天津深基工程有限公司 天津市 300222
Application of High Pressure Injection Technology in Foundation Reinforcement Engineering
Li Hao
Tianjin Shenji Engineering Co., Ltd. Tianjin 300222
摘要：高压喷射技术是一种材料来源和适用范围广泛、施工技术简便、成本较低且安全可靠的地基加固技术，在软弱地基加固施工中获得了广泛的应用。文章就简单分析高压喷射注技术及其机理，然后探讨在唐山港曹妃甸港区文丰通用杂货泊位工程中，采用旋喷桩对T型地连墙孔壁外侧进行加固处理，能达到预期的加固效果，证明高压喷射技术应用在港航工程中对地基加固补强是切实可行的。
关键词：高压喷射技术；港航工程；地基加固；具体应用
Abstract: high - pressure injection technology is a kind of foundation reinforcement technology with simple construction technology, low cost and safety.
Keywords: high pressure jet technology; port and shipping engineering; foundation reinforcement; concrete application
引言：
在港航工程建设过程中，经常会遇到软弱地基的情况，如果不进行技术处理，就会影响到建筑工程的施工建设。在施工实践中，人们研究了很多地基加固工程技术，高压喷射技术就是其中典型的一种。且是一种成本低、效率高且效益好的施工处理技术，因此，得到了广泛的应用。
1 工程实例
1.1 工程简述
本工程为唐山港曹妃甸港区文丰通用杂货泊位工程，位于曹妃甸工业区零加以东，码头岸线设计长度为1000m，前期码头施工693米。码头结构形式采用T型地连墙式板桩结构。
1.2 程目的和要求
在本次工程中，地连墙的翼墙和腹墙在厚度方面的要求是达到800mm，其中翼墙宽度要求是4.5m，腹墙宽度要求是2.5m，墙底标高分为-31.0m（-32.0m），墙顶标高为+0.10m。此外，工程要求在地连墙标高-1.30m处设置φ85mm的镀锌钢管排水孔。
1.3 程存在的问题
这种技术在我国国内港口领域应用尚属首次，没有类似工程的施工经验可以借鉴，加之该工程距离海岸线不到10米，而且工程的轴线位置处于过去围海造地时修建的围堰上，由吹填砂袋构成，其标高为-0.5m。而且这种围海造地采用的吹填砂袋形成的地基，粘结力较差，而T型地连墙的结构又极为复杂，在实际施工中，槽段内的土体临空面积较大，且在施工过程中扰动较多，必须穿过原本围海造地构建的砂袋层，一旦破坏砂袋层，就会在成槽的过程中造成槽壁整体失稳破坏或局部坍塌，或者是造成墙体混凝土夹渣，严重时甚至会贯穿墙体形成孔洞，造成质量事故，导致工程进度慢、施工困难。此外，在施工的过程中，因成槽的时间较长，最少需要20h，因此，在成槽的时间段内至少需要经历一个涨潮和落潮的过程，在这种情况下如果采用传统的双管水下混凝土浇筑法进行施工，不仅不符合国家相关的施工规定，同时也十分容易因为水位情况不定及海水融入，无法保证该工程的顺利进行，也无法保证工程施工的质量，甚至引发地连墙塌槽的现象。通过开展专项施工讨论会，针对进行该工程施工的特点与难点，采用了“三管灌注”的旋喷桩对T型地连墙孔壁外侧加固处理，用以保证T型地连墙顺利成槽，确保其成槽质量。
2 压喷射技术简介
2.1 压喷射技术概念
高压喷射技术也被称为高喷技术，是上世纪六十年代末日本N.I.T公司在化学注浆法的基础上，运用高压水射流切割技术发展而来的。这种处理技术以水泥为主要原料，彻底解决了化学注浆法浆液配方以及工艺措施过于复杂的问题，且加固土体的质量高，可靠性能好。在实际应用中，施工单位利用工程钻机在预定处理位置钻孔，直到设计好的处理深度，然后运用高压发生装置，通过安装在钻杆杆端置于孔底的特殊喷嘴，利用高压向周围的土体喷射能固化的浆液，如水泥浆液等，在喷射的同时，钻杆以一定的速度边旋转边上升，以此使一定范围内的土体结构被破坏，并与高压喷射出来的浆液混合重组，当其凝固后，便可以形成具有一定形状和性能的固结体。
2.2 压喷射技术分类
高压喷射技术根据喷射流移动的方式，可以分为：旋喷、定喷和摆喷三种（见下图1）。其中旋喷技术是喷嘴一边喷射一边旋转并提升，这种喷射方式形成的固结体成圆柱状，因此也被称为旋喷桩。运用这种技术，主要是对软弱地基进行加固处理，改善其变形性能，提高其抗剪强度；定喷是一边喷射一边提升，喷射的方向始终不变，因此，其喷射后形成的固结体成墙壁状；摆喷则是高压装置喷嘴以一定的角度进行摆动，且边摆动边提升，这样凝固后形成的固结体成扇状，厚度较大。在地基加固处理工程时，常用的方式一般都是旋喷方式，而定喷和摆喷则常用于地基防渗、改善地基土的水利条件及边坡的稳定。
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图1：高压喷射技术三种喷射流移动方式
高压喷射技术按照喷射的介质及其管路的多少，又可分为单管喷射技术、二管喷射技术、三管喷射技术以及多重管喷射技术四种。其中，单管喷射技术就是利用一根管路喷射高压浆液；其他的喷射技术则是添加了压缩空气、水等不同的介质，运用不同的管路一起喷射。在实际施工中，这几种处理技术各有不同的特点。施工单位可根据工程需要及施工现场的土质情况科学选用不同的处理技术。
2.3 压喷射技术加固地基的机理
高压喷射技术根据高压喷射流结构，能形成三个区域：初期区域、主要区域和终了区域（见图2）。其中初期区域主要包括喷流核与迁移段。因为在压力的作用下，喷流核受各种因素的影响，轴向动压越来越小，使得喷流核逐渐消散，在其消失前，在压力的作用下，会有一定的扩散，其扩散区域就是迁移段；而主要区域则是喷射流与土搅拌混合的主要区域；而终了区域则是因为轴向动力的减弱，使得喷射流能量不断衰竭，最终成雾化状态与空气相结合，逐渐消散。其中初期区域与主要区域的长度之和是高喷技术加固的有效长度。
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图2：高压喷射流结构图
在喷射的过程中，喷头和高压脉冲注浆泵借助高压的力量将浆液喷出，液流在高压下形成冲击力，会搅动、破坏土体的结构，使其结构出现空洞。同时，在喷射与钻杆旋转并提升的过程中，射流的后面会形成空隙，在喷射压力的作用下，土粒会与喷嘴移动的反方向移动，从而与浆液相结合。而且，高喷技术在切割、破坏土体结构的过程中，在破碎带的边缘还剩余一点压力，这些剩余的压力还能对土层产生一定的压实作用。
3 高压喷射技术在地基加固工程中的具体应用
为了解决本次工程中T型地连墙工程穿越围海造地工程中构建的吹填砂袋导致的成槽困难，以及T型阳角处塌方的问题，项目部经过和各环节的专家与技术人员经过现场踏勘，并反复协商，在导墙施工之前进行了水泥搅拌桩处理技术开展施工作业，以加固地连墙周边的土体，增强地基的强度，从而保证本次施工项目工程T型地连墙能够顺利成槽，并保证其成槽的质量，从而为后续的通用杂货泊位工程施工顺利进行。
3.1 钻孔处理技术
钻孔处理是高压喷射技术实施的前提和基础。通过在施工现场进行踏勘，根据获得各项参数经过合理分析，合理选定钻孔的位置，然后将喷射注浆管路插入到施工的地层当中。在钻孔的过程中，根据本次工程的需要及地层地质情况，采用了三重管旋喷技术进行施工，在钻孔的同时，施工单位还必须同步安插管路。而且在插管的过程中，为了避免泥沙堵塞喷嘴，施工单位还必须边射水边插管，且射水的水压不能超过1MPa，以免因压力过高导致孔壁被射塌。
3.2 喷浆处理技术
当施工单位完成钻孔和插管处理后，就可以开始进行喷浆操作了。因为本次港航工程施工场地为细砂土层，地基中含有大量的吹填砂袋，因此粘结力较差，而且地连墙成槽的时间较长，会经历一次涨潮和落潮现象，在涨潮的时间，海水会渗入到工程各行当中，影响到泥浆的品质。为了确保泥浆的质量，工程项目部经过讨论，决定采用高复合型的膨润土。其组成物由膨润土和聚合添加剂构成，其中的聚合添加剂主要由氨类聚合物与纤维素组成，其作用是降滤，避免泥浆出现漏失现象，从而提升泥浆的粘度，使其能够形成胶体的溶液，从而更好地保护地连墙壁。在配置高复合型膨润土泥浆时，本单位工程项目部根据过去泥浆配比经验，同时根据我国颁布的《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》的规定，经过反复试验，最终确定泥浆配比为1000的水与66.7膨润土组合。在进行喷浆处理时，工程项目部根据施工现场的土质情况及海水浸润情况，为了科学地控制喷浆的压力、流速和流量，采用了自下而上的喷射注浆处理。而且为了工程项目施工建设的质量，及时关注泥浆灌注的标高，并详细计算导管埋入的混凝土深度，当埋管的深度超过4m时，采用了掐管处理的措施。
3.3 补浆处理技术
在地基加固处理过程中，高压喷射的浆液与施工现场土层孔洞中的土质经搅拌混合凝固的过程中，因为浆液析水的作用，会出现不同程度的收缩现象，从而导致固结体上面的表层土出现凹陷现象，这样会影响到地基的加固以及后续的防渗堵水。针对这种现象，必须进行补浆处理，对凹陷部位进行复喷，使收缩的空洞被填满，从而保证后续施工的顺利进行，并提高施工的质量。
4 结束语
综上所述，高压喷射技术是针对港航工程软土地基进行加固处理的有效方式，且该方式简单易操作，成本较低，具有极高的可靠性。在唐山港曹妃甸港区文丰通用杂货泊位工程建设的过程中，为了解决本次工程中T型地连墙工程穿越围海造地工程中构建的吹填砂袋导致的成槽困难，以及T型阳角处塌方的问题，采用了“三管灌注”的旋喷桩对T型地连墙孔壁外侧加固处理，通过科学配比泥浆，并合理钻孔采用水泥搅拌桩处理技术进行施工处理，通过这样的处理，保证了T型地连墙的顺利成槽，也保证了港航工程的顺利进行。因此，其他的港航工程地基加固工程也应积极采用本项技术，以保证工程的顺利进行。
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论文作者:李昊
论文发表刊物:《防护工程》2019年18期
论文发表时间:2020/1/10
标签：技术论文; 工程论文; 地基论文; 高压论文; 浆液论文; 泥浆论文; 过程中论文; 《防护工程》2019年18期论文;