga 等11通过室内试验和数值模拟研究了黏土中多孔和单孔注浆在不同土体超固结比下的注浆效率，认为对于超固结土，多孔注浆的注浆效率接近 1，与注浆孔间距、注浆顺序无关，而对于正常固结土或轻超固结，随着注浆孔间距和时间间隔减小，注浆效率逐渐增大。郑刚等12通过袖阀管注浆原位试验，研究了注浆时周边土体的变形模式，认为由于先注浆处土体的硬化会限制后续注浆浆液的扩散，导致了双孔间隔注浆引起的土体位移比双孔同时注浆略大。程雪松等13基于天津某工程一现场注浆试验，采用应变法模拟注浆过程，研究认为注浆作用范围在注浆长度较小时较为集中，而在注浆长度较大时则比较分散，故应根据实际情况设计注浆长度，将注浆纠偏效果最大化。软土高水位地区，注浆会在邻近土体引发较大的超孔压，诸多学者14-21认为，孔隙水压力的发展变化也对变形控制和注浆效率有着较大的影响。Shen 等14认为超静孔隙水压力由土的不排水抗剪强度、剪切力、注浆压力和孔隙压力系数所确定。关云飞等15利用圆柱孔扩张理论，对水泥搅拌桩施工引起的土体弹性区和塑性区的应力场分布进行了分析，认为超静孔隙水压力沿径向呈对数衰减，得到水泥搅拌桩施工扰动引起的超孔隙水压力计算公式。徐前卫等16通过现场注浆试验，比较了不同深度处的孔隙水压力与土体侧向变形，认为孔隙水压力与土体侧向变形有着明显的相关性，即孔隙水压力上升对应着土体向外膨胀，而下降时则土体内缩。Wang 等17-18通过现场试验研究了水平双液旋喷施工技术对周围环境的影响，认为施工距离大于 15 m时，产生的孔隙水压力可以忽略不计，且旋喷桩施工的影响范围为计算半径的 1520 倍。Wu 等21进行排土旋喷施工现场试验，认为当施工距离大于10 倍半径时，超静孔隙水压力和垂直位移可忽略不计，且排土旋喷施工的影响范围远小于打桩和水平双液旋喷施工的影响范围。目前，针对单孔注浆引起的土体变形与超孔压变化研究较为丰富，但针对单排孔逐孔注浆引起土体水平位移和超孔压叠加机制和规律，以及多排孔逐排注浆对土体水平位移和超孔压的影响机制和规律研究较少，限制了注浆变形主动控制策略的深化发展。同时，针对天津软土地区单孔注浆引起的超静孔隙水压力随距离与时间的发展规律研究也有所欠缺。本文在天津地铁某施工场地进行了现场多孔注浆试验，详细监测了注浆过程及注浆结束后土体水平位移和土体中孔隙水压力的变化规律，研究了多孔及多排注浆情况下土体变形及孔隙水压力叠加变形机制与规律，提出了多排孔注浆的变形控制建议。进一步依据现场试验数据，分析天津软土地区单孔注浆引起土体超静孔隙水压力随距离与时间的发展规律，探讨了计算超静孔隙水压力的经验公式，可为后续研究及实际工程注浆方案制定提供参考。2 试验方案设计 2.1 试验场地和试验方案试验场地和试验方案 试验设计平面图如图 1 所示，试验剖面图和场地土层分布如图 2 所示