淺談高壓噴射灌漿法在基坑支護中的應用
1.引言
當基坑開挖范圍內(nèi)的巖土體性質(zhì)較差，滲透性較強時，支護體系在水流的作用下會導致破壞，從而危害基坑安全，嚴重時能造成人員及財產(chǎn)的巨大損失。為解決基坑支護體系防滲問題，尋求一種比較經(jīng)濟且技術(shù)先進、施工可靠的防滲方法。結(jié)合高壓噴射灌漿法在峰景西海岸基坑支護中的應用，現(xiàn)場檢測結(jié)果表明巖土體的滲透系數(shù)大大降低，從而提高了防滲能力，保證了工程質(zhì)量。
2.加固機理
高壓噴射注漿法是在高壓高速的條件下，利用液壓、氣壓或化學原理，通過高度集中的噴射流與巖土體混合，凝結(jié)形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學穩(wěn)定性良好的結(jié)石體的一種處理方法，是物理作用與化學作用的相互結(jié)合而形成的漿液主體攪拌混合區(qū)、壓縮區(qū)和滲透區(qū)的橫斷面構(gòu)造，有著良好的復合防滲作用，從而進一步提高了加固體的防滲性能。
適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑和可塑粘性土、粉土、砂土、碎石土、素填土等巖土體。
2.1物理作用
主要包括沖攪作用、置換作用、握裹作用、擠密作用。
2.1.1沖攪作用
沖攪作用主要發(fā)生在主體攪拌混合區(qū)。高壓噴射的壓力大，則噴射流的能量大、速度快，當噴射流連續(xù)和集中地作用于巖土體上時，壓應力和沖蝕等多種因素便在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生效應，通過沖擊切割和強烈擾動，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴散、充填周圍土層，并與巖土體顆粒摻混攪合，硬化后形成加固體，從而改變原地層結(jié)構(gòu)和組成，達到防滲和提高加固體強度的目的。高噴加固體是多種綜合作用的結(jié)果，高壓射流對地層結(jié)構(gòu)的影響范圍應通過現(xiàn)場試驗確定，單位噴射灌漿壓力越大、射流漿量越多、提升速度越慢，則旋噴柱的直徑大，一般初步設計時直徑多選用40～80cm。
2.1.2置換作用
攪拌混合區(qū)和壓縮區(qū)存在置換作用。高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓力使水或漿液射流能透入地層較遠距離并破碎地層結(jié)構(gòu)，同時空氣還可產(chǎn)生升揚作用，將經(jīng)射流沖擊切削后的巖土體碎屑及其中的細小顆粒，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中漿液帶出孔外，其空余部位則由漿液替代，起到了一定的置換作用。
2.1.3握裹作用
壓縮區(qū)內(nèi)主要產(chǎn)生握裹作用。地層中較小的顆粒，由于噴射能量作用，漿液可填滿塊石四周的空隙而將其握裹；當遇到大的塊石或在塊石集中區(qū)域，應降低提升速度，增大噴射壓力（水壓及氣壓），在高壓噴射擠壓、余壓、滲透等綜合作用下，也將產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用，形成連續(xù)密實的加固體。
2.1.4擠密作用
在壓縮區(qū)和滲透區(qū)范圍內(nèi)，主要是擠密作用。高噴射流強度隨射流距離的增加而衰減，至射流束末端時，其沖切巖土體的作用已消失，但對周圍的巖土體仍產(chǎn)生擠壓作用。同時，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)進行，對周圍土體產(chǎn)生滲透作用，不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實，還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，具有較強的防滲性能。
2.2化學作用
化學作用主要是水化作用。水泥與水拌和后，產(chǎn)生溶于水的鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，化學反應的不斷進行會在水泥微粒的表面形成一層膠凝膜，逐漸發(fā)展形成膠凝體。水化作用繼續(xù)發(fā)展、增強和擴大，則膠凝體不斷增大并吸收水分，使凝結(jié)加速，結(jié)合更密；水化作用繼續(xù)深入到水泥微粒內(nèi)部，使未水化部分再參與化學反應，直至完全沒有水分及膠凝體凝結(jié)地更大；同時膠凝體相互包圍滲透將達到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。這是高噴技術(shù)的內(nèi)在因素。
3.漿液材料
注漿材料依據(jù)可灌性指標M來確定，M為D15（為土層中有15%比它小的顆粒直徑）和d85（為注漿材料中有85%比它小的顆粒直徑）的比值。當M＞15時可灌注水泥漿，M＞10時可灌注粘土水泥漿，M＞5時可灌注粘土漿。
高壓噴射注漿的主要材料為水泥，多用純水泥漿，水泥一般采用為P.O32.5及以上的普通硅酸鹽水泥。水泥漿應具備：⑴良好的可噴性，即水泥的分散性，一般分散性越高，可灌性越好；水泥漿液的水灰比應按工程需要確定，一般采用0.8-1.5，可用流動度或黏度來控制可噴性；⑵足夠的穩(wěn)定性，水泥漿液的穩(wěn)定性好是指漿液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，分散性小及漿液混合后經(jīng)高壓噴射而不改變原有物理化學性質(zhì)；摻入少量彭潤土、純堿等外加劑能明顯提高漿液的穩(wěn)定性；用析水率來評定其穩(wěn)定性。
4.高噴加固體的結(jié)構(gòu)布置形式
高噴灌漿法有旋噴、定噴和擺噴三種基本形式，加固體可形成圓柱（若邊提升邊旋轉(zhuǎn)時，加固體的形狀為圓柱體）、壁狀（若提升不旋轉(zhuǎn)噴射則可形成壁狀）、扇狀等形狀（若邊提升邊擺動，則形成的加固體的形狀為扇狀）。
高噴灌漿法有單管法、雙管法、三管法。三管法能同時噴射水壓、空氣和水泥漿三種介質(zhì)，影響有效范圍最大，形成的加固體的直徑最大。
5工程實例
5.1工程概況
峰景西海岸基坑支護工程位于大連市金州區(qū)國防路，水位埋深2.5米，基坑開挖12.5米，設計采用截水帷幕進行基坑防滲處理。
建筑基坑工程支護防滲采用高噴施工時，要求加固體具有良好的防滲性和穩(wěn)定性。本工程采用的噴灌方法為三管法定向噴射成壁狀墻體�；又荛L為112m，該工程地層為細砂、粗砂，以下為粘土，加固體的結(jié)構(gòu)布置形式為壁狀式，成墻深度為18m，墻厚平均為100cm�？拙�1.8m，噴射中心有直徑20～30cm的圓柱體。
5.2施工參數(shù)的確定
防滲體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級配、施工方法以及漿液材料性能等有關。
通過現(xiàn)場試驗確定其工藝參數(shù)為：
①水灰比：采用1∶1的純水泥漿。水泥漿液的水灰比越小，處理的效果越好，但過小，噴射作業(yè)較困難。
�、趪娮熘睆剑�2.2mm；（外徑φ5mm）。
�、鄹邏核�30MPa，流量100L/min。壓力越大，處理的效果越好，但不能超過空壓機的最大壓力。
④氣壓：0.7０MPa，氣量2m3/min。
⑤漿壓：2.0MPa，流量80m3/min。
⑥提升速度：15cm/min；所使用的灌漿壓力不同，提升速度有差異。對各類地層而言，水壓、氣壓、漿壓的變化對加固效果影響不大，而提升速度的變化是影響高噴質(zhì)量的主要因素。通常情況下，確定提升速度應根據(jù)以下因素變化：①因地層而異，在砂層中提升速度可稍快，碎石土層中應放慢些，含有大粒徑（20cm以上）塊石及塊石比較集中的部位應更慢些。②因施工順序而異。先施工的孔提升速度可稍慢，后施工的孔可稍快。③因內(nèi)返漿量多少而異。孔中返漿量減少時宜放慢提升速度，反之可加快。
�、呷毓芑剞D(zhuǎn)速度：7r/min。
5.3施工工序
5.3.1鉆孔
依據(jù)設計圖紙核實設計孔位處有無防礙施工和影響安全的障礙物，如存在應及時處理，必要時應更改設計孔位。平整好場地，施工機械作業(yè)位于軟土及其它有可能引起整機翻倒引起事故的地段，一定要采取防范措施（可采用換土或加填碎石等粗顆粒采用進行碾壓處理），在平整場地同時對墻體中心線進行測量定位。
本工程中采用的是三管法，所用主要設備有DPP100-E型液壓地質(zhì)鉆機、GYP-50型高噴臺車、XPB90E型高壓泥漿泵。采用泥漿護壁沖擊鉆進。成孔過程中做好充填堵漏，應使孔內(nèi)泥漿保持正常循環(huán)。必要時采用回轉(zhuǎn)跟管鉆進，邊鉆進邊跟入套管，直至終孔。鉆進時應注意保證鉆孔垂直，偏斜度控制在1%以內(nèi)。
5.3.2置入噴射桿
用水管、氣管、漿管同軸布設組成噴射桿，桿底部設置有噴嘴，氣、水噴嘴在上，漿液噴嘴在下。
采用泥漿護壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內(nèi)，直至設計深度。跟管鉆進的鉆孔，有二種方法：一是拔管前在套管內(nèi)注入密度大的塑性泥漿，注滿后起拔套管，邊起拔邊注入，使?jié){面長期保持與孔口齊平或略高于孔口，套管全部拔出后，再將噴射桿下入孔內(nèi)直至孔底。二是也可先在套管內(nèi)放入PVC塑管，直到套管底部，將套管全部拔出，再將噴射桿下入到管底部。如采用振動成孔也可合并成孔和下管工序。
5.3.3噴射施工
高噴時，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升，先是高壓氣、水噴射，沖擊擾動地層土體，呈翻滾松散狀態(tài)，然后是壓力灌漿，灌漿易被先噴入的水稀釋，應控制好噴射速度和灌漿壓力、提升速度，送氣量的大小應使?jié){液成沸騰狀為好。
灌漿時應控制漿液不能發(fā)生離析和斷漿現(xiàn)象，以保證墻體均勻，不產(chǎn)生夾心層。若發(fā)生流量不變而壓力突然下降時會造成滲漏，壓力陡增超過最高限值、流量為零或出現(xiàn)不冒漿、斷續(xù)冒漿時等原因會造成管道堵塞，應立刻拔管停機，迅速搶修，必要時應回灌冒漿或進行第二次注漿。
5.3.4檢測效果
施工完成后采用壓水試驗進行現(xiàn)場質(zhì)量測試，評價滲透性。
假設滲流條件符合達西定律，滲透系數(shù)K為
K=Q(lnL/r)/(2πHL)
Q為壓入流量，H為試驗水頭；L為試驗段長度，一般采用5米；r為鉆孔孔徑。
試驗結(jié)果表明，加固后的巖土體的滲透系數(shù)K小于10-6cm/s，透水率小于0.1Lu，滿足了基坑防滲要求。
10經(jīng)濟效益和社會效益
高噴方法質(zhì)量可滿足設計要求，工效高、造價低，能充分利用原地巖土體，可就地取材，機械化程度高。
與常規(guī)混凝土防滲墻相比，本防滲工程可不同程度地降低工程造價，具有開挖量小，施工方便，占地少，對臨近建筑物影響小等特點。對社會經(jīng)濟發(fā)展將起到積極的作用。
