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　　在50多年前，美國(guó)人提出了一種新概念的注漿技術(shù)，即CompactionGrouting。又稱為DisplacementGrouting或SqueezeGrouting，國(guó)內(nèi)有人稱這種注漿為壓密注漿。根據(jù)美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)(ASCE)注漿專業(yè)委員會(huì)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(dòng)性的漿液注入到預(yù)定土層的注漿技術(shù)，注漿過(guò)程中漿液不進(jìn)入土體的孔隙，而形成一個(gè)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(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(diǎn)，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(zhǎng)的歲月?，F(xiàn)在，這種注漿技術(shù)在國(guó)外已成為一種重要的地基處理技術(shù)，在美國(guó)、日本、法國(guó)和臺(tái)灣等地已有一些實(shí)際應(yīng)用，在應(yīng)用中積累了比較多的經(jīng)驗(yàn)，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(guò)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(duì)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(guò)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(kāi)展了積極的研究工作，研究的內(nèi)容包括理論研究和試驗(yàn)研究，同時(shí)研究開(kāi)發(fā)適合這種注漿工藝的配套設(shè)計(jì)。

 

 

　　壓密注漿技術(shù)最初是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，雖然壓密注漿機(jī)理現(xiàn)在尚未完全被揭示出來(lái)，但通過(guò)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)和實(shí)際工程實(shí)踐的探索和總結(jié)，人們對(duì)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(guò)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(duì)建筑物進(jìn)行糾偏。直到1999年，蘇世豐、廖洪鈞等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)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(duì)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(guò)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约铀俪紫端畨毫Φ南?，則壓密注漿可用來(lái)有效地改良軟黏土的力學(xué)性質(zhì)。

 

　　2001年。K.Komiya等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)研究了在軟黏土層中進(jìn)行隧道掘進(jìn)時(shí)，注漿對(duì)控制地層變形的影響規(guī)律?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在東京的一個(gè)名叫Koto-Ku的地方進(jìn)行的，試驗(yàn)時(shí)在隧道上方一定距離的地方進(jìn)行注漿，同時(shí)對(duì)地表和地下不同深度的土層的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)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(shí)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(yàn)中，他們探索了影響?zhàn)ね林凶{的長(zhǎng)期效應(yīng)的控制因素。他們發(fā)現(xiàn)，從長(zhǎng)期效應(yīng)來(lái)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，由于注漿過(guò)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(guò)程的主要特征的所謂的概念模型模擬黏土中的注漿過(guò)程。這種概念模型模擬注漿過(guò)程分為兩個(gè)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(gè)泡狀排開(kāi)周圍土體，隨著更多漿液的注入，漿泡越來(lái)越大，同時(shí)周圍的土體發(fā)生塑性變形，注漿壓力也越來(lái)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(guò)程發(fā)生時(shí)，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(shí)就形成了劈裂注漿；當(dāng)使用高稠度的漿液時(shí)，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(kāi)始上升。用有限單元法進(jìn)行模擬分析時(shí)，他們采用了四結(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱的實(shí)體單元和劍橋模型。注漿的過(guò)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(guò)程，但劈裂的現(xiàn)象沒(méi)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(yàn)的有限元模擬分析結(jié)果表明，注漿過(guò)程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力控制著注漿的長(zhǎng)期效應(yīng)。

 

　　3壓密注漿的特點(diǎn)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(diǎn)面接觸模型進(jìn)行模擬，分析注漿過(guò)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(guó)外的學(xué)者探討過(guò)，但是，目前對(duì)壓密注漿的認(rèn)識(shí)還主要是依靠工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，這無(wú)疑給工程的應(yīng)用帶來(lái)了極大的不確定性，尤其是注漿壓力的控制值，更不必說(shuō)在施工前就給出一個(gè)有效的估計(jì)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(guò)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(guò)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(duì)于估算壓密注漿極限注漿壓力將有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

　　4工程應(yīng)用

 

　　4．1試驗(yàn)概況

 

　　壓密注漿當(dāng)漿液注入均勻土層時(shí)，其受到的阻力會(huì)隨著土體的逐漸壓密而增大；當(dāng)注漿壓力繼續(xù)增大時(shí)，土體受到的壓縮區(qū)域也會(huì)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(huì)被土體的壓縮量所平衡，并在漿液繼續(xù)注入的過(guò)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(gè)過(guò)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(yàn)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(duì)比

 

　　試驗(yàn)過(guò)程中1號(hào)和2號(hào)注漿孔在整個(gè)注漿過(guò)程中的注漿壓力隨深度的變化而變化，由此可見(jiàn)，注漿壓力值大小與注漿深度有密切關(guān)系，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中的能量守恒和體變平衡原理可以計(jì)算得出理論壓漿值，[1～4]試驗(yàn)與理論對(duì)比如下表2。
 

 

 

 

　　本文注漿壓力理論值與實(shí)測(cè)值有一定誤差，誤差原因可能是注漿壓力測(cè)試過(guò)程造成的。由于注漿壓力測(cè)試值包括了注漿管的管阻力及漿液的粘滯阻力，而理論計(jì)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(shí)測(cè)值還是有一定的差距，需要適當(dāng)?shù)慕o予壓力補(bǔ)充。