高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

刘梓初

广州市番禺区河涌管理所511400

摘要：高压喷射灌浆技术具有适应土层范围广、工程造价较低、施工灵活便捷等优点，因而获得广泛应用。本文结合泵站地基基础的处理，对高压喷射灌浆技术的加固机理、技术类型、适用范围、施工流程与方法进行了分析。

关键词：高压喷射灌浆；泵站；地基基础

高压喷射灌浆技术是目前应用广泛的一种地基基础处理技术，通过高压水（浆液）形成的高速射流，冲切、搅动、破碎地层土体，并与水泥基质浆液拌合，形成具有一定强度的水泥土固结体。由于施工便捷、造价较低，故在水利、电力、化工、冶金、建筑、交通等行业获得良好应用，它也是泵站地基基础处理的常用技术之一，本文结合工程应用进行了分析和总结。

1高压喷射灌浆加固机理、技术类型与适用范围

1.1加固机理

高压喷射灌浆加固地基一般分为钻机预成孔和喷射加固两个阶段。通过钻孔使喷射头达到预定深度，再以高压水（浆）形成的高压射流冲击、破坏土体。由于射流能量集中在很小区域，作用力大，再加上气、水（浆）同轴射流的协同作用，土体被破坏后迅速被气流冲散，加大了破坏力。另一方面，射流对土体还有压密作用，尤其是对黏性土的压密效果更为突出。水泥是水硬性胶凝材料，其中的硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙等矿物成分与水发生水化反应和胶凝化反应，在硬化的同时也把土粒胶结在一起。水泥完全水化的过程非常缓慢，但部分水化胶结已使固结体有相当的强度，水泥与黏性土形成的固结体抗压强度可达5～10MPa，与砂类土或砂砾形成固结体抗压强度达到5～20MPa。由于固结体内的空隙之间并不贯通，且固结体外部有一层致密的硬壳，所以固结体渗透系数较小（10-5～10-7cm/s），加固处理的地基有较好的防渗性能。同时固结体化学稳定性较好，加固体的抗冻、抗干湿循环能力较强[1]。

1.2技术类型

按注浆管类型或工法型式，高压喷射灌浆分为单管法、双管法、三管法和多管法。单管法就是一个浆液管，双管法包括一个浆液管和一个气管，三管法包括浆液管、气管和水管各一，多管法在三管法的基础上增加抽泥浆管。按喷射方式及固结体性状，高压喷射灌浆又可分为旋喷、定喷、摆喷三种类型，旋喷形成的固结体为圆柱状，定喷形成的固结体为板状或壁状，摆喷形成的固结体为扇状。

1.3适用范围

旋喷法有利于提高土体的抗剪强度和抵抗变形的能力，所以主要用于加固地基，适合的地层包括粉土、砂土、砾石、卵石或碎石。定喷法和摆喷法多用于基坑防渗、稳定边坡等场合，其中定喷法适于粉土和砂土，摆喷法适于地层同旋喷法。单管法适于加固软土地基及淤泥地层的桩间止水等场合。双管法主要用于加固软土地基及对粉土、砂土、砾石土等地层进行防渗加固。三管法用于加固除淤泥地基以外的软土地基，以及对砂土、砾石土等地层进行防渗加固。此外，高压喷射灌浆还可与其他防渗加固技术结合，扩展其适用性，例如高压旋喷桩与深层搅拌桩结合作地基防渗加固；若在旋喷桩内下放钢筋笼，可形成类似地下连续墙效果的连续防渗墙，可用于软弱地层的防渗加固[2]。

2高压喷射灌浆技术在泵站地基基础处理中的应用

2.1工程概况

某泵站紧邻珠江支流河道和入海口，地层由上至下依次为杂填土（0～4m）、淤泥质土/粉质砂土（4～16m）、砂土/粉质砂土（16m以下）、强风化砂岩（25m以下）、中风化砂岩（29.6m以下）。因地下水位浅，地基土处于饱水状态。泵基础原设计采用φ300mm和φ400mm预制管桩，其中φ300管桩长25m，φ400管桩长29.6m。由于φ300管桩桩端仅及砂土、粉质砂土层，没有进入持力层，在海水潮汐、饱水地基土、载荷作用等综合因素影响下，泵基础及管线支墩出现下沉、开裂和不均匀沉降现象，已威胁到设备的正常运转，所以必须对沉降的地基基础进行加固处理。

2.2加固方案

由于该泵站还在运行之中，为了不影响泵站的运行，加固处理必须在保证设备安全运行的前提下进行。提出多个方案进行比较，最后选用高压旋喷桩和高压注浆的方案。考虑到φ400管桩已进入持力层，并且当前沉降量较小，所以不做加固处理，而对φ300管桩采用高压旋喷桩进行加固，具体方法是在该规格管桩两侧各布置1根斜向旋喷桩，要求插入管桩下部，且进入持力层，单桩长度29.6m，设计桩径φ600mm。对于因场地条件限制无法布置高压旋喷桩的泵、管基础，则采用高压注浆方式进行加固。本文主题是高压喷射灌浆技术，所以下面不讨论高压注浆技术。

2.3施工流程

本工程采用单管法高压旋喷桩技术，施工程序为：施工准备→试桩→工艺参数确定→桩位测量→钻机就位→成孔（插管）、制浆→喷射作业（拔管）→冲洗。

2.4施工方法

2.4.1施工准备

准备工作包括人员、技术、材料、设备等方面的准备。人员准备的任务是挑选由专业的技术人员和熟练的施工人员组成的高压旋喷桩施工团队，技术准备包括施工方案的制定、质量安全计划编制、人员培训等内容。材料设备准备包括水泥棚、泥浆池、排污沟的建设以及机械设备的检验、维护等工作。

2.4.2试桩与工艺参数确定

由于原地勘钻孔深度较浅，未揭露到持力层，所以需要通过试桩准确掌握场区土层埋深和持力层深度；另外为了向施工人员提供准确的工艺参数，也需要试桩。经过试桩，确定水泥为P.O32.5R，水泥浆的水灰比为1：1（浆液比重为1.49），浆压23MPa，（注浆管）提升速度20cm/min，旋转速度15～20r/min，喷嘴口径2.5mm，流量80L/min（水泥用量259kg/m），桩径φ600mm，孔深29.6m。试样单轴抗压强度为4.7～26.3MPa，超过设计强度2.0MPa要求。

2.4.3桩位测量

按照设计要求，先采用全站仪放出控制桩，再使用钢卷尺、线绳放出单桩位置，并立小木桩为标记，若为水泥地面则使用红油漆做标记。

2.4.4钻机就位

钻机就位后，按设计要求进行定位。仔细调校钻杆方位与角度，控制孔位偏差不超过±20mm，角度偏差不超过1%。

2.4.5成孔（插管）

基于地基土层较软的特点，采用76型振动钻机自成孔施工，并将注浆管钻进强风化岩。

2.4.6制浆

在喷浆前1h制浆，并一直保持搅拌状态至喷完浆。制水泥浆时，要先加水，后加水泥，搅拌时间不少于2min。使用前须过筛，防止水泥硬块或其他杂质堵塞喷嘴。

2.4.7喷射作业（拔管）

喷管插到设计深度后，由下至上喷射，并控制旋转提升的速度与注浆流量，同时利用自动记录仪做好记录。

2.4.8冲洗

喷射完毕，拔出注浆管，用清水将泥浆泵、注浆管内的浆液洗净。

2.5加固效果

从施工开始，每半月观测1次沉降，共观测4次。施工结束观测3次，分别在第1、3、6个月末。施工过程中沉降值由正变负，表明有轻微抬升，以后变形逐步变小并趋于稳定，取得较好的加固效果。

3结语

地基处理方法很多，然而高压喷射灌浆技术以其良好的适应性、施工便捷性而获得非常广泛的应用。该项技术用于泵站工程以防渗加固居多，但处理地基沉降也能发挥很好的作用，尤其是饱和淤泥质土和饱和砂土地基的处理。本文所举案例可为同类工程提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]陈昌富，葛忻声，吴曙光，等.地基处理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2010.

[2]王海忠.高压旋喷钢筋桩在软弱地层中的研究应用[J].山西水利，2014（4）：42-43.