论文部分内容阅读
摘 要：目前，高压喷射注浆法在我国建筑业被普遍应用，发挥着越来越重要的作用。本文主要分析了高压喷射注浆技术的作用机理以及基本类型，并概述了此技術在码头工程中的具体应用。
关键词：码头；施工；高压；喷射；注浆
中图分类号：TU74 文献标识码：A
高压喷射注浆法是一项兴起于二十世纪七十年代的土体加固技术。高压喷射注浆法因为其众多优点，成为了软土地基加固处理中广泛应用的一种技术，因此常常用于码头和港口工程的土层加固或防水中。适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、黄土、素填土、碎石土、流塑、软塑或可塑黏性土等土质的地基。能有效增加地基强度，防止砂土液化，降低土的含水量，防止洪水的冲刷。
一、高压喷射注浆技术简介
高压喷射注浆技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进入土层后，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或墙体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的。这种技术具有众多优点：适用范围广，施工简便，能有效控制固结体形状，提高桩体强度，喷射方式灵活，耐久性好，加固效果明显，用料低廉，并且生产安全，是一种广泛应用于码头工程的无公害施工技术。
（一）加固机理
高压喷射流切割破坏土体作用：喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构遭到破坏出现空洞。
混合搅拌作用：钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。
置换作用：三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。
充填、渗透固结作用：高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。
压密作用：高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。
（二）高压喷射注浆的基本类型
高压喷射有旋喷(固结体为圆柱状)、定喷(固结体为壁状)和摆喷(固结体为扇状)等三种基本形状，高压喷射注浆所用的喷射流共有三种：
单管喷射流为单一的高压水泥浆喷射流。用于加固软土地基、淤泥地层中的桩间止水，已有建筑物纠偏及地基加固等。
双管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流，组成为复合式高压喷射流。主要用来加固软土地基及粉土、砾石、卵石等地层的防渗加固。
三重管喷射流由高压水喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流组成，亦称为复合式高压喷射流。这个主要用于加固除淤泥地层以外的软土地基，以及粉土、各类砂土地层的防渗加固。
因为上面提到的三种喷射流的结构和喷射介质有所区别，处理长度也不同，它们的长度排次为：三管法＞双管法＞单管法。
实践表明，旋喷形式可采用上述三种方法中的任何一种。而定喷和摆喷注浆最常用的则是双管法和三管法。
二、高压喷射注浆施工
高压喷射注浆的施工要结合工程地质及实际情况，来确定三种方法中的一种合适的方法。
（一）施工前的准备
1.现场准备
对照设计图纸核实设计孔位处有无妨碍施工和影响安全的障碍物。一旦遇到应与相关单位协商解决；码头后方搭设l小型临时仓库，存放水泥等材料；根据现场地形情况，将灌注桩后侧素填土，挖至灌注桩外侧，填至设计水位+1．54m左右，露出灌注桩及旋喷桩桩位，后侧土亦挖至该标高形成一条顺岸的施工槽；使用36号槽钢，搭设桩机导轨平台；在施工现场接通水电。
2.主要机械设备准备
选择适合具体工程的机械设备，确定是用单管、二重管还是三重管旋喷桩机。在设备进场后，对其进行调试和检验。另外，再配置适合的其他如水泥搅拌机和地质钻机，泥浆泵等其他机械。如果设备的工作状态良好，能保证正常施工即可。
（二）施工工艺
采用由西往东的施工顺序。工艺流程：钻机就位——钻机开孔、插管、浆液配置——喷射注浆——移动机具——进入下一孔施工。
（三）测量定孔位、钻机就位
严格按照设计放样定孔位，其误差控制在5cm之内。调整导轨位置，将钻机移至放样定位孔的上方。其余设备放于后方适当位置，尽量减少移动次数。
（四）钻机开孔、插管
1.钻机成孔
钻机施工前，首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后，开始引孔钻进。钻孔过程中详细记录钻杆节数，保证钻孔深度的准确性。钻进过程中，遇到异常情况先查明原因，再采取适当措施。详细记录地层变化、颗粒大小不一和硬度变化等情况。钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后移位至下个孔钻进。
2.插管
根据钻机至桩底的深度，准备适当数量的注浆管。将注浆管插入桩孔底部-5．2m处，如果遇到插入困难时，可先用稀水泥浆送浆，边送浆边旋转直至插入孔底。为防止泥砂堵塞喷嘴，注浆口用胶布封住。
（五）浆液配置
所有配料水泥首先过筛，按水灰比1：1进行单桶配料并搅拌成浆，当搅拌均匀后将其抽入泥浆桶，并进行二次过滤，筛网孔径不大于2mm，以防止粗颗粒混入堵塞喷嘴。浆液采用高速搅拌机搅拌，必须连续均匀，搅拌时间不小于30s，一次搅拌使用时间控制在4h以内。在制浆过程中随时测量浆液密度，每孔高压旋喷灌浆结束后统计该孔的材料用量。
（六）喷射注浆
1.自下而上喷射注浆
插管完毕后，即可进行喷射注浆，开启高压泵，缓慢向孔内送浆，待一切正常后，稳定泵压与泵量，并在原位旋转喷浆30秒，使浆液能完全达到孔底。喷射时应在达到预定喷射压力和喷浆量后再逐渐提升浆管，由下而上进行旋喷注浆，注浆管应分段提升，搭接长度不小于10cm，当旋转提升至孔口0．5m时停止喷浆，终止作业，喷嘴旋转速度控制在20r／min，提升速度控制在15-25(cm／min)，遇土层变化时适当调整上述参数。
2.冒浆回灌
高喷施工过程中应仔细检查冒浆时的变化。冒浆量小于20％者为正常现象。超过20％或完全不冒浆时，应做好记录并寻找原因。旋喷完毕后应及时向孔内补浆直至浆液面不再下沉为止。
3.冲洗机具
当喷射提升到桩顶设计标高＋0.1m后，旋喷作业即告结束，此时迅速拔除注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。
（七）钻机移位
把钻机、喷浆设备移到新桩位上，重复上述施工程序。旋喷桩共142根，由于码头都是在水边施工，受潮水影响，每天不能24小时开工，施工能力为8～12根／d，15日完成。
三、提高注浆质量的对策
在注浆的过程中，需要控制好相关因素，才能有效提高防渗墙的施工质量。
（一）分序灌浆
每排孔宜分2部施工，相邻孔高喷灌浆必须要在24h完成，如此，既能有效避免孔间串浆，又能提高高压喷射凝结体间的搭接质量，形成“焊接式连接”。
（二）控制喷射方向和喷射摆角
目前经常用到的是按孔序采用地质罗盘控制方位，根据设计要求适当加大摆角来填补高喷管的变形、扭曲引起的摆角偏小等问题。具体有效的方法就是在钻机回转装置上增设机械方位角锁定装置，通过机械连杆曲柄机构或液压无触点换向摆动机构来控制好摆角的稳定，尽量减小人为因素引起的控制偏差。
（三）控制提升速度
目前经常使用到的方法是通过测定孔口返浆密度和返浆量，来控制提升速度。高喷机应设置自动测定提升速度的仪器装置，在方便调整提升速度的同时，减小控制误差。
（四）控制输浆量
主要通过控制孔口返浆量和返浆密度来达到控制输浆量的目的。当发现孔内漏浆或返浆密度变小，无法满足设计要求时，可通过降低提升速度或原位灌浆的方式加大输浆量或加大浆液密度，严重漏浆时可添加凝结剂或者增加堵漏材料。
（五）控制喷射参数
高喷机宜加设注浆参数监测仪，实时监测和显示提升速度、旋摆速度和注浆量的大小。水压、气压、浆压通过各自的压力表显示，最好采用信号采集的方式集中显示。以方便操作者和技术人员实时控制各喷射参数，确保高压喷射注浆质量。
参考文献：
[1]徐至钧，全科政．高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004．
[2]叶书麟，韩杰，叶观宝．地基处理与托换技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1994(2)．322—353
[3]陈跃虎．地基与基础工程施工技术[M].北京：机械工业出版社．2003．53-56．
作者简介:
班克成(1972-)，男，广西钦州人，工程师，主要从事水运工程管理工作。
关键词：码头；施工；高压；喷射；注浆
中图分类号：TU74 文献标识码：A
高压喷射注浆法是一项兴起于二十世纪七十年代的土体加固技术。高压喷射注浆法因为其众多优点，成为了软土地基加固处理中广泛应用的一种技术，因此常常用于码头和港口工程的土层加固或防水中。适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、黄土、素填土、碎石土、流塑、软塑或可塑黏性土等土质的地基。能有效增加地基强度，防止砂土液化，降低土的含水量，防止洪水的冲刷。
一、高压喷射注浆技术简介
高压喷射注浆技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进入土层后，以高压把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，达到与原位软土的充分混合，发生等离子交换和团粒化反应，形成稳定的、具有一定强度的桩体或墙体，与周围土体一起组成半柔半刚性复合地基，使地基承载力得以明显提高，变形得以变小，从而达到抑制地基沉降的目的。这种技术具有众多优点：适用范围广，施工简便，能有效控制固结体形状，提高桩体强度，喷射方式灵活，耐久性好，加固效果明显，用料低廉，并且生产安全，是一种广泛应用于码头工程的无公害施工技术。
（一）加固机理
高压喷射流切割破坏土体作用：喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构遭到破坏出现空洞。
混合搅拌作用：钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。
置换作用：三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。
充填、渗透固结作用：高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。
压密作用：高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。
（二）高压喷射注浆的基本类型
高压喷射有旋喷(固结体为圆柱状)、定喷(固结体为壁状)和摆喷(固结体为扇状)等三种基本形状，高压喷射注浆所用的喷射流共有三种：
单管喷射流为单一的高压水泥浆喷射流。用于加固软土地基、淤泥地层中的桩间止水，已有建筑物纠偏及地基加固等。
双管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流，组成为复合式高压喷射流。主要用来加固软土地基及粉土、砾石、卵石等地层的防渗加固。
三重管喷射流由高压水喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流组成，亦称为复合式高压喷射流。这个主要用于加固除淤泥地层以外的软土地基，以及粉土、各类砂土地层的防渗加固。
因为上面提到的三种喷射流的结构和喷射介质有所区别，处理长度也不同，它们的长度排次为：三管法＞双管法＞单管法。
实践表明，旋喷形式可采用上述三种方法中的任何一种。而定喷和摆喷注浆最常用的则是双管法和三管法。
二、高压喷射注浆施工
高压喷射注浆的施工要结合工程地质及实际情况，来确定三种方法中的一种合适的方法。
（一）施工前的准备
1.现场准备
对照设计图纸核实设计孔位处有无妨碍施工和影响安全的障碍物。一旦遇到应与相关单位协商解决；码头后方搭设l小型临时仓库，存放水泥等材料；根据现场地形情况，将灌注桩后侧素填土，挖至灌注桩外侧，填至设计水位+1．54m左右，露出灌注桩及旋喷桩桩位，后侧土亦挖至该标高形成一条顺岸的施工槽；使用36号槽钢，搭设桩机导轨平台；在施工现场接通水电。
2.主要机械设备准备
选择适合具体工程的机械设备，确定是用单管、二重管还是三重管旋喷桩机。在设备进场后，对其进行调试和检验。另外，再配置适合的其他如水泥搅拌机和地质钻机，泥浆泵等其他机械。如果设备的工作状态良好，能保证正常施工即可。
（二）施工工艺
采用由西往东的施工顺序。工艺流程：钻机就位——钻机开孔、插管、浆液配置——喷射注浆——移动机具——进入下一孔施工。
（三）测量定孔位、钻机就位
严格按照设计放样定孔位，其误差控制在5cm之内。调整导轨位置，将钻机移至放样定位孔的上方。其余设备放于后方适当位置，尽量减少移动次数。
（四）钻机开孔、插管
1.钻机成孔
钻机施工前，首先在地面进行试喷，在钻孔机械试运转正常后，开始引孔钻进。钻孔过程中详细记录钻杆节数，保证钻孔深度的准确性。钻进过程中，遇到异常情况先查明原因，再采取适当措施。详细记录地层变化、颗粒大小不一和硬度变化等情况。钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后移位至下个孔钻进。
2.插管
根据钻机至桩底的深度，准备适当数量的注浆管。将注浆管插入桩孔底部-5．2m处，如果遇到插入困难时，可先用稀水泥浆送浆，边送浆边旋转直至插入孔底。为防止泥砂堵塞喷嘴，注浆口用胶布封住。
（五）浆液配置
所有配料水泥首先过筛，按水灰比1：1进行单桶配料并搅拌成浆，当搅拌均匀后将其抽入泥浆桶，并进行二次过滤，筛网孔径不大于2mm，以防止粗颗粒混入堵塞喷嘴。浆液采用高速搅拌机搅拌，必须连续均匀，搅拌时间不小于30s，一次搅拌使用时间控制在4h以内。在制浆过程中随时测量浆液密度，每孔高压旋喷灌浆结束后统计该孔的材料用量。
（六）喷射注浆
1.自下而上喷射注浆
插管完毕后，即可进行喷射注浆，开启高压泵，缓慢向孔内送浆，待一切正常后，稳定泵压与泵量，并在原位旋转喷浆30秒，使浆液能完全达到孔底。喷射时应在达到预定喷射压力和喷浆量后再逐渐提升浆管，由下而上进行旋喷注浆，注浆管应分段提升，搭接长度不小于10cm，当旋转提升至孔口0．5m时停止喷浆，终止作业，喷嘴旋转速度控制在20r／min，提升速度控制在15-25(cm／min)，遇土层变化时适当调整上述参数。
2.冒浆回灌
高喷施工过程中应仔细检查冒浆时的变化。冒浆量小于20％者为正常现象。超过20％或完全不冒浆时，应做好记录并寻找原因。旋喷完毕后应及时向孔内补浆直至浆液面不再下沉为止。
3.冲洗机具
当喷射提升到桩顶设计标高＋0.1m后，旋喷作业即告结束，此时迅速拔除注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。
（七）钻机移位
把钻机、喷浆设备移到新桩位上，重复上述施工程序。旋喷桩共142根，由于码头都是在水边施工，受潮水影响，每天不能24小时开工，施工能力为8～12根／d，15日完成。
三、提高注浆质量的对策
在注浆的过程中，需要控制好相关因素，才能有效提高防渗墙的施工质量。
（一）分序灌浆
每排孔宜分2部施工，相邻孔高喷灌浆必须要在24h完成，如此，既能有效避免孔间串浆，又能提高高压喷射凝结体间的搭接质量，形成“焊接式连接”。
（二）控制喷射方向和喷射摆角
目前经常用到的是按孔序采用地质罗盘控制方位，根据设计要求适当加大摆角来填补高喷管的变形、扭曲引起的摆角偏小等问题。具体有效的方法就是在钻机回转装置上增设机械方位角锁定装置，通过机械连杆曲柄机构或液压无触点换向摆动机构来控制好摆角的稳定，尽量减小人为因素引起的控制偏差。
（三）控制提升速度
目前经常使用到的方法是通过测定孔口返浆密度和返浆量，来控制提升速度。高喷机应设置自动测定提升速度的仪器装置，在方便调整提升速度的同时，减小控制误差。
（四）控制输浆量
主要通过控制孔口返浆量和返浆密度来达到控制输浆量的目的。当发现孔内漏浆或返浆密度变小，无法满足设计要求时，可通过降低提升速度或原位灌浆的方式加大输浆量或加大浆液密度，严重漏浆时可添加凝结剂或者增加堵漏材料。
（五）控制喷射参数
高喷机宜加设注浆参数监测仪，实时监测和显示提升速度、旋摆速度和注浆量的大小。水压、气压、浆压通过各自的压力表显示，最好采用信号采集的方式集中显示。以方便操作者和技术人员实时控制各喷射参数，确保高压喷射注浆质量。
参考文献：
[1]徐至钧，全科政．高压喷射注浆法处理地基[M].北京：机械工业出版社，2004．
[2]叶书麟，韩杰，叶观宝．地基处理与托换技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1994(2)．322—353
[3]陈跃虎．地基与基础工程施工技术[M].北京：机械工业出版社．2003．53-56．
作者简介:
班克成(1972-)，男，广西钦州人，工程师，主要从事水运工程管理工作。