高壓定噴及擺噴在施工圍封中技術經濟比較

摘要：首先分析了高壓噴射法的技術原理，并介紹了高壓噴射法在實行工程中的應用，針對大瀝口排澇站施工過程中采用的定噴及擺噴方案進行技術經濟比較。

Abstract： This paper analyzes the technical principles of the method of the jet grouting， and describe the use in proper project of the very method. And a compare between fixed grouting and swing grouting in Dali drainage pumping station were made to tell which method are more technical and economical.

關鍵詞：圍封 定噴 擺噴 防滲

1高壓噴射灌漿技術

高壓噴射法的技術原理是利用工程鉆機鉆孔至設計的土層深度后，采用高壓泥漿泵通過安裝在鉆桿底部的特殊噴嘴，向周邊土體或砂層高壓噴射固化漿液，同時鉆桿且以一定的速度邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內的土體結構破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體。

高壓噴射法一般分為旋轉噴射（簡稱旋噴），定向噴射（簡稱定噴）和擺動噴射（簡稱擺噴）。旋噴樁主要用于軟弱土層加固地基，包括第四紀沖積層、殘積層以及人工筑填土等，對砂土、粘性土、黃土及淤泥質土等地層，效果較好。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件等工程，該技術用于土壩壩基防滲，也可用于松散地層的防滲堵滲、截潛流和臨時性圍堰等工程；對含有大粒徑的砂礫石地層，可實現漿液包裹作用。因此，不僅粘性土層、砂層中可用，在砂礫卵石層中也可用，可彌補劈裂灌漿、深層攪拌樁等垂直防滲技術不能處理砂礫石地層的缺陷。

2工程實例

2.1工程概況

大瀝口排澇站址地質情況，經鉆探揭示為人工填土層、粉質粘土層、細砂層、粗砂層和下伏基巖。泵房為堤后式，基礎開挖較深，且挖穿粉質粘土層進入細砂層，施工基坑需防滲處理，考慮到排澇站建基面下砂層較厚，設計采用高壓定噴圍封方案。

2.2設計定噴方案

根據高壓定噴圍封防滲處理方案，施工單位在大瀝口排澇站左側進行高壓定噴圍井試驗，圍井試驗在造孔過程中，對地質進行抽芯取樣，取了3個樣，發現底部粗砂層含有少量卵礫石。在圍井內用抽水機做抽水試驗時發現滲水量較大，經過反復多次抽水試驗都無法有效降低地下水位，表明圍封效果較差；為了查明定噴的有效長度和厚度，增加做了一個試驗孔，定噴完成7天后，開挖出來成墻最厚約12cm，最薄約2cm，因此推測在含有卵礫石的粗砂層可能出現薄弱處或可能成墻不連續，導致漏水較嚴重，定噴圍封不成功。

根據原地質勘查報告及試驗過程所反映的問題和現場察看的地質鉆探取出的巖芯情況表明，在下部粗砂層的確存在少量卵礫石，根據《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范》中各種形式高噴墻的適用條件：定噴和小角度擺噴適用于粉土和砂土地層，大角度擺噴適用于各種地層（特別是卵礫石層）。高壓定噴灌漿方案是出于節約成本的考慮，但由于底部砂層含少量卵礫石的存在（處于臨界條件），根據試驗情況，實際高壓定噴灌漿方案達不到預期效果，需要修改設計方案。

2.3 設計擺噴方案

由于圍封效果直接影響大瀝口排澇站基坑開挖的成敗，非常關鍵，結合現場地質情況綜合考慮將原高壓定噴圍封改為高壓擺噴圍封方案。

高壓定（擺）噴注漿孔孔距計算參考《地基處理與基坑支護工程》（中國地質大學出版社）高壓定（擺）噴地面最大孔距計算公式：

式中：L0—噴射板墻有效長度，參考《高壓噴射注漿施工操作技術規程》（HT/T20691-2006）并結合實際施工經驗，砂礫中擺噴板墻有效長度L0=1.0，定噴L0=1.05；

H—鉆孔設計深度，H=21.50m；

θ—噴射方向與噴射孔連線的夾角，定噴θ=0°，擺噴θ=15°；

λ—鉆孔垂直度偏差，按《高壓噴射灌漿規范》（DL/T5200-2004）取值為1%；

計算得高壓擺噴最大孔距為1.52m，為確保有效搭接，根據相關類似工程的經驗，試驗孔距實際取1.50m。

為了驗證高壓擺噴灌漿在本次圍封實施的可行性與高壓擺噴灌漿在該土質中成墻后的滲透性和成墻的有效長度及樁間搭接效果，最終確定正常施工的施工參數，施工方進行圍井試驗。圍井由4根樁構成，采用三管法高壓擺噴灌漿工藝，折線連接，夾角15°，擺角35°，間距1.5m。底部進入相對不透水層1.0m，頂部至地面。之后進行注水試驗。依據現場圍井試驗數據及設計基坑高程數據計算得出滲透系數為k=2.16×10-5cm/s。

定噴完成7天后，圍井內外側開挖2m。從上部2m墻體來看，墻體噴射的半徑長度不均勻，最長半徑可達1.2m，最短的僅有0.7m，較短半徑部位墻體搭接不充分。墻體最小厚度8～10cm，最厚部位25cm左右。墻體呈青灰色，強度較高。試驗結果基本可以滿足現行規范要求，但并不十分理想，考慮到基礎圍封范圍較大，試驗僅是局部一個點，而且所選的孔距為1.5m， 接近計算的理論值，考慮到施工操作的偏差，泵房部位基礎開挖深度較其它部位深，形成水頭大，施工工期較其它部位要長，且從圍井試驗看，防滲墻體可能存在局部搭接不充分問題，故為提高泵房部位圍封搭接的保證率，將泵房部分的高壓擺噴灌漿孔距縮短10cm，定為1.4m，其它開挖深度較淺部位的高壓擺噴灌漿孔距仍為1.5m。

2.4 各方案投資比較

大瀝口排澇站圍封方案設計工程量及建安工程費詳見下表，工程單價按照投標合同單價進行計算比較。

表2-1大瀝口排澇站圍封方案設計工程量及建安工程費比較表

項目

工程量（m）

單價（元）

合價（萬元）

一

高壓定噴防滲方案

1

高壓定噴樁鉆孔深度（土層）

3624.00

88.10

31.93

2

高壓定噴樁灌漿深度（土層）

1126.00

244.56

27.54

3

高壓定噴樁鉆孔深度（砂層）

5954.00

92.27

54.94

4

高壓定噴樁灌漿深度（砂層）

5954.00

235.97

140.50

合價

254.90

二

高壓擺噴防滲方案

1

高壓擺噴樁鉆孔深度（土層）

3624.00

88.10

31.93

2

高壓擺噴樁灌漿深度（土層）

1126.00

318.36

35.85

3

高壓擺噴樁鉆孔深度（砂層）

5954.00

92.27

54.94

4

高壓擺噴樁灌漿深度（砂層）

5954.00

296.19

176.35

合價

299.06

由上表可知，大瀝口排澇站圍封原高壓定噴防滲方案建安工程費為254.90萬元，變更后高壓擺噴防滲方案建安工程費為299.06萬元，工程土建投資相對原設計方案增加了44.16萬元。

3結論

基坑圍封是基礎施工能否順利進行的關鍵，如基礎底部砂層中含少量卵礫石的的情況，必須采取實際可行的方案徹底解決基坑滲水問題。高壓定噴防滲方案較為經濟，但可能出現薄弱處或可能成墻不連續，導致漏水較嚴重；高壓擺噴防滲方案面對大粒徑卵礫石層防滲較果相對較好，但相應該投資稍大。

參考文獻

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