關于高壓噴射注漿法(雙管法旋噴)工藝參數修正的探討

黃躍明 黃碧祥

(福建新時代項目管理有限公司 福建泉州 362000)

高壓噴射注漿法有旋噴、定噴和擺噴三種形式，施工方法主要有單管法、雙管法和三管法，適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑可塑性粘性土、粉土、砂土、黃土等土質的加固，因其在成樁深度和成樁效果上比水泥土攪拌樁好，在建筑工程中常用于較深基坑的截水帷幕和較深基坑內的被動區土體加固，以提高坑底突涌穩定性和支護滑移穩定性。本文根據在泉州市東海經濟總部片區某總部大樓的基坑支護施工案例及試驗數據，探討關于雙管法高壓旋噴樁施工參數的確定。

1 分析相關規范和規程對雙管法高壓旋噴樁工藝參數的規定

雙管法的施工參數直接決定了成樁的質量和水泥的用量，對造價影響也較為明顯。設計給出的參數與《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012基本一致，在征得業主和設計的同意下，決定重新進行施工參數的試驗。

1.1 相關規范和規程的工藝參數

施工試驗前，我們查閱相關規范規程并統計了規范規程中關于雙管法高壓噴射注漿法的工藝參數，具體列表如下:

(1)《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB50202-2002(以下稱驗收規范):

規范未對具體工藝參數做出規定，但提供不同樁徑的水泥用量參考值:Φ600水泥用量200-250 kg/m;Φ900水泥用量350-400 kg/m;

(2)《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2012(以下稱技術規范):

表1 《建筑地基處理技術規范》JGJ79－2012

(3)《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012(以下稱技術規程):

表2 《建筑基坑支護技術規程》JGJ120－2012

對比三個列表，技術規程給出的參考參數最為齊全，且與設計參數一致。我們選擇對具有代表性的技術規程的工藝參數進行分析并計算出的最低水泥用量，然后與技術規程給出的水泥用量(占土自然密度的25-40%)進行比對，分析其工藝參數的合理性。

1.2 各個參數作用分析

(1)水灰比:水灰比的大小決定處理后地基固結體的抗壓強度，兩者成反比關系，但水灰比太小時噴射有困難，根據經驗一般取0.9～1.1;

(2)氣壓:在二管法中主要是低壓空氣，輔助鉆進切割和提高旋噴漿處理能力，經驗取值0.7MPa;

(3)注漿壓力(漿壓):決定噴漿壓力和液流動能，與成樁直徑成正比，根據經驗一般在20～28MPa，近年來噴漿技術發展，最大漿壓力可達35～40 MPa，在注漿壓力一定的情況下，噴漿壓力與噴嘴直徑和數量有關;

(4)注漿流量:單位時間注入土層的漿量(水泥量)，與提升速度關系緊密，當提升速度一定時，注漿流量越大，成樁效果越好，但過大造成工程造價的浪費，規程規范給出的經驗值80～120L/min，相對于本地區的經驗值(個人了解)，該經驗值偏保守;

(5)提升速度:噴射成樁的豎向速度，與成樁效果成反比，速度太低造成浪費，太高則成樁效果差，甚至可能出現螺旋狀樁，根據經驗一般在7～25 cm/min;

(6)旋轉速度:單位時間內單個噴嘴在同一地方的旋切次數和噴漿次數，確定旋轉速度時，應與提升速度、注漿壓力、噴嘴數量及直徑一并考慮。速度越大噴漿慣性越大，關系到固結體質量的離散性，根據本地區經驗(個人了解)，一般取值在15～20 r/min。

按照技術規程給定的工藝參數，樁徑按照設計最常見的￠600(技術規程推薦樁徑由設計選定)，最低水泥用量計算如下(僅用于比對，不考慮損失量):

假設注漿流量按最低80L/min，提升速度按最大25cm/min，水灰比按最小0.9，求出的水泥用量就是最低水泥用量(水泥密度為3.1，淤泥的天然密度為1.63)。

①求出漿液混合密度:質量/體積=(1+0.9)÷(1+0.9/3.1)=1.47kg/L

②每升漿液的水泥用量=1.47×(0.9÷1.9)=0.696 kg/L

③最低水泥用量(占淤泥比重的%)=(80L/min×0.696 kg/L)÷(3.14×0.3m×0.3m×0.25m×1630 kg/m3)=48.35%(超出技術規程規定25%-40%的水泥用量)

④置換成每米最低水泥用量:80L/min÷25cm/min×0.696 kg/L=222.72 kg/m(符合驗收規范規定的200-250 kg/m)

分析結論:技術規程的工藝參數、水泥用量以及驗收規范的水泥用量之間存在矛盾，根據本地區￠600雙管法旋噴樁的施工經驗，技術規程的水泥用量較為接近當地經驗水泥用量，但其工藝參數以及驗收規范的水泥用量均過于保守，有必要利用施工試驗進行工藝參數的修正。

2 計算并修正試驗樁的工藝參數以及試驗結果分析

2.1 項目概況

該總部大廈項目地處沿海地區，地下室三層，每層建筑面積約8898.95 m2，支護設計高度為15.15-15.65m(不含坑中坑)，基坑安全等級為一級。基坑支護結構采用支護排樁加混凝土支撐與大直徑預應力錨索聯合支護，排樁間的截水帷幕以及被動區加固采用雙管法高壓旋噴樁。

2.2 設計概況

截水樁設計樁徑 Φ600mm，樁數252根，樁長為18.95m，施工深度為21.45m;被動區樁徑 Φ500mm，樁數12000根，樁長為7.5m，施工深度為22.9m，設計要求水泥等級為P.O42.5，水灰比為1:1，水泥用量為土的天然密度的25% ～30%，置換土層為淤泥層，固結體強度等級達到1.5 MPa。

2.3 水文地質概況

根據項目巖土工程勘察報告揭示，場地高程為5.88～7.12m，受泉州灣潮汐影響，常年水位在高程4.5m，水位變幅在0.5～2.6m之間;涉及支護結構的場地主要巖土層分布及特征自上而下分述如下:1、淤泥②，海積成因，層厚 4.7～17.2m，層頂高程為-3.17～1.29m，天然含水量56.6%;2、淤泥夾砂③，海積成因，層厚1.8～13.1m，層頂高程為 -16.36～-5.08m，天然含水量46.8%;3、淤泥④，海積成因，層厚0.7～11.7m，層頂高程為 -22.51～-10.36m，天然含水量56.5%;4、粉質粘土⑤，標貫6.8擊，層厚1～2.9m，層頂高程為-22.58～-18.82m，天然含水量 29.2%;5、粗砂⑥，標貫 26.2擊，層厚 0.5～5.4m，層頂高程為-27.66～-19.2m;

安全等級為一級的基坑支護工程是整個項目成敗的關鍵，如何選擇工藝參數、水泥用量更應該慎重。在與設計人員以及旋噴樁施工人員溝通后，施工試驗的水泥用量暫定控制在驗收規范規定的200～250kg/m之間，先按200kg/m的水泥用量進行試驗，若試驗失敗，再按250kg/m的水泥用量再進行一次試驗，樁徑根據試驗結果由設計確定。計算過程如下:

計算假定水灰比按1(按設計要求);提升速度按18 cm/min(聽取旋噴樁有經驗施工人員的意見，取中間值，太大無法確保成樁質量);水泥用量(按驗收規范)暫取200kg/m;為保證樁徑，漿壓按30 MPa(比技術規程參考值略大一點，可保證成樁直徑);根據以上假定計算出大約的注漿流量:

①求出漿液混合密度:質量/體積=(1+1)÷(1+1/3.1)=1.512kg/L;

②每升漿液的水泥用量 =1.512kg×(1÷2)=0.756kg/L;

③求出注漿流量 =200kg/m×0.18m/min÷0.756kg/L=47.62L/min(取整數50)。

修正后的工藝參數如下表:

表3 修正后的工藝參數表

并按以上參數進行試驗樁的施工，試驗樁共施工兩組，每組五根，梅花形布置。深度計、流量計、壓力表等計量裝置在施工前由計量部門進行標定，電腦自動記錄儀選用不具有存儲功能的定型產品(CJ-G5型灌漿記錄儀)，具備現場打印施工過程和成樁資料的功能。在施工中，由建設單位、施工單位、監理單位、設計單位共同進行旁站。28d后，由建設單位隨機選取三根樁委托專業檢測機構進行樁徑、樁身完整性以及樁身固結體強度檢測，檢測(報告編號:AZX150030)結果如下:

樁徑均大于900mm;樁長20.93～22.05m;芯樣試件抗壓強度1.9～2.0 MPa;檢測結論:旋噴1#樁、旋噴2#樁的樁身完整性為Ⅰ類，樁身抗壓強度、樁端持力層均滿足設計要求，旋噴3#樁的樁身完整性為Ⅱ類，樁身抗壓強度、樁端持力層均滿足設計要求。

試驗及檢測的結果較為理想，沒有進行第二次試驗。設計人員根據試驗及檢測結果進行設計優化，把被動區直徑500mm的樁改成直徑900mm，并按照試樁參數確定了旋噴樁的施工工藝參數。在加固面積不變的情況下，樁數量由12000多根減少為3200多根，按照新的施工參數計算(僅用于比對，不考慮損失量)，水泥用量占土天然密度的百分比=50L/min×0.756 kg/L÷3.14×0.45m×0.45m×0.18m×1630 kg/m3=20.26%，略低于技術規程25%的最低水泥用量，但與技術規程工藝參數計算的48.35%相比，節省將近2.4倍的水泥用量(水泥置換總量=加固體積×水泥用量占置換土天然密度%)。

雙管法旋噴樁工藝參數修正后的優點:①經過檢測檢驗，各項指標滿足設計要求，保證了工程質量;②樁數量減少3倍多，加快了施工進度;③節省了2倍多的水泥用量，節省了工程造價。

3 關于沿海地區淤泥層高壓噴射注漿法施工的幾點思考

(1)規程雖然提供常用的高壓噴射注漿工藝參數，但據其工藝參數計算出的水泥用量太大，且與規程規定的水泥用量自相矛盾，也許是不同地區、土質差異造成規程規范的工藝參數、水泥用量過于保守，在工程實踐中會造成很大的浪費，實踐中應通過現場試驗確定施工工藝參數，特別是注漿流量和提升速度。根據研究資料顯示，合理的水泥用量建議在15% ～35%之間。

(2)成樁直徑的判斷與選擇也很重要，直接影響到工程造價和工程成敗。規范根據標準貫入度N選擇固結體直徑 D=650-1/154N2(0＜N＜5，根據參考文獻，淤泥標貫為N＜2)，而技術規程根據標準貫入度N選擇固結體直徑 D=800～1200(0＜N＜5)，本案例經過施工試驗選擇D=900，也在技術規程允許范圍之內。

(3)由于近年來注漿技術得到很大的提高，注漿壓力的提高，明顯地改善了噴射效果，但根據研究資料顯示壓力過高，會在噴射區域形成局部真空并出現渦流，導致過早地形成霧狀而起到相反的結果，在現有設備和技術條件下的注漿壓力建議根據實際情況在26～32MPa之間選擇。

[1]GB50202-2002，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ79-2012，建筑地基處理技術規范[S].

[3]JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[4]曾克強.旋噴樁復合地基設計幾個計算參數的探討.地質與礦產，2006.6.

[5]肖建華.關于軟土狀態確定標準的討論.工程地質學報，1997，1(5).