采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法

采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，该方法将聚氨酯注浆和水泥注浆有机结合，通过在建筑物基础发生沉降最大的地方布置聚氨酯注浆钻孔并灌注聚氨酯反应原料浆液发生化学反应膨胀以加固和抬升该处基础，同时通过在该聚氨酯注浆钻孔的外围以一定密度布置水泥注浆钻孔并采用水泥注浆法对被加固地基中原先存在的孔隙、空隙和聚氨酯注浆基础抬升后产生的空隙进行填充和加固，形成水泥加固体。本发明的优点是，该方法中聚氨酯注浆对建构筑物基础的加固抬升快速精准，水泥注浆对建筑物基础的加固效果均匀而全面，施工过程简便而快捷，且成本较低。
【专利说明】采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及建构筑物基础处理方法，具体涉及一种采用联合注浆对建筑物基础进 行加固和纠偏的方法。

【背景技术】
[0002] 对于建设在软弱地基的建构筑物，若在设计或施工阶段未考虑或采取有效的地基 处理措施，建成后容易出现大面积的地面沉降，如若地基土软弱不均，会出现过大的差异沉 降，在建构筑物内产生裂缝，危害结构安全。
[0003] 目前对已建建筑物的加固处理的方法有许多种，但常用的有以下几种： 注浆加固是一项针对软弱地基，地基穴洞缺陷，地基沉降，纠正建筑物和建筑物偏斜的 地基加固技术。地基存在某些缺陷而造成地基下均匀沉降，对上部结构的结构安全性构成 了严重危险。为了防止地基继续不均匀沉降，可通过专业机械设备注浆到天然地基中进行 加固。注浆加固地基的实质是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地基土 的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性能。
[0004] 水泥注浆方法按常规可以分为高压旋喷注浆法和静压注浆法两大类，这两种注浆 方法都可以应用在地基加固工程中。在软弱土层中进行水泥注浆，由于压力浆液在疲累、延 伸和扩散过程中对周围土体具有挤密和充填作用，从而改变地基土的物理力学性质和承受 荷载的反应机制，提高了地基承载力和降低沉降变形，达到加固软弱地基和基础加固的目 的。使用压力注浆对建筑物基础进行软弱土体处理，由于水泥浆液凝固时间较长，土体劈裂 后，裂缝像地基周围迅速扩散，浆液由缝隙不断往外扩散，造成浆液的大量浪费，甚至对周 边环境造成影响；此外，由于水泥浆液的粘度较低，凝固时间较长，注浆产生的上抬力有限， 对已发生不均匀沉降的建筑物只能进行不可控的抬升和纠偏，在很多情况下，无法进行精 准的抬升，达不到理想的处理效果。此外，处理过程造成的大量水泥浆液的浪费，影响环境。
[0005] 聚氨酯注浆是一种进行地基基础加固和建构筑物纠偏的新型工艺，该工艺已经成 功运用于欧美等发达国家众多建构筑物加固和纠偏工程中。聚氨酯注浆法是通过地基中所 成好的小孔注射聚氨酯泡沫反应原料进需要加固的地基中或者需要抬升的建构筑物基础 底部，通过聚氨酯泡沫反应产生的巨大膨胀压力和胶结作用对加固土体进行充填、渗透、挤 密、置换和加固作用，并同时对已发生不均匀沉降的建构筑物进行纠偏。由于聚氨酯反应速 度固化较快，且浆液粘度较高，产生的向上抬升力巨大，且可以通过实时的注浆量大小进行 抬升量的控制，做到对建构筑物纠偏的精准控制。虽然聚氨酯注浆方法与传统的水泥注浆 方法相比，聚氨酯注浆从加固抬升效果上拥有众多优势，但是仍然拥有一些缺点： ① 聚氨酯反应原料的粘度高，液体加固半径有限，容易造成充填的不均匀性，注浆点较 为密集于均匀，注浆点之间出现加固空白区，地基土空隙较大； ② 根据以往的工程实践经验，在注浆点附近由于聚氨酯较为密集，产生的聚氨酯密度 较大，强度和刚度也较大，与周围的土体产生较大的刚度差，在上部荷载的作用下，导致注 浆点附近建构筑物基础出现二次开裂； ③聚氨酯注浆成本高昂。采用水泥注浆法，每方水泥浆成本约为100-300元，而采用聚 氨酯泡沫(反应结束后）每方成本约为1500-3000元。由于基础纠偏抬升后，仍然需要大量 的高聚物进行抬升后基础空隙的填充，即使考虑高聚物注浆较低的综合成本，高聚物注浆 法在建构筑基础的加固纠偏中费用仍然较水泥注浆高出数倍。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种采用联合注浆对建筑物 基础进行加固和纠偏的方法，该方法将聚氨酯注浆和水泥注浆有机结合，通过在建筑物基 础发生沉降最大的地方进行钻孔并灌注聚氨酯反应原料浆液发生化学反应膨胀以加固和 抬升该处基础，同时通过在该聚氨酯注浆钻孔的外围以一定密度布置水泥注浆钻孔并采用 水泥注浆法对被加固基础中原先存在的孔隙、空隙和聚氨酯注浆基础抬升后产生的空隙进 行填充和加固，形成水泥加固体。
[0007] 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其特征在于所述方法至少包 括如下步骤：在建筑物基础下方待加固或纠偏施工位置布置聚氨酯注浆管组，通过聚氨酯 反应原料浆液的注入，所述聚氨酯反应原料浆液发生化学反应膨胀，生成聚氨酯泡沫对所 述基础进行加固或纠偏；在距离所述聚氨酯注浆管组0. 5m?10m的环状区域内布置水泥注 浆管组，完成注浆，注入的水泥注浆浆液固化所述基础下方的地基并充填所述地基中的孔 隙和空隙后形成水泥加固体。
[0008] 所述聚氨酯注浆管组的布置深度为所述基础以下lm?10m之间时，所述聚氨 酯注浆管组至少由两根聚氨酯注浆管构成，所述聚氨酯注浆管出浆口之间的垂直间距为 0. 2m ?2. 0m。
[0009] 所述聚氨酯注浆管组在注浆时，各所述聚氨酯注浆管按出浆口深度位置以自下而 上的顺序依次出浆。
[0010] 所述水泥注浆管组的深度为所述基础以下lm?10m之间时，所述水泥注浆管组由 至少两根水泥注浆管构成，所述水泥注浆管出浆口之间的垂直间距为lm?2m。
[0011] 所述水泥注浆管组在注浆时，各所述水泥注浆管按出浆口深度位置以自下而上的 顺序依次进行注浆。
[0012] 每0. 7 m2?30. 0 m2所述基础内至少布置有一个所述水泥注浆管组。
[0013] 所述水泥注浆浆液的强度、刚度和柔性与所述基础的土体相同。
[0014] 所述聚氨酯注浆管组上套设有柔性桩袋，所述柔性桩袋的袋口与所述聚氨酯注浆 管组的出浆口密封连接。
[0015] 所述水泥注浆浆液至少在所述聚氨酯反应原料浆液注浆完成30分钟后进行注 浆。
[0016] 本发明的优点是： (1) 对建构筑物可进行快速精准的抬升，采用聚氨酯注浆进行加固抬升，聚氨酯反应时 间迅速，抬升高度可控； (2) 良好的加固抬升效果，首先采用聚氨酯注浆对建构筑物进行精准的加固抬升，然后 采用流动性较好的水泥浆液，对建构筑物的基础空隙、加固土体孔隙进行充填，利用水泥浆 液的固化效果对软弱地基土进行加固，达到均匀和全面的加固效果； (3) 施工快捷简便，效果直观，采用聚氨酯注浆进行抬升纠偏，施工难度较采用水泥注 浆抬升简单快捷，采用水泥注浆进行充填对施工技术和工艺的要求也大大降低； (4) 经济合理，由于聚氨酯反应原料浆液单价较高，本发明通过采用水泥注浆对孔隙 和空隙进行充填加固，大大降低了聚氨酯反应原料浆液的使用量，降低了工程造价可达 1/2-1/3。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1为本发明中发生沉降的建筑物基础示意图； 图2为本发明中在聚氨酯注浆钻孔中设置聚氨酯注浆管组的示意图； 图3为本发明中通过聚氨酯注浆管组进行注浆的示意图； 图4为本发明中聚氨酯反应原料浆液反应生成聚氨酯泡沫体加固并抬升建筑物基础 的不意图； 图5为本发明中在聚氨酯注浆钻孔两侧设置水泥注浆管组的示意图； 图6为本发明中通过水泥注浆管组进行注浆的示意图； 图7为本发明中水泥注浆浆液充填基础中的空隙的示意图； 图8为本发明中储罐基础上的钻孔布置平面示意图。

【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以 便于同行业技术人员的理解： 如图1-8,图中标记1-9分别为：基础1、聚氨酯注浆钻孔2、聚氨酯注浆管组3、聚氨酯 注浆专用设备4、聚氨酯泡沫体5、水泥注浆钻孔6、水泥注浆管组7、水泥注浆专用设备8、水 泥加固体9。
[0019] 实施例1 :建构筑物基础发生不均匀沉降，导致开裂，结构功能不完整或造成安全 隐患，需要采取一定的工程措施对基础进行加固或抬升。故本实施例具体提供一种采用联 合注浆(聚氨酯-水泥）对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，该方法兼具水泥注浆和聚氨 酯注浆的优点，最大限度减少了两法单独采用的不足，该方法加固效果均匀，可对建构筑物 基础进行精准纠偏，施工简单快捷，用浆量少，工期短，是一种经济可行的施工工艺。
[0020] 如图1-8所示，本实施例中所采用的建筑物基础加固和纠偏方法包括以下施工步 骤： 【步骤一】布置聚氨酯注浆钻孔2 如图1、2所示，建筑物基础1发生沉降，在建筑物基础1中沉降量最大处布置聚氨酯注 浆钻孔2,聚氨酯注浆钻孔2的直径为14cm-30cm，聚氨酯注浆钻孔2的深度可以是基础1 以下0. lm-10m之间，注浆深度具体由场地地质情况和上部荷载情况确定； 【步骤二】下放聚氨酯注浆管组3 如图2所示，成孔后，校验孔位、孔深以及垂直度，均满足要求后，按孔深下放聚氨酯注 浆管组3 ; 若聚氨酯注浆钻孔2的深度为基础1以下0. lm?lm之间时，则聚氨酯注浆管组3由 单根聚氨酯注浆管构成； 若聚氨酯注浆钻孔2的深度为基础1以下lm?10m之间时，则聚氨酯注浆管组3至少 由两根聚氨酯注浆管构成，本实施例中由三根聚氨酯注浆管构成，各聚氨酯注浆管出浆口 之间的垂直间距为lm;需要说明的是，通过将各聚氨酯注浆管的出浆口设置于钻孔中的不 同深度处，可以防止聚氨酯反应原料浆液在注浆时产生堵塞，确保注浆质量； 【步骤三】进行聚氨酯反应原料浆液注浆 如图2、3、4所示，采用聚氨酯注浆专用设备4通过地基中所布置的聚氨酯注浆管组3 注射聚氨酯反应原料浆液进入需要加固的地基中或需要纠偏的基础1中；先对聚氨酯注浆 管组3中埋置于深部的聚氨酯注浆管进行注浆，聚氨酯反应原料浆液发生化学反应形成聚 氨酯泡沫体5,待注浆达到要求后，进行埋置于浅部的聚氨酯注浆管的注浆，直至通过埋置 在基础1底面的聚氨酯注浆管进行基础1的加固和抬升，待达到设定的基础1的抬升高度 或者加固目标后停止注浆；所述的基础表面的抬升高度由设置的实时观测仪器观测确定； 聚氨酯反应原料浆自下而上发生化学反应膨胀，不断膨胀固化形成坚向增强体，对建 构筑物基础1进行抬升，该聚氨酯反应原料浆由A组分和B组分按照重量比1:0. 1?1:10 通过双液注浆泵注射混合，其中， A组分包括一种或多种氰酸酯a，氰酸酯可由通式R(NCO) η表示，其中R表示含2-18个 碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，η=2-4 ; Β组分包括多元醇b、扩链剂c、发泡剂d和催化剂e，具体的，多元醇b是一种多元 醇或多种多元醇的混合物，多元醇的平均分子量为1〇〇-1〇〇〇〇,官能度为2-10,所述的扩 链剂c为一种或多种扩链剂的混合物，是分子量小于800的含活泼氢原子化合物；发泡 剂d选用选用水、卤代烃、烃类化合物、气体等，用量为b和c重量的0. 3%-15. 0%，催化剂 e为胺类催化剂、有机金属催化剂、或它们的混合物，用量为b和c的重量0. 001%-10. 0%， 在-10° C-100。C下； 上述的A组分和B组分混合发生化学反应，生成聚氨酯泡沫，是主链上含有重复的一 HNCO - 0-基团的树脂； 【步骤四】布置水泥注浆钻孔6,并布置水泥注浆管组7 如图5所示，待步骤三完成至少30分钟后，聚氨酯材料的强度可达到95%以上；之后在 聚氨酯注浆管30两侧0. 5m-10m范围内布置水泥注浆钻孔6,钻孔密度依注浆加固抬升范围 确定，按3-30平方米布置一个钻孔，钻孔直径为20mm-100mm，深度为基础1下方0. lm-10m， 成孔后，插入水泥注浆管组7,在本实施例中该水泥注浆管组7由三根水泥注浆管构成，各 水泥注浆管的出浆口垂直间距不大于2. Om ;需要说明的是，通过将各水泥注浆管的出浆口 设置于钻孔中的不同深度处，可以防止水泥注浆浆液在注浆时产生堵塞，确保注浆质量； 【步骤五】进行水泥注浆充填 如图5、6所示，采用水泥注浆专用设备8通过地基中布置的水泥注浆管组7灌注水泥 注浆浆液进入需要加固的地基中或需要纠偏的基础1中以及之前聚氨酯注浆抬升过程中 所产生的孔隙中，灌注的具体步骤为：先对水泥注浆管组7中埋置于深部的水泥注浆管进 行注浆，待注浆压力达到设计要求后，对埋置于浅部的水泥注浆管进行注浆，直至通过埋置 在基础1底面的水泥注浆管进行基础1下孔隙和空隙填充，待注浆压力达到设计要求后停 止注浆，水泥浆固化软弱地基和充填地基中的孔隙和空隙后形成水泥加固体9 ; 【步骤六】注浆养护期 待上述步骤完成14天-28天后，建构筑物基础1的加固和纠偏结束，可重新投入使用， 施工结束。
[0021] 在本实施例中，通过采用聚氨酯注浆对建构筑物进行抬升，同时采用水泥注浆法 对被加固土体中原先存在的孔隙、空隙和聚氨酯注浆基础抬升后产生的空隙进行填充和加 固，其具体工作原理如下： 如图1-7所示，在建构筑物基础1沉降较大处将聚氨酯注浆管组3送入设计深度的孔 内，通过聚氨酯专用注浆设备4注入聚氨酯原料反应浆液A、B组分进入地基中，聚氨酯反应 原料A、B组分发生快速的化学反应，膨胀体积为5-30倍原反应原料浆液液体体积，同时产 生高达400kPa的膨胀压力，高压膨胀对周围土体产生强大的挤密作用和置换作用，甚至在 一定压力下对土体劈裂加固。注浆至下而上，聚氨酯原料不断反应形成坚向增强体，在靠近 基础1底面处，不断进行聚氨酯注浆，反应产生的巨大膨胀力将作用在发生不均匀沉降的 已有建构筑物基础1上，持续注浆，对基础1进行抬升、纠偏。此时，由于聚氨酯反应原料浆 液的粘度较高和反应时间较快，液体加固半径有限，建构筑基础1抬升过程中，除注浆处附 近，建构筑物基础1周围将形成较大的空隙，加上原软弱地基土中的空隙和孔隙，造成充填 的不均匀性和较差的加固效果，根据以往的工程实践经验，采用聚氨酯注浆后的建构筑物 基础1 (如高速公路)，在注浆点附近容易产生应力集中，经过一段时间后，由于地基的刚度 差，导致建构筑基础1出现开裂。考虑到此点，本实施例创新的将水泥注浆和聚氨酯注浆有 机结合，在聚氨酯注浆后，采用水泥注浆对建构筑物基础进行充填，对地基土进行加固和填 充，水泥浆固化后将形成较好的治理效果。
[0022] 本实施例的优点如下： (1) 对建构筑物可进行快速精准的抬升，本方法首先采用聚氨酯注浆进行加固抬升，聚 氨酯反应时间迅速，抬升高度可控； (2) 良好的加固抬升效果，本方法首先采用聚氨酯注浆对建构筑物进行精准的加固抬 升，然后采用流动性较好的水泥浆液，对建构筑物的基础空隙、加固土体孔隙进行充填，利 用水泥浆液的固化效果对软弱地基土进行加固，达到均匀和全面的加固效果； (3) 施工快捷简便，效果直观，本方法采用聚氨酯注浆进行抬升纠偏，施工难度较采用 水泥注浆抬升简单快捷，采用水泥注浆进行充填对施工技术和工艺的要求也大大降低了； (4) 经济合理，由于聚氨酯反应原料浆液单价较高，本方法采用水泥注浆对孔隙和空隙 进行充填加固，大大降低了聚氨酯反应原料浆液的使用量，降低了工程造价可达1/2-1/3。
[0023] 实施例2 :在本实施例中，聚氨酯注浆管组上套设有柔性桩袋，该柔性桩袋的袋口 与聚氨酯注浆管组的一端外壁密封连接，由于外围柔性桩袋的作用，聚氨酯原料反应浆液 不会随意扩散，保护了地下环境。本实施例中的其余步骤均与实施例1中的步骤相同，故不 再赘述。
[0024] 实施例3 :某石化1000万吨/年炼油工程码头库区五万立方原油罐区储罐基础出 现不均匀沉降，底板出现锅底状，油罐底板中心处产生较大的沉降，罐基础边缘与罐中心的 高差为232_，现发生沉降380_，沉降值向储罐四周不断减小。由于储罐基础底部的差异 沉降，使储罐存在着一定的安全隐患和使用上的不便，现需对储罐进行纠偏加固。
[0025] 如图8所示，本实施例采用聚氨酯-水泥联合注浆方法对建筑物基础进行加固和 纠偏，该方法的施工步骤如下： 【步骤一】布置聚氨酯注浆钻孔 以底板为中心环向均匀布置聚氨酯注浆钻孔2,即以油罐底板中心为圆心每5m布置一 圈聚氨酯注浆孔2,聚氨酯注浆孔2的孔间距为5m，深度为20cm，如图8所示； 【步骤二】下放聚氨酯注浆管 聚氨酯注浆孔2成孔后，校验孔位、孔深以及垂直度，均满足要求后；按孔深下放聚氨 酯注浆管，每孔布置一根聚氨酯注浆管； 【步骤三】进行聚氨酯反应原料注浆 采用聚氨酯注浆专用设备通过地基中布置的聚氨酯注浆管注射聚氨酯反应原料浆液 进入需要加固的地基中或需要纠偏的基础中；由中心沉降最大区域沿环向四周注浆，待达 到设定的基础抬升高度或者加固目标后停止注浆；所述的基础表面的抬升高度由设置的实 时观测仪器观测确定； 【步骤四】布置水泥注浆钻孔，并布置水泥注浆管 待步骤三完成至少15分钟后，沿环向在聚氨酯注浆孔2之间间隔布置水泥注浆钻孔6， 钻孔直径为50mm，深度为基础下0. 2m，水泥注浆钻孔6成孔后，插入水泥注浆管； 【步骤五】进行水泥注浆充填 采用水泥注浆专用设备通过地基中布置的水泥注浆管进行水泥注浆浆液进入需要加 固的地基中或需要纠偏的基础中和聚氨酯注浆抬升产生的孔隙；进行注浆，直至通过埋置 在基础底面的水泥注浆管进行基础下孔隙和空隙填充，待注浆压力不断升高超过IMPa后， 停止注浆； 【步骤六】注浆养护期 待到步骤五完成28天后，储罐基础加固和纠偏结束，重新投入使用，施工结束。
[0026] 本实施例采用的聚氨酯-水泥联合注浆法进行基础的加固和抬升，与【背景技术】相 t匕，本方案的优点为：①对建构筑物可进行快速精准的抬升；②良好的加固抬升效果；③施 工快捷简便，效果直观；④经济合理，大大降低了聚氨酯反应原料浆液的使用量，降低了工 程造价可达1/2-1/3。
【权利要求】
1. 一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其特征在于所述方法至少 包括如下步骤：在建筑物基础下方待加固或纠偏施工位置布置聚氨酯注浆管组，通过聚氨 酯反应原料浆液的注入，所述聚氨酯反应原料浆液发生化学反应膨胀，生成聚氨酯泡沫对 所述基础进行加固或纠偏；在距离所述聚氨酯注浆管组0. 5m?10m的环状区域内布置水泥 注浆管组，完成注浆，注入的水泥注浆浆液固化所述基础下方的地基并充填所述地基中的 孔隙和空隙后形成水泥加固体。
2. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法， 其特征在于所述聚氨酯注浆管组的布置深度为所述基础以下lm?10m之间时，所述聚氨 酯注浆管组至少由两根聚氨酯注浆管构成，所述聚氨酯注浆管出浆口之间的垂直间距为 0. 2m ?2. 0m。
3. 根据权利要求2所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于所述聚氨酯注浆管组在注浆时，各所述聚氨酯注浆管按出浆口深度位置以自下而 上的顺序依次出浆。
4. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于所述水泥注浆管组的深度为所述基础以下lm?10m之间时，所述水泥注浆管组由 至少两根水泥注浆管构成，所述水泥注浆管出浆口之间的垂直间距为lm?2m。
5. 根据权利要求4所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于所述水泥注浆管组在注浆时，各所述水泥注浆管按出浆口深度位置以自下而上的 顺序依次进行注浆。
6. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于每0. 7 m2?30. 0 m2所述基础内至少布置有一个所述水泥注浆管组。
7. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于所述水泥注浆浆液的强度、刚度和柔性与所述基础的土体相同。
8. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法，其 特征在于所述聚氨酯注浆管组上套设有柔性桩袋，所述柔性桩袋的袋口与所述聚氨酯注浆 管组的出浆口密封连接。
9. 根据权利要求1所述的一种采用联合注浆对建筑物基础进行加固和纠偏的方法， 其特征在于所述水泥注浆浆液至少在所述聚氨酯反应原料浆液注浆完成30分钟后进行注 浆。
【文档编号】E02D35/00GK104047307SQ201410313605
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】苏志鹏, 梁永辉, 梁志荣, 水伟厚, 何立军, 刘坤, 程成, 徐先坤 申请人:上海申元岩土工程有限公司, 华东建筑设计研究院有限公司