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單管高壓旋噴法與深層攪拌法加固地基對(duì)比分析

發(fā)布時(shí)間:2010-01-14 共1頁(yè)

  隨著工程建設(shè)的發(fā)展,我國(guó)對(duì)軟土層地基加固處理方法逐步趨于多樣化且處理技術(shù)越來(lái)越成熟,單管高壓旋噴法和深層拌攪法則是加固軟土層地基中常見(jiàn)的兩種工程措施。這兩種方法現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高層建筑、公路鐵路、港口碼頭及水電工程基礎(chǔ)處理中,并取得了很好的加固效果。
  單管高壓旋噴法和深層拌攪法加固機(jī)理雖然很接近,但施工的技術(shù)難度、機(jī)械的工作原理、加固效果及造價(jià)等方面存在一定差異,筆者以工程實(shí)踐為依托,進(jìn)行較深入的對(duì)比分析,并提出一些見(jiàn)解。 
  1 單管高壓旋噴法
  1.1 原 理
  單管高壓旋噴法是高壓噴射注漿法之一,它是利用360度旋轉(zhuǎn)高壓噴射漿流連續(xù)地對(duì)加固土體產(chǎn)生切割、沖擊破碎和攪動(dòng)作用,使注入的漿液和土體混合凝固為新的圓柱狀固結(jié)體——水泥土,水泥土具有較強(qiáng)的抗壓及抗?jié)B性能,因此,采用該工法對(duì)地基進(jìn)行處理可起到強(qiáng)化地基和防水止?jié)B的作用。
  1.2 適用范圍
  單管高壓旋噴法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、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處理、深基坑側(cè)壁擋土或擋水、基坑底部加固、防止?jié)B漏與管涌、堤壩的加固與防水帷幕等工程。
  1.3 工程實(shí)例
  以某堤防工程采用單管高壓旋噴法建造高噴防滲墻為例,簡(jiǎn)述單管高壓旋噴法施工過(guò)程及取得的防滲加固效果。
  該工程主要目的是提高堤壩的防洪能力,其墻體主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為最小厚度不小于20 cm,有效厚度不小于40 cm;防滲墻滲透系數(shù)K≤i×10-7 cm/s(1<i<9);抗壓強(qiáng)度R28≥2.0 MPa;允許滲透比降>80。設(shè)計(jì)工程量為3 336 m2。
  施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和先導(dǎo)孔揭示的地質(zhì)情況采用單管高壓旋噴法作業(yè)。其理由有以下3方面:
  (1)堤身、堤基由粉質(zhì)壤土、砂壤土、粉質(zhì)粘土以及少量的粘土組成,適用于單管高壓旋噴法作業(yè);
  (2)需處理的部位有穿堤建筑物、過(guò)堤高壓線(xiàn)、光纜線(xiàn)、橋等多處障礙物,施工設(shè)備移位頻繁,且施工空間受限制,設(shè)備最允許高度為8m,單管高壓旋噴法施工占地少、機(jī)架低、移位方便,可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)條件限制;
  (3)該工程工期短、質(zhì)量要求高,采用單管高壓旋噴法設(shè)備簡(jiǎn)單,運(yùn)輸方便,進(jìn)退場(chǎng)迅速,施工質(zhì)量易于控制。
  為了確保工程質(zhì)量,在施工前先進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn),然后根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)的結(jié)果,確定施工參數(shù)。經(jīng)試驗(yàn)確定的施工參數(shù)為:①孔間距:0.5 m;②孔序:分I、II、III序;③水灰比:1;④灌漿壓力:≥22MPa;⑤漿液流量:45~55 L/min;⑥旋轉(zhuǎn)速度:18r/min;⑦提升速度:18 cm/min;⑧噴嘴直徑:2.6~2.8 mm。
單管高壓旋噴法施工的主要步驟:
  (1)施工準(zhǔn)備,主要包括機(jī)械設(shè)備定位準(zhǔn)確、水電供應(yīng)正常、制漿設(shè)備及材料準(zhǔn)備就緒;
  (2)造孔;
  (3)下射漿管至設(shè)計(jì)深度,同時(shí)高壓泵供水,并利用噴嘴旋轉(zhuǎn)噴出的高壓水流切割、擾動(dòng)土體;
  (4)從設(shè)計(jì)深度旋轉(zhuǎn)提升射漿管,同時(shí)噴射高壓水泥漿,使其與擾動(dòng)土體充分混合;
  (5)旋轉(zhuǎn)提升噴漿至孔口結(jié)束噴漿,清洗漿管轉(zhuǎn)入下一孔施工。
  該工程采用單管高壓旋噴法施工歷時(shí)39 d,共用315個(gè)臺(tái)班建造高噴水泥土防滲墻3 341 m2,臺(tái)班生產(chǎn)率10.6 m2,水泥用量1 628.24 t,單位面積水泥耗量487 kg。
  防滲墻完成后進(jìn)行墻體開(kāi)挖和取樣檢測(cè)。開(kāi)挖顯示墻體成型規(guī)則,墻厚25~50 cm,防滲墻滲透系數(shù)K=(3.55~3.94)×10-9 cm/s;抗壓強(qiáng)度R28=11.6~14.7 MPa;允許滲透比降J>80,墻體質(zhì)量完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 
  2 深層攪拌法
  2.1 原 理
  深層攪拌法加固軟土層地基技術(shù)是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械,在地基深部就地將軟土層和固化劑強(qiáng)制拌和,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。
  2.2 適用范圍
  深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)不于120 kPa的粘性土等地基。對(duì)高層建筑地基處理、深基坑加固和堤壩防滲工程效果顯著。
  2.3 工程實(shí)例
  同樣以某另一項(xiàng)堤防工程為例,采用深層攪拌法建造水泥土防滲墻對(duì)堤進(jìn)行垂直防滲處理,亦取得了很好的效果。
  該工程設(shè)計(jì)目的與上述工程一樣,但堤本身的抗?jié)B性?xún)?yōu)于上述工程,所以墻體材料的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)略有降低:墻厚30 cm;滲透系數(shù)K<i×10-6cm/s(1≤i≤3);允許滲透比降J>50;抗壓強(qiáng)度R28>1.0 MPa。設(shè)計(jì)工程量為51 820 m2。
  由于工期短,工程量較,施工堤段連續(xù)且無(wú)障礙物,施工單位采用深層攪拌法,選用8臺(tái)SJB型深層攪拌機(jī)、8臺(tái)注漿泵和8臺(tái)制漿機(jī)進(jìn)行施工。
  施工主要參數(shù):水灰比0.5~0.7,漿液流量50L/min,攪拌頭外徑60 cm,噴漿提升速度0.2~1.0m/min,一般控制在0.8 cm/min以?xún)?nèi)。
  施工的主要步驟:
  (1)設(shè)備安裝、定位。按照施放的防滲墻軸線(xiàn)及樁位,準(zhǔn)確安裝攪拌機(jī),并保證其水平、穩(wěn)固、定位可靠、移動(dòng)方便。
  (2)制備水泥漿。按水灰比0.5~0.7配制水泥漿,水泥漿攪拌采用中~高速?gòu)?qiáng)制式攪拌機(jī)。攪拌時(shí),按配合比在攪拌槽中加入定量水,然后緩緩加入定量水泥,攪拌均勻,攪拌時(shí)間約3~5 min。
  (3)噴漿成樁。采用兩噴兩攪,即攪拌機(jī)噴漿下沉,噴漿提升,循環(huán)一次完成作業(yè)。水泥漿在攪拌頭旋轉(zhuǎn)下與土體均勻拌和,在施工過(guò)程中,監(jiān)測(cè)水泥漿比重指標(biāo),符合要求后方可使用。
  通過(guò)37 d使用774個(gè)臺(tái)班完成水泥土防滲墻51 846.27 m2,臺(tái)班的生產(chǎn)率為67 m2。水泥耗量7 268 t,單位面積水泥耗量140 kg。防滲墻經(jīng)開(kāi)挖和取樣檢測(cè),最小墻厚32~37 cm;防滲墻滲透系數(shù)K=2.87×10-6~1.05×10-8 cm/s;抗壓強(qiáng)度R28=1.05~2.84 MPa;允許滲透比降J>50,各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 
  3 單管高壓旋噴法與深層攪拌法對(duì)比分析
  3.1 單管高壓旋噴法與深層攪拌法的共同之處
  (1)從加固機(jī)理來(lái)看,兩種工法都是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)。
  (2)從加固效果來(lái)看,兩種工法都可提高地基的抗?jié)B性、穩(wěn)定性及承載力。
  (3)從適用范圍來(lái)看,兩種工法均可適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和粘性土地基,但兩種工法在含有較漂石的地基加固處理中不適用。
  (4)在使用材料方面,兩種工法均使用水泥和水,取材方便,并充分利用原狀土,節(jié)省材料,對(duì)水泥無(wú)特殊要求。
  (5)兩種工法使用的人工數(shù)量基本相同,臺(tái)班需要人數(shù)約為7人。
  3.2 單管高壓旋噴法與深層攪拌法的不同之處
  (1)在施工工藝方面,單管高壓旋噴法是先利用旋轉(zhuǎn)下沉?xí)r噴嘴噴出的高壓水流切割、擾動(dòng)土體,然后再利用旋轉(zhuǎn)噴出高壓漿流沖切土體并與之拌和形成水泥土,而深層攪拌法是用攪拌機(jī)的攪拌頭機(jī)械地將水泥漿和土體強(qiáng)制拌和形成水泥土。相對(duì)而言,由于受地基土的影響,深層攪拌法形成的樁體形狀要規(guī)則一些。
  (2)在加固效果方面,由于單管高壓旋噴法注漿量,被加固土體的吸漿量較飽和,而深層攪拌法注漿量相對(duì)較小,被加固土體的吸漿量不夠飽和,因此,一般來(lái)說(shuō)單管高壓旋噴樁的承載力及抗?jié)B性要優(yōu)于深層攪拌樁。
  (3)在施工機(jī)械方面,單管高壓旋噴法需要高壓泵(一般要求40 MPa),設(shè)備易損壞,維修較困難,但整套設(shè)備功率較小(約70 kW),且設(shè)備巧小,適于在工作場(chǎng)地狹小的地方工作,而深層攪拌法則只需中~低壓泵,設(shè)備不易損壞,維修方便,但整套設(shè)備需要功率較(約90 kW),且設(shè)備較,支架很高,無(wú)法適應(yīng)狹小的工作場(chǎng)地。
  (4)在工程造價(jià)方面,深層攪拌法要低廉得多。僅水泥耗量深層攪拌法是單管高壓旋噴法的1/4左右。一般來(lái)說(shuō),在設(shè)計(jì)指標(biāo)相同的前提下,深層攪拌法的單價(jià)是單管高壓旋噴法單價(jià)的1/3~1/5。
  (5)在成樁質(zhì)量方面,深層攪拌法易因地層的影響而使下部樁位發(fā)生偏移,樁體的垂直度難以保證,而單管高壓旋噴法是先鉆孔,孔斜度易控制,因而樁體的垂直度可得到保證
  (6)施工效率不同。單管高壓旋噴法是獨(dú)立成樁,而深層攪拌法則已由單軸發(fā)展為雙軸、三軸甚至六軸,后者的施工效率是前者的3~8倍。
  (7)從節(jié)約的角度講,深層攪拌法可節(jié)省材料用量,所使用的水泥可全部用于工程本身,基本沒(méi)有不必要的浪費(fèi),而單管高壓旋噴法則有約20%的返漿,回收利用需要更的投入,不回收利用則造成很的浪費(fèi)。
  (8)從環(huán)保角度講,深層攪拌法更清潔,基本沒(méi)有返漿或返漿很少,而單管高壓旋噴法則有量返漿,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的污染較。 
  4 結(jié) 語(yǔ)
  綜上所述,單管高壓旋噴法和深層攪拌法都是很好的地基加固工程措施,技術(shù)成熟,應(yīng)用面廣泛。
  當(dāng)范圍進(jìn)行地基加固、工期要求短、加固標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不高時(shí)采用深層攪拌法較適宜,而當(dāng)進(jìn)行局部或小范圍地基處理、加固標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高、施工場(chǎng)地狹小時(shí),則采用單管高壓旋噴法更為有利。
  巖土工程師

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