單管高壓旋噴法與深層攪拌法加固地基對比分析
發布時間：2010-01-14 共1頁
隨著工程建設的發展，我國對軟土層地基加固處理方法逐步趨于多樣化且處理技術越來越成熟，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的兩種工程措施。這兩種方法現已廣泛應用于高層建筑、公路鐵路、港口碼頭及水電工程基礎處理中，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理雖然很接近，但施工的技術難度、機械的工作原理、加固效果及造價等方面存在一定差異，筆者以工程實踐為依托，進行較深入的對比分析，并提出一些見解。
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度旋轉高壓噴射漿流連續地對加固土體產生切割、沖擊破碎和攪動作用，使注入的漿液和土體混合凝固為新的圓柱狀固結體——水泥土，水泥土具有較強的抗壓及抗滲性能，因此，采用該工法對地基進行處理可起到強化地基和防水止滲的作用。
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、深基坑側壁擋土或擋水、基坑底部加固、防止滲漏與管涌、堤壩的加固與防水帷幕等工程。
1．3 工程實例
以某堤防工程采用單管高壓旋噴法建造高噴防滲墻為例，簡述單管高壓旋噴法施工過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，其墻體主要設計指標為最小厚度不小于20 cm，有效厚度不小于40 cm；防滲墻滲透系數K≤i×10－7 cm／s（1＜i＜9）；抗壓強度R28≥2．0 MPa；允許滲透比降＞80。設計工程量為3 336 m2。
施工單位根據現場施工條件和先導孔揭示的地質情況采用單管高壓旋噴法作業。其理由有以下3方面：
（1）堤身、堤基由粉質壤土、砂壤土、粉質粘土以及少量的粘土組成，適用于單管高壓旋噴法作業；
（2）需處理的部位有穿堤建筑物、過堤高壓線、光纜線、橋等多處障礙物，施工設備移位頻繁，且施工空間受限制，設備最允許高度為8m，單管高壓旋噴法施工占地少、機架低、移位方便，可滿足現場條件限制；
（3）該工程工期短、質量要求高，采用單管高壓旋噴法設備簡單，運輸方便，進退場迅速，施工質量易于控制。
為了確保工程質量，在施工前先進行生產性試驗，然后根據生產性試驗的結果，確定施工參數。經試驗確定的施工參數為：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）施工準備，主要包括機械設備定位準確、水電供應正常、制漿設備及材料準備就緒；
（2）造孔；
（3）下射漿管至設計深度，同時高壓泵供水，并利用噴嘴旋轉噴出的高壓水流切割、擾動土體；
（4）從設計深度旋轉提升射漿管，同時噴射高壓水泥漿，使其與擾動土體充分混合；
（5）旋轉提升噴漿至孔口結束噴漿，清洗漿管轉入下一孔施工。
該工程采用單管高壓旋噴法施工歷時39 d，共用315個臺班建造高噴水泥土防滲墻3 341 m2，臺班生產率10．6 m2，水泥用量1 628．24 t，單位面積水泥耗量487 kg。
防滲墻完成后進行墻體開挖和取樣檢測。開挖顯示墻體成型規則，墻厚25～50 cm，防滲墻滲透系數K＝（3．55～3．94）×10－9 cm／s；抗壓強度R28＝11．6～14．7 MPa；允許滲透比降J＞80，墻體質量完全滿足設計要求。
2 深層攪拌法
2．1 原 理
深層攪拌法加固軟土層地基技術是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深部就地將軟土層和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理－化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。
2．2 適用范圍
深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準不于120 kPa的粘性土等地基。對高層建筑地基處理、深基坑加固和堤壩防滲工程效果顯著。
2．3 工程實例
同樣以某另一項堤防工程為例，采用深層攪拌法建造水泥土防滲墻對堤進行垂直防滲處理，亦取得了很好的效果。
該工程設計目的與上述工程一樣，但堤本身的抗滲性優于上述工程，所以墻體材料的主要設計指標略有降低：墻厚30 cm；滲透系數K＜i×10－6cm／s（1≤i≤3）；允許滲透比降J＞50；抗壓強度R28＞1．0 MPa。設計工程量為51 820 m2。
由于工期短，工程量較，施工堤段連續且無障礙物，施工單位采用深層攪拌法，選用8臺SJB型深層攪拌機、8臺注漿泵和8臺制漿機進行施工。
施工主要參數：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以內。
施工的主要步驟：
（1）設備安裝、定位。按照施放的防滲墻軸線及樁位，準確安裝攪拌機，并保證其水平、穩固、定位可靠、移動方便。
（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～高速強制式攪拌機。攪拌時，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，攪拌時間約3～5 min。
（3）噴漿成樁。采用兩噴兩攪，即攪拌機噴漿下沉，噴漿提升，循環一次完成作業。水泥漿在攪拌頭旋轉下與土體均勻拌和，在施工過程中，監測水泥漿比重指標，符合要求后方可使用。
通過37 d使用774個臺班完成水泥土防滲墻51 846．27 m2，臺班的生產率為67 m2。水泥耗量7 268 t，單位面積水泥耗量140 kg。防滲墻經開挖和取樣檢測，最小墻厚32～37 cm；防滲墻滲透系數K＝2．87×10－6～1．05×10－8 cm／s；抗壓強度R28＝1．05～2．84 MPa；允許滲透比降J＞50，各項指標均滿足設計要求。
3 單管高壓旋噴法與深層攪拌法對比分析
3．1 單管高壓旋噴法與深層攪拌法的共同之處
（1）從加固機理來看，兩種工法都是基于水泥加固土的物理化學反應。
（2）從加固效果來看，兩種工法都可提高地基的抗滲性、穩定性及承載力。
（3）從適用范圍來看，兩種工法均可適用于處理淤泥、淤泥質土、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，節省材料，對水泥無特殊要求。
（5）兩種工法使用的人工數量基本相同，臺班需要人數約為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下沉時噴嘴噴出的高壓水流切割、擾動土體，然后再利用旋轉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的攪拌頭機械地將水泥漿和土體強制拌和形成水泥土。相對而言，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較小，被加固土體的吸漿量不夠飽和，因此，一般來說單管高壓旋噴樁的承載力及抗滲性要優于深層攪拌樁。
（3）在施工機械方面，單管高壓旋噴法需要高壓泵（一般要求40 MPa），設備易損壞，維修較困難，但整套設備功率較小（約70 kW），且設備巧小，適于在工作場地狹小的地方工作，而深層攪拌法則只需中～低壓泵，設備不易損壞，維修方便，但整套設備需要功率較（約90 kW），且設備較，支架很高，無法適應狹小的工作場地。
（4）在工程造價方面，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。一般來說，在設計指標相同的前提下，深層攪拌法的單價是單管高壓旋噴法單價的1／3～1／5。
（5）在成樁質量方面，深層攪拌法易因地層的影響而使下部樁位發生偏移，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立成樁，而深層攪拌法則已由單軸發展為雙軸、三軸甚至六軸，后者的施工效率是前者的3～8倍。
（7）從節約的角度講，深層攪拌法可節省材料用量，所使用的水泥可全部用于工程本身，基本沒有不必要的浪費，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。
（8）從環保角度講，深層攪拌法更清潔，基本沒有返漿或返漿很少，而單管高壓旋噴法則有量返漿，對施工現場的污染較。
4 結 語
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，技術成熟，應用面廣泛。
當范圍進行地基加固、工期要求短、加固標準相對不高時采用深層攪拌法較適宜，而當進行局部或小范圍地基處理、加固標準相對較高、施工場地狹小時，則采用單管高壓旋噴法更為有利。
巖土工程師
單管高壓旋噴法和深層拌攪法加固機理雖然很接近，但施工的技術難度、機械的工作原理、加固效果及造價等方面存在一定差異，筆者以工程實踐為依托，進行較深入的對比分析，并提出一些見解。
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度旋轉高壓噴射漿流連續地對加固土體產生切割、沖擊破碎和攪動作用，使注入的漿液和土體混合凝固為新的圓柱狀固結體——水泥土，水泥土具有較強的抗壓及抗滲性能，因此，采用該工法對地基進行處理可起到強化地基和防水止滲的作用。
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、深基坑側壁擋土或擋水、基坑底部加固、防止滲漏與管涌、堤壩的加固與防水帷幕等工程。
1．3 工程實例
以某堤防工程采用單管高壓旋噴法建造高噴防滲墻為例，簡述單管高壓旋噴法施工過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，其墻體主要設計指標為最小厚度不小于20 cm，有效厚度不小于40 cm；防滲墻滲透系數K≤i×10－7 cm／s（1＜i＜9）；抗壓強度R28≥2．0 MPa；允許滲透比降＞80。設計工程量為3 336 m2。
施工單位根據現場施工條件和先導孔揭示的地質情況采用單管高壓旋噴法作業。其理由有以下3方面：
（1）堤身、堤基由粉質壤土、砂壤土、粉質粘土以及少量的粘土組成，適用于單管高壓旋噴法作業；
（2）需處理的部位有穿堤建筑物、過堤高壓線、光纜線、橋等多處障礙物，施工設備移位頻繁，且施工空間受限制，設備最允許高度為8m，單管高壓旋噴法施工占地少、機架低、移位方便，可滿足現場條件限制；
（3）該工程工期短、質量要求高，采用單管高壓旋噴法設備簡單，運輸方便，進退場迅速，施工質量易于控制。
為了確保工程質量，在施工前先進行生產性試驗，然后根據生產性試驗的結果，確定施工參數。經試驗確定的施工參數為：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）施工準備，主要包括機械設備定位準確、水電供應正常、制漿設備及材料準備就緒；
（2）造孔；
（3）下射漿管至設計深度，同時高壓泵供水，并利用噴嘴旋轉噴出的高壓水流切割、擾動土體；
（4）從設計深度旋轉提升射漿管，同時噴射高壓水泥漿，使其與擾動土體充分混合；
（5）旋轉提升噴漿至孔口結束噴漿，清洗漿管轉入下一孔施工。
該工程采用單管高壓旋噴法施工歷時39 d，共用315個臺班建造高噴水泥土防滲墻3 341 m2，臺班生產率10．6 m2，水泥用量1 628．24 t，單位面積水泥耗量487 kg。
防滲墻完成后進行墻體開挖和取樣檢測。開挖顯示墻體成型規則，墻厚25～50 cm，防滲墻滲透系數K＝（3．55～3．94）×10－9 cm／s；抗壓強度R28＝11．6～14．7 MPa；允許滲透比降J＞80，墻體質量完全滿足設計要求。
2 深層攪拌法
2．1 原 理
深層攪拌法加固軟土層地基技術是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深部就地將軟土層和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理－化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。
2．2 適用范圍
深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準不于120 kPa的粘性土等地基。對高層建筑地基處理、深基坑加固和堤壩防滲工程效果顯著。
2．3 工程實例
同樣以某另一項堤防工程為例，采用深層攪拌法建造水泥土防滲墻對堤進行垂直防滲處理，亦取得了很好的效果。
該工程設計目的與上述工程一樣，但堤本身的抗滲性優于上述工程，所以墻體材料的主要設計指標略有降低：墻厚30 cm；滲透系數K＜i×10－6cm／s（1≤i≤3）；允許滲透比降J＞50；抗壓強度R28＞1．0 MPa。設計工程量為51 820 m2。
由于工期短，工程量較，施工堤段連續且無障礙物，施工單位采用深層攪拌法，選用8臺SJB型深層攪拌機、8臺注漿泵和8臺制漿機進行施工。
施工主要參數：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以內。
施工的主要步驟：
（1）設備安裝、定位。按照施放的防滲墻軸線及樁位，準確安裝攪拌機，并保證其水平、穩固、定位可靠、移動方便。
（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～高速強制式攪拌機。攪拌時，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，攪拌時間約3～5 min。
（3）噴漿成樁。采用兩噴兩攪，即攪拌機噴漿下沉，噴漿提升，循環一次完成作業。水泥漿在攪拌頭旋轉下與土體均勻拌和，在施工過程中，監測水泥漿比重指標，符合要求后方可使用。
通過37 d使用774個臺班完成水泥土防滲墻51 846．27 m2，臺班的生產率為67 m2。水泥耗量7 268 t，單位面積水泥耗量140 kg。防滲墻經開挖和取樣檢測，最小墻厚32～37 cm；防滲墻滲透系數K＝2．87×10－6～1．05×10－8 cm／s；抗壓強度R28＝1．05～2．84 MPa；允許滲透比降J＞50，各項指標均滿足設計要求。
3 單管高壓旋噴法與深層攪拌法對比分析
3．1 單管高壓旋噴法與深層攪拌法的共同之處
（1）從加固機理來看，兩種工法都是基于水泥加固土的物理化學反應。
（2）從加固效果來看，兩種工法都可提高地基的抗滲性、穩定性及承載力。
（3）從適用范圍來看，兩種工法均可適用于處理淤泥、淤泥質土、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，節省材料，對水泥無特殊要求。
（5）兩種工法使用的人工數量基本相同，臺班需要人數約為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下沉時噴嘴噴出的高壓水流切割、擾動土體，然后再利用旋轉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的攪拌頭機械地將水泥漿和土體強制拌和形成水泥土。相對而言，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較小，被加固土體的吸漿量不夠飽和，因此，一般來說單管高壓旋噴樁的承載力及抗滲性要優于深層攪拌樁。
（3）在施工機械方面，單管高壓旋噴法需要高壓泵（一般要求40 MPa），設備易損壞，維修較困難，但整套設備功率較小（約70 kW），且設備巧小，適于在工作場地狹小的地方工作，而深層攪拌法則只需中～低壓泵，設備不易損壞，維修方便，但整套設備需要功率較（約90 kW），且設備較，支架很高，無法適應狹小的工作場地。
（4）在工程造價方面，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。一般來說，在設計指標相同的前提下，深層攪拌法的單價是單管高壓旋噴法單價的1／3～1／5。
（5）在成樁質量方面，深層攪拌法易因地層的影響而使下部樁位發生偏移，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立成樁，而深層攪拌法則已由單軸發展為雙軸、三軸甚至六軸，后者的施工效率是前者的3～8倍。
（7）從節約的角度講，深層攪拌法可節省材料用量，所使用的水泥可全部用于工程本身，基本沒有不必要的浪費，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。
（8）從環保角度講，深層攪拌法更清潔，基本沒有返漿或返漿很少，而單管高壓旋噴法則有量返漿，對施工現場的污染較。
4 結 語
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，技術成熟，應用面廣泛。
當范圍進行地基加固、工期要求短、加固標準相對不高時采用深層攪拌法較適宜，而當進行局部或小范圍地基處理、加固標準相對較高、施工場地狹小時，則采用單管高壓旋噴法更為有利。
巖土工程師
