三重管高压摆喷注浆止水帷幕在基坑支护中的应用

三重管高压摆喷注浆止水帷幕在基坑支护中的应用

摘要：三重管高压摆喷注浆技术属于高压喷射灌浆技术中的一种，高压喷射灌浆技术按照喷射流的移动方式分为旋喷、定喷和摆喷，根据喷射介质和管路多少可分为单管法、二管法、三管法，本文通过具体项目介绍三重管高压摆喷注浆技以及该技术的施工工艺流程及操术在基坑支护工程中作为止水帷幕的应用情况，作要点。为该技术在类似工程的施工提供借鉴。

关键词：三重管高压摆喷注浆；止水帷幕；基坑支护

三重管高压摆喷注浆技术是高压喷射灌浆法加固技术中的一种，适用于工业与民用建筑工程进行地基加固的工程，也可以用于既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，堤坝的加固与防水帷幕等工程，本项目即为三重管高压摆喷注浆技术在基坑支护中的应用。

1 工程概况
复地滨江项目位于长沙湘春路与湘江中路交叉路口，该项目为五星级酒店与高档商住小区，由超高层，高层建筑和多层建筑组成，结构形式为框剪结构。规划净用地面积55432㎡，总建筑面积28.7万㎡。

基坑四周采用三重管高压摆喷注浆方法进行帷幕隔水，单排，孔间距@1000mm，帷幕防渗施工地层为基坑壁四周的粉土、中粗砂、圆砾和卵石强透水层，拐角点处适当加密，摆喷分两序孔进行施工，连续喷射作业，使其形成防渗板墙的四周封闭系统。

2 工艺原理
高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，
凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。

高压喷射法按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等， 单管法：单根管路喷射高压浆液；
二管法：在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管； 三管法：使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。

2.1 加固机理
三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明：
(1)高压喷射流切割破坏土体作用:喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。

(2)混合搅拌作用:钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。

(3)置换作用:三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。

(4)充填、渗透固结作用:高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。

(5)压密作用:高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

2.2 三重管高压摆喷工艺
三重管高压摆喷是利用摆喷水泥浆液与土体混和搅拌来处理地基的一种方法。

它改善土的物理力学性能，增强土体强度，养活孔隙比，从而达到加固防渗的目的。它利用工程钻机钻孔作为导孔，将带有特殊喷嘴的摆喷射管插入设计的地层深度，摆喷管内有水、气、浆三管，先以35-38Mpa压力将高压水对导孔侧向喷射，破坏地层结构，同时用0.5-0.7Mpa的压力喷射浆液，使之充填高压水流造成的空隙，与地层介质的颗粒搅拌混合，边摆边喷，经过凝固后形成固结体。结合复地滨江项目具体情况，拟采用±25度的摆喷加固方式，为保证帷幕厚度均匀，搭接良好，三重管提升速度宜控制在6—8cm／min。(注：水、气、浆三管压力、摆喷角度、提升速度等各施工参数由具体工程的地质情况和现场注浆试验确定。) 3 施工工艺流程及操作要点
3.1 工艺流程
本工程采用地质钻机钻孔，高喷台车喷射注浆形成墙体的施工工艺，其工艺过程如下： 平整场地，挖排泥沟→放线定位→钻机就位→钻孔→钻机退出→高喷台车就位下喷管→定喷射方向→送水、送气、喷水泥粘土浆液→高喷台车退出→注浆回灌。

3.2 施工准备
(1)平整场地：将场地进行平整，便于钻机、台车就位。

(2)挖排泥沟：沿场地内侧挖排泥沟和排泥池的设置要便于高喷灌浆防渗墙的施工。(3)建立制浆站：在止水帷幕施工沿线建立6处制浆站。

3.3 放线定位

测量放线，定出孔位和中心线，用小木桩做好标记，孔位误差不大于50mm。经监理验

收合格后，方允许进行下一步工序的施工。

3.4 钻机钻孔

钻孔采用XY-1型地质钻机进行。将钻机移至所定桩位，使钻机钻头对准孔位中心。为保

证达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须对钻机底盘进行调平，四角的水平误差应控制在

1mm以内。调整水平度采用水准尺进行，并用水平尺检查钻杆的垂直度，使钻杆与钻机底

盘保持垂直。钻孔施工时采用φ110合金钻头，单管钻进，钻进中采用泥浆护壁，钻孔孔深

到设计高程下0.4m，如在钻进过程中，出现泥浆严重漏失，孔口不返浆等情况时，应重新

调整泥浆比重，加大比重，直到孔口返浆为止。钻进时，必须详细记录孔位、孔深、地层变

化等情况，钻进暂停或终孔待喷时，孔口应加盖保护。

3.5 高喷台车就位

钻机移开后，将高喷台车就位，在地面上试验喷射方向，调整喷射的水压、气压，下入

喷射管至设计深度。在下管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，采取塑料袋包裹喷头防止喷嘴堵

塞。

3.6 搅制水泥浆

水灰比应大于0.8：1，另加2％的水玻璃作速凝剂，以防在含水量丰富的地层中浆液流失

严重。每米控制水泥用量400kg左右，水泥浆应充分搅拌，每搅拌时间不少于2min，水泥

浆通过泥浆泵前应过筛，以防水泥颗粒吸入泥浆泵或输浆管造成堵塞。另外水泥浆不宜停置

时间过长，以防水泥浆离析影响帷幕质量，质检员应定期检查水泥浆比重、浓度。

3.7 喷射作业

当喷射管下到设计高程后，由下至上进行高压喷射作业，使用的施工参数见下表（高压

喷浆技术参数）。

高喷灌注分序进行，一序施工与二序施工的间隔时间不小于48小时，灌浆应全

孔连续作业，每次拆卸喷射管后，应进行复喷，其长度不小于0.2m。操作人员

及值班人员必须随时注意浆液的初凝时间、注浆量、水、水压、气压、提升速度

及冒浆量等参数，并做好施工记录，同时保证孔内浆液上下畅通，注意观察冒浆

情况，对冒浆情况进行严格控制，将汽油桶设置在排泥池边坡上，使排泥槽内的

废浆直接流到油桶内，根据油桶内的废将量的体积与灌浆量的体积进行对比，控

制冒浆量在灌浆量的20％以内，以此判断地层变化情况，选定合理的技术参数，

确保板墙的质量。喷射作业完成后，应将注浆泵的吸水管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除，防止残存的水泥浆将管路堵塞。

3.8 施工顺序
为保证摆喷防渗帷幕搭接成整体，要间隔施工，即待相邻两摆喷体初凝体初凝后再施工中间孔。

3.9 水泥浆回灌
注浆完成后，由于浆液的析水作用，一般固结体均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现下沉现象，故应在完成摆喷后，停滞一定时间，根据浆液回落情况，利用孔口回浆或混合浆液及时进行回灌，直至不下沉为止。

3.10 质量检测手段
待混合土体达到一定强度后，采用抽芯或注
水试验或幕墙两侧钻孔超声波透视，监测摆喷体的内在及外观质量。

4 结语
三重管高压摆喷注浆止水帷幕具有成本较低，施工速度较快，固结体强度大，可靠性高等优点，采用的水泥浆液不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好；施工噪音较小，摆喷适用于粒径不大于60mm的松散地层，大角度摆喷适用于粒径不大于100mm的松散地层。对于地下水流速过大，
喷射的浆液无法在灌浆管周围凝结，无填充物的岩溶地段，永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，则不宜采用这种方法。

参考文献：

[1]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)，中国计划出版社.

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)，中国计划出版社.[3]《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，中国建筑工业出版社.

[4]建筑施工手册（第四版）：中国建筑工业出版社.