单管高压旋喷法与深层搅拌法

单管高压旋喷法与深层搅拌法加固地基对比分析周彩贵，高雄杰，彭勇刚（国家电力公司西北院工程勘察研究院，兰州730050）关键词：单管高压旋喷法；深层搅拌法；地基加固；对比分析摘要：单管高压旋喷法和深层搅拌法均为加固地基的一种工程措 施，加固机理接近，但技术难度、加固效果及造价等方面存在一定差异， 以工程实践为依托，进行较深入的对比分析。随着工程建设的发展，我国对软土层地基加固处理方法逐步趋于多样 化且处理技术越来越成熟，单管高压旋喷法和深层拌搅法则是加固软土层 地基中常见的两种工程措施。这两种方法现已广泛应用于高层建筑、公路 铁路、港口码头及水电工程基础处理中，并取得了很好的加固效果。单管高压旋喷法和深层拌搅法加固机理虽然很接近，但施工的技术难 度、机械的工作原理、加固效果及造价等方面存在一定差异，笔者以工程 实践为依托，进行较深入的对比分析，并提出一些见解。1单管高压旋喷法1. 1原理单管高压旋喷法是高压喷射注浆法之一，它是利用360度旋转高压喷 射浆流连续地对加固土体产生切割、冲击破碎和搅动作用，使注入的浆液 和土体混合凝固为新的圆柱状固结体一一水泥土，水泥土具有较强的抗压 及抗渗性能，因此，采用该工法对地基进行处理可起到强化地基和防水止渗的作用。1. 2适用范围单管高压旋喷法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、 砂土、人工回填土和碎石土等地基。可用于既有建筑和新建建筑的地基处 理、深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部加固、防止渗漏与管涌、堤坝的加 固与防水帷幕等工程。1. 3工程实例以某堤防工程采用单管高压旋喷法建造高喷防渗墙为例，简述单管高 压旋喷法施工过程及取得的防渗加固效果。该工程主要目的是提高堤坝的防洪能力，其墙体主要设计指标为最小 厚度不小于20 cm，有效厚度不小于40 cm；防渗墙渗透系数KWiXlO7 cm /s (1ViV9)；抗压强度R28N2. 0 MPa ；允许渗透比降80。设计工程 量为 3 336 m2。施工单位根据现场施工条件和先导孔揭示的地质情况采用单管高压旋 喷法作业。其理由有以下3方面：(1) 堤身、堤基由粉质壤土、砂壤土、粉质粘土以及少量的粘土组成， 适用于单管高压旋喷法作业；(2) 需处理的部位有穿堤建筑物、过堤高压线、光缆线、大桥等多处 障碍物，施工设备移位频繁，且施工空间受限制，设备最大允许高度为8m， 单管高压旋喷法施工占地少、机架低、移位方便，可满足现场条件限制；(3) 该工程工期短、质量要求高，采用单管高压旋喷法设备简单，运 输方便，进退场迅速，施工质量易于控制。为了确保工程质量，在施工前先进行生产性试验，然后根据生产性试 验的结果，确定施工参数。经试验确定的施工参数为：孔间距：0. 5 m； 孔序：分I、II、III序；水灰比：1；灌浆压力：N22MPa；浆液 流量：4555 L/min ；旋转速度：18r / min ；提升速度：18 cm/min； 喷嘴直径：2. 62. 8 mm。单管高压旋喷法施工的主要步骤：(1) 施工准备，主要包括机械设备定位准确、水电供应正常、制浆设 备及材料准备就绪；(2) 造孔；(3) 下射浆管至设计深度，同时高压泵供水，并利用喷嘴旋转喷出的 高压水流切割、扰动土体；(4) 从设计深度旋转提升射浆管，同时喷射高压水泥浆，使其与扰动 土体充分混合；(5) 旋转提升喷浆至孔口结束喷浆，清洗浆管转入下一孔施工。该工程采用单管高压旋喷法施工历时39 d，共用315个台班建造高喷 水泥土防渗墙3 341 m2，台班生产率10. 6 m2，水泥用量1 628. 24 t， 单位面积水泥耗量487 kg。防渗墙完成后进行墙体开挖和取样检测。开挖显示墙体成型规则，墙 厚2550 cm，防渗墙渗透系数K=(3. 553. 94)X10-9 cm / s；抗压 强度R28=11. 614. 7 MPa；允许渗透比降J80，墙体质量完全满足设 计要求。2深层搅拌法2. 1原理深层搅拌法加固软土层地基技术是利用水泥、石灰等材料作为固化剂 的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软土层和固化剂强 制拌和，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应，使软土 硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。2. 2适用范围深层搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承 载力标准不大于120 kPa的粘性土等地基。对高层建筑地基处理、深基坑 加固和堤坝防渗工程效果显著。2. 3工程实例同样以某另一项堤防工程为例，采用深层搅拌法建造水泥土防渗墙对 大堤进行垂直防渗处理，亦取得了很好的效果。该工程设计目的与上述工程一样，但大堤本身的抗渗性优于上述工 程，所以墙体材料的主要设计指标略有降低:墙厚30 cm；渗透系数KViXlO -ecm / s (1WiW3)；允许渗透比降J50；抗压强度、1. 0 MPa。设 计工程量为51 820 m2。由于工期短，工程量较大，施工堤段连续且无障碍物，施工单位采用 深层搅拌法，选用8台SJB型深层搅拌机、8台注浆泵和8台制浆机进行 施工。施工主要参数：水灰比0. 50. 7，浆液流量50L/min，搅拌头外径 60 cm，喷浆提升速度0. 21. 0m / min，一般控制在0. 8 cm / min以内。施工的主要步骤：(1) 设备安装、定位。按照施放的防渗墙轴线及桩位，准确安装搅拌 机，并保证其水平、稳固、定位可靠、移动方便。(2) 制备水泥浆。按水灰比0. 50. 7配制水泥浆，水泥浆搅拌采 用中高速强制式搅拌机。搅拌时，按配合比在搅拌槽中加入定量水，然 后缓缓加入定量水泥，搅拌均匀，搅拌时间约35 min。(3) 喷浆成桩。采用两喷两搅，即搅拌机喷浆下沉，喷浆提升，循环 一次完成作业。水泥浆在搅拌头旋转下与土体均匀拌和，在施工过程中， 监测水泥浆比重指标，符合要求后方可使用。通过37 d使用774个台班完成水泥土防渗墙51 846. 27 m2，台班的 生产率为67 m2。水泥耗量7 268 t，单位面积水泥耗量140 kg。防渗墙经 开挖和取样检测，最小墙厚3237 cm；防渗墙渗透系数K=2.87X106 1.05X10-8 cm / s；抗压强度、=1. 052. 84 MPa；允许渗透比降J 50，各项指标均满足设计要求。3单管高压旋喷法与深层搅拌法对比分析3. 1单管高压旋喷法与深层搅拌法的共同之处(1) 从加固机理来看，两种工法都是基于水泥加固土的物理化学反应。(2) 从加固效果来看，两种工法都可提高地基的抗渗性、稳定性及承 载力。(3) 从适用范围来看，两种工法均可适用于处理淤泥、淤泥质土、粉 土和粘性土地基，但两种工法在含有较大漂石的地基加固处理中不适用。(4) 在使用材料方面，两种工法均使用水泥和水，取材方便，并充分 利用原状土，节省材料，对水泥无特殊要求。(5) 两种工法使用的人工数量基本相同，台班需要人数约为7人。3. 2单管高压旋喷法与深层搅拌法的不同之处(1) 在施工工艺方面，单管高压旋喷法是先利用旋转下沉时喷嘴喷出 的高压水流切割、扰动土体，然后再利用旋转喷出高压浆流冲切土体并与 之拌和形成水泥土，而深层搅拌法是用搅拌机的搅拌头机械地将水泥浆和 土体强制拌和形成水泥土。相对而言，由于受地基土的影响，深层搅拌法 形成的桩体形状要规则一些。（2）在加固效果方面，由于单管高压旋喷法注浆量大，被加固土体的 吸浆量较饱和，而深层搅拌法注浆量相对较小，被加固土体的吸浆量不够 饱和，因此，一般来说单管高压旋喷桩的承载力及抗渗性要优于深层搅拌 桩。（3）在施工机械方面，单管高压旋喷法需要高压泵（一般要求40 MPa）， 设备易损坏，维修较困难，但整套设备功率较小（约70 kW），且设备巧 小，适于在工作场地狭小的地方工作，而深层搅拌法则只需中低压泵， 设备不易损坏，维修方便，但整套设备需要功率较大（约90 kW），且设 备较大，支架很高，无法适应狭小的工作场地。（4）在工程造价方面，深层搅拌法要低廉得多。仅水泥耗量深层搅拌 法是单管高压旋喷法的1/4左右。一般来说，在设计指标相同的前提下， 深层搅拌法的单价是单管高压旋喷法单价的1 / 31 / 5。（5）在成桩质量方面，深层搅拌法易因地层的影响而使下部桩位发生 偏移，桩体的垂直度难以保证，而单管高压旋喷法是先钻孔，孔斜度易控 制，因而桩体的垂直度可得到保证。（6）施工效率不同。单管高压旋喷法是独立成桩，而深层搅拌法则已 由单轴发展为双轴、三轴甚至六轴，后者的施工效率是前者的38倍。（7）从节约的角度讲，深层搅拌法可大大节省材料用量，所使用的水 泥可全部用于工程本身，基本没有不必要的浪费，而单管高压旋喷法则有 约20%的返浆，回收利用需要更大的投入，不回收利用则造成很大的浪费。(8) 从环保角度讲，深层搅拌法更清洁，基本没有返浆或返浆很少， 而单管高压旋喷法则有大量返浆，对施工现场的污染较大。4结语综上所述，单管高压旋喷法和深层搅拌法都是很好的地基加固工程措 施，技术成熟，应用面广泛。当大范围进行地基加固、工期要求短、加固标准相对不高时采用深层 搅拌法较适宜，而当进行局部或小范围地基处理、加固标准相对较高、施 工场地狭小时，则采用单管高压旋喷法更为有利。