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　　在50多年前，美國人提出了一種新概念的注漿技術(shù)，即CompactionGrouting。又稱為DisplacementGrouting或SqueezeGrouting，國內(nèi)有人稱這種注漿為壓密注漿。根據(jù)美國土木工程學(xué)會(ASCE)注漿專業(yè)委員會1992年給出的定義，壓密注漿是用特制的高壓泵將極稠的低流動性的漿液注入到預(yù)定土層的注漿技術(shù)，注漿過程中漿液不進(jìn)入土體的孔隙，而形成一個各向同性的整體，能夠產(chǎn)生可控制的位移量以置換并擠密周圍松散或軟弱土層，或有控制地上抬發(fā)生沉降的構(gòu)筑物。這種注漿技術(shù)所用的漿液、工藝要求、施工參數(shù)及其加固機(jī)理等完全不同于劈裂注漿、滲透注漿和噴射注漿等傳統(tǒng)的注漿技術(shù)，是在實踐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新概念的注漿，具有施工方便、施工效率高、施工質(zhì)量易于控制、漿液不污染周圍土體、能處理深層軟弱土層、經(jīng)濟(jì)性較好等優(yōu)點，有比較廣闊的應(yīng)用前景a

 

　　從這種新概念注漿方法的初次提出到工程中的應(yīng)用，其間經(jīng)歷了漫長的歲月。現(xiàn)在，這種注漿技術(shù)在國外已成為一種重要的地基處理技術(shù)，在美國、日本、法國和臺灣等地已有一些實際應(yīng)用，在應(yīng)用中積累了比較多的經(jīng)驗，它的主要應(yīng)用方面有：①控制城市地下軟土層中隧道掘進(jìn)過程中引起的沉降；②抬高已沉降的建筑物和糾偏已傾斜的建(構(gòu))筑物；(掰密和加固松軟的土體控制基礎(chǔ)沉降；④在土體中形成柱狀注漿體(樁體)與周圍土體形成復(fù)合地基，提高地基承載力，減少基礎(chǔ)沉降；⑤減少砂土液化。這種注漿技術(shù)對不同土性的地基的加固效果是不一樣的，施工參數(shù)也不相同，為探索這種注漿技術(shù)在上海軟粘上層加固中的應(yīng)用，尤其在隧道掘進(jìn)過程中控制隧道上方土層的變形、保護(hù)隧道上方的重要建筑物和管線等方面的應(yīng)用。上海隧道工程股份有限公司技術(shù)中心和上海地鐵建設(shè)公司開展了積極的研究工作，研究的內(nèi)容包括理論研究和試驗研究，同時研究開發(fā)適合這種注漿工藝的配套設(shè)計。

 

 

　　壓密注漿技術(shù)最初是在實踐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，雖然壓密注漿機(jī)理現(xiàn)在尚未完全被揭示出來，但通過無數(shù)次的試驗和實際工程實踐的探索和總結(jié)，人們對壓密注漿的注入效果已有了基本的理解。1969年，Graf首次描述了壓密注漿過程并討論了有關(guān)壓密注漿的基本概念，他認(rèn)為壓密注漿主要的用途是擠密松疏的人工填土和松疏的天然土體，還可以在已發(fā)生不均勻沉降的建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)下形成樁體，抬起建筑物．對建筑物進(jìn)行糾偏。直到1999年，蘇世豐、廖洪鈞等通過室內(nèi)試驗對壓密注漿后黏土的歸一化不排水剪切強(qiáng)度進(jìn)行了研究。他們認(rèn)為，對粘性土進(jìn)行壓密注漿的目的不僅僅在于頂起結(jié)構(gòu)物或抑制地表沉降，當(dāng)注漿過程中引起的超孔隙水壓力完全消散，則黏土孔隙將因再壓密而減小，且有效應(yīng)力也隨之提高，進(jìn)而促使黏土剪切強(qiáng)度的提高。因此，若能配合適當(dāng)?shù)呐潘胧?，以加速超孔隙水壓力的消散，則壓密注漿可用來有效地改良軟黏土的力學(xué)性質(zhì)。

 

　　2001年。K.Komiya等通過現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗研究了在軟黏土層中進(jìn)行隧道掘進(jìn)時，注漿對控制地層變形的影響規(guī)律?，F(xiàn)場試驗是在東京的一個名叫Koto-Ku的地方進(jìn)行的，試驗時在隧道上方一定距離的地方進(jìn)行注漿，同時對地表和地下不同深度的土層的沉降進(jìn)行監(jiān)測，試驗中進(jìn)行的注漿不完全是壓密注漿，他們發(fā)現(xiàn)雖然在注漿的初期發(fā)生了隆起變形，但隨著時間的推移，由于土體的固結(jié)和漿液本身的收縮，地表發(fā)生沉降。在室內(nèi)試驗中，他們探索了影響?zhàn)ね林凶{的長期效應(yīng)的控制因素。他們發(fā)現(xiàn)，從長期效應(yīng)來看，超固結(jié)土中的注漿效果比正常固結(jié)土的注漿效果要好，而且，注漿量越大，注漿效果越顯著。

 

　　在研究中，他們還嘗試用有限單元法對現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗進(jìn)行數(shù)值模擬分析，由于注漿過程中注漿體與土體之間的相互作用機(jī)理非常復(fù)雜，他們就采用一種能夠包含注漿過程的主要特征的所謂的概念模型模擬黏土中的注漿過程。這種概念模型模擬注漿過程分為兩個不同的模式，即壓密注漿的模式和劈裂注漿模式。注漿的初始階段，漿液形成一個泡狀排開周圍土體，隨著更多漿液的注入，漿泡越來越大，同時周圍的土體發(fā)生塑性變形，注漿壓力也越來越大以至達(dá)到劈裂土體中阻力最小的小主應(yīng)力面。當(dāng)劈裂過程發(fā)生時，土體中的應(yīng)力條件突然改變使注漿壓力隨之下降。當(dāng)采用低稠度的漿液時就形成了劈裂注漿；當(dāng)使用高稠度的漿液時，漿液就不容易進(jìn)入上述的阻力最小的小主應(yīng)力面形成劈裂注漿，漿泡繼續(xù)擴(kuò)大，注漿壓力又開始上升。用有限單元法進(jìn)行模擬分析時，他們采用了四結(jié)點軸對稱的實體單元和劍橋模型。注漿的過程被模擬成不斷在注漿體與土體的邊界面上施加均勻壓力的過程，但劈裂的現(xiàn)象沒有被模擬，注漿壓力逐漸增加直至達(dá)到指定的注漿體積為止。室內(nèi)試驗的有限元模擬分析結(jié)果表明，注漿過程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力控制著注漿的長期效應(yīng)。

 

　　3壓密注漿的特點及其研究方法

 

　　壓密注漿的機(jī)理非常復(fù)雜，涉及到多方面的理論，如有限變形理論、接觸理論、固結(jié)理論等。研究壓密注漿可以采用有限單元法進(jìn)行分析，土體的變形應(yīng)該采用有限變形理論中的修正的拉格朗日方法描述進(jìn)行描述，土體的塑性屈服可采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則表示，漿泡與土體之間的接觸可采用CavityExpansion理論或點面接觸模型進(jìn)行模擬，分析注漿過程還應(yīng)該考慮土體的固結(jié)效應(yīng)。

 

　　雖然壓密注漿力學(xué)機(jī)理分析及應(yīng)用先后被國外的學(xué)者探討過，但是，目前對壓密注漿的認(rèn)識還主要是依靠工程經(jīng)驗和現(xiàn)場試驗，這無疑給工程的應(yīng)用帶來了極大的不確定性，尤其是注漿壓力的控制值，更不必說在施工前就給出一個有效的估計值了。鑒于此，本章將在理論研究的基礎(chǔ)上，從注漿擴(kuò)孔過程中土體的壓縮機(jī)理出發(fā)，考慮能耗區(qū)中的土體在注漿壓力和土壓力共同作用下的應(yīng)力——應(yīng)變——體變關(guān)系，再根據(jù)注漿擴(kuò)孔過程中的能量守恒和體變平衡原理，解決壓密注漿極限擴(kuò)孔壓力的理論解。這對于估算壓密注漿極限注漿壓力將有著重要的現(xiàn)實意義。

 

　　4工程應(yīng)用

 

　　4．1試驗概況

 

　　壓密注漿當(dāng)漿液注入均勻土層時，其受到的阻力會隨著土體的逐漸壓密而增大；當(dāng)注漿壓力繼續(xù)增大時，土體受到的壓縮區(qū)域也會逐步擴(kuò)大，并將最終達(dá)到這樣一種狀態(tài)：①注入漿液的全部體積將會被土體的壓縮量所平衡，并在漿液繼續(xù)注入的過程中保持不變，注漿阻力也趨于穩(wěn)定值；②在注漿孔中，漿液之外一定范圍內(nèi)的土體壓縮量被注入的漿液體積所補(bǔ)償，使?jié){液和土體能形成連續(xù)位移；③如果注漿系統(tǒng)的能量損失在整個過程中可以忽略，那么注入漿液的能量損失就應(yīng)該等于其周圍土體產(chǎn)生變形所需能量的總和，并以體變?yōu)橹饕问?。本次壓密注漿試驗是在上海東部地下車站標(biāo)準(zhǔn)段中進(jìn)行的，平面尺寸約為18m×18m，最大注漿深度為10．0m。
 

 

       4.2注漿壓力對比

 

　　試驗過程中1號和2號注漿孔在整個注漿過程中的注漿壓力隨深度的變化而變化，由此可見，注漿壓力值大小與注漿深度有密切關(guān)系，根據(jù)試驗現(xiàn)場的地質(zhì)條件，根據(jù)現(xiàn)有注漿壓力文獻(xiàn)理論，由注漿擴(kuò)孔過程中的能量守恒和體變平衡原理可以計算得出理論壓漿值，[1～4]試驗與理論對比如下表2。
 

 

 

 

　　本文注漿壓力理論值與實測值有一定誤差，誤差原因可能是注漿壓力測試過程造成的。由于注漿壓力測試值包括了注漿管的管阻力及漿液的粘滯阻力，而理論計算值則是漿液與土體接觸面上的壓力值，因此，如果忽略注漿管的管道阻力，將造成需要壓力變小，所以理論值與實測值還是有一定的差距，需要適當(dāng)?shù)慕o予壓力補(bǔ)充。