工法比较（共3篇）
工法比较 篇1
0 引言
旋喷注浆法 ( Jet Grouting) 就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入至地层预定深度后, 以高压设备使高压水射流 ( 30 MPa ~40 MPa) 从喷嘴喷射出来, 以高压液流的冲击力破坏土层并与土体混合成新的固体, 从而加固土体的一种方法[1]。
本文主要结合地铁施工中的地基加固需求, 就全方位高压喷射工法 ( MJS工法) 与新型摇动式双高压旋喷工法 ( RJP工法) 进行比较, 根据各自的优缺点, 结合具体的工程案例进行调查研究, 为地铁工程施工中加固方法的选择提供参考。
1 全方位高压喷射工法 ( MJS工法)
1. 1 施工原理
MJS工法, 即全方位高压喷射工法, 该工法在传统高压旋喷工艺的基础上, 开发了独特的多孔管和前端装置, 同时把水泥等硬化材料泥浆的配料、加压输送、喷射、地层切削、混合、强制排泥、集中泥浆等一系列工序作为监控对象。在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下, 能将地下的废泥浆强制抽出。其设备的钻头上装有地层内部压力传感器和排泥阀, 并且能够自由控制排泥阀门大小, 当地层内部压力显示异常时, 可以通过调整排泥阀门的大小顺利排浆, 从而使地层内部压力变得正常, 以防止由地层内部压力过大而导致的地面隆起, 从而大幅度减少施工对环境的影响; 同时也进一步保证了成桩直径, 确保地基加固的效果[2]。图1为MJS工法工艺原理图[3]。
1. 2 施工特点
综合各研究成果, 可以发现MJS工法有如下特点:
1) 成桩直径大, 质量好。
在MJS施工中, 由于其钻头底部的特殊喷头, 在喷射水泥的同时, 其周边的环状空气喷环中也有压缩空气的喷出, 并在水泥喷射流的周围形成空气保护膜, 以减少空气压力的衰减, 从而扩大喷射半径。
2) 对周边环境影响小, 超深施工有保证。
传统的施工法中, 废泥由钻杆与原状土之间的间隙排出。但随着施工深度的增加, 气升效果会越来越弱, 另外, 当间隙堵塞的时候, 地层内压力增加, 高压喷嘴的喷射效率会下降, 会造成地面隆起等负作用。MJS工法能够克服这个难题, 它采用多孔管钻进, 多孔管中间有一个60 mm的泥浆抽取管, 在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下, 能将地下的废泥浆强制抽出。该设备的钻头上装有压力传感器和排泥阀门, 并且能够自由控制排泥阀门大小, 当地层压力显示异常时, 调整排泥阀门的大小即可使浆液顺利排出, 使地层压力恢复正常。这样减少了施工队周边环境的影响, 并保证了超深施工的效果。
3) 对环境污染少。
MJS工法采用专用排泥管进行排浆, 多孔管中间有一个60 mm的泥浆抽取管, 在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下, 能将施工产生的废泥浆强制抽出, 减少对环境的污染。
4) 可以360°全方位施工。
MJS工法采用摆喷形式, 加固体的形状可为扇形。通过调整喷射角度, 360°范围内皆可施工, 对施工条件的适应性强。特别是能实施超深地基加固及水面下的施工。
1. 3 工程案例
上海轨交9 号线东延伸工程金海路站与已运营12 号线金海路站成T字换乘, 12 号线金海路站为地下2 层 ( 南北向布置) , 9号线金海路站为地下3 层 ( 东西向布置) 。12 号线换乘段地墙厚800 mm, 深35 m; 9 号线西侧基坑标准段地墙厚800 mm, 深34 m, 开挖深度约18 m。为控制降承压水对运营12 号线区间隧道的影响, 需对西侧基坑换乘段12 号线止水帷幕及9 号线北侧局部止水帷幕加深至43 m。考虑到止水帷幕加固深度超过原有地基加固技术所能达到的范围, 因此, 设计采用MJS工法进行加深处理。MJS大直径旋喷桩的设计桩径2 400 mm, 桩间距700 mm, 桩顶深度18 m, 桩底深度43 m。
实际施工中也验证了MJS工法在这种复杂环境下的适应性。通过良好的施工组织, 圆满地处理了各类较高的环境要求, 加固引起的施工沉降较小, 对12 号线区间隧道的影响均在可控范围之内。但另一方面, 由于这种方法较为特殊, 其施工速度慢, 造价较高, 因此也使得其使用范围受到一定的限制。
2 新型旋喷加固方法———双高压旋喷工法 ( RJP工法)
MJS工法虽然有前述的诸多优点, 但同时也存在一些不利之处, 主要有施工工艺复杂, 施工效率较低, 施工成本高, 这决定了MJS工法更适用于环境复杂、变形要求严格的工程, 而限制了其在一般工程中的应用。为了满足大多数工程在施工效率、施工成本等方面的要求, 一种新的工法———RJP工法应运而生。
2. 1 施工原理
双高压可摇动旋喷工法中有两个喷射流, 一是压缩空气和超高压水形成的喷射流, 二是压缩空气和超高压水泥浆形成的喷射流。这两个喷射流对土体进行两次切割, 与此同时水泥浆与切割下的土体混合形成大直径的水泥加固体。RJP工法的概念图见图2。RJP工法与传统工艺相比施工速率更高效快速, 且加固质量高。
2. 2 施工特点
1) 经费更低, 工期更短。在RJP工法中使用极小摩擦阻力的喷射头, 独立的喷射搅拌, 以及上段和下段分别安装的喷射部件, 这些改进对喷射搅拌效率的提高和施工速度的提高起到较大效果[5]。
2) 排泥和位移更低, 搅拌效率的提高使得排泥量减少。同时针对加固体体积所投入的水和混合泥浆的总注入量的减少使得对周边环境的影响减小。
3) 该工法工艺相对简单, 成桩直径大, 成桩质量好。
2. 3 工程案例
该方法已经在国内有了施工案例。如天津地铁5 号线某新建车站与已运营的地铁1 号线车站呈十字交叉换乘, 新建地铁车站地下连续墙深度43 m, 而既有地铁车站地下连续墙深38. 2 m, 两者墙趾标高相差4. 8 m。为保证新建车站主体基坑的降水效果, 须将原地铁车站38. 2 m深地下连续墙加深; 同时为加强新旧地下连续墙接缝处的止水效果, 在接缝外侧进行止水加固。因加固深度超过原有地基加固技术所能达到的最大范围, 因此设计采用双高压大桩径旋喷桩工法 ( RJP工法) 对新旧地连墙接缝及换乘段原地铁车站地下连续墙进行加深处理。该桩的设计桩径为1 800 mm, 桩间距1 200 mm, 桩顶深度分别为4 m, 23 m, 33 m, 桩底深度43 m。同时, 为保证止水效果, 双高压旋喷桩与地连墙搭接600 mm[6]。
该工程的顺利实施验证了双高压旋喷加固在提高软土地层的强度, 提高止水性能以及对周围环境影响方面均达到了预期的效果。
3 结语
1) 传统的旋喷加固方法虽然具有适用土质广泛, 旋喷桩控制性好, 所用材料来源广阔, 价格低廉等优势, 但同时也有成桩半径小, 作业效率不高, 总体成本较高的缺陷。
2) 全方位高压喷射工法 ( MJS工法) 可以“全方位”进行高压喷射注浆施工。具有成桩直径大, 桩身质量好; 对周边环境影响小, 污染少, 超深施工有保证的优点。同时也具有施工工艺复杂, 施工效率低, 施工成本高的缺点, 这决定了MJS工法更适用于环境复杂、变形要求严格的工程。
3) 双高压旋喷工法 ( RJP工法) 与MJS工法相比, 具有原理简单, 施工效率高, 造价便宜的优点, 可以进一步地在地铁工程中进行推广。
摘要：介绍了全方位高压喷射工法 (MJS工法) 与双高压旋喷工法 (RJP工法) 的施工原理及特点, 并结合工程实例, 分析了两种旋喷加固工法的优缺点, 指出RJP工法与MJS工法相比, 具有工艺简单、施工效率高、造价低廉等优点, 值得推广应用。
关键词：旋喷注浆法,MJS工法,RJP工法,施工原理
参考文献
[1]王道富.旋喷注浆法在上海地铁建设中的应用[J].岩土工程界, 2002, 5 (8) :42-44.
[2]张志勇, 李淑海, 孙浩.MJS工法及其在上海某地铁工程超深地基加固中的应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2012, 39 (7) :41-45.
[3]张鹏飞.MJS工法在后世博园通道下穿综合管沟中的应用[J].中国市政工程, 2015 (1) :56-59.
[4]余暄平.国内外高压旋喷技术的发展现状与趋势[J].城市道桥与防洪, 2006, 7 (4) :185-189.
[5]胡晓虎, 川田充, 中西康晴, 等.RJP高压旋喷工法及其在日本的工程应用[J].岩土工程学报, 2010, 32 (S2) :1-5.
[6]周连朋.RJP大直径旋喷桩在地铁换乘节点处的应用[J].门窗, 2014 (8) :409-410.
工法比较 篇2
1 基本定义
高路堤 (又称高填方路基) 通常指填方总高度大于20米的石质路堤或者大于18米的土质路堤;对砂、砾石而言, 填方高度超过12米视为高路堤;对水田或常年积水地带, 填土路堤在6米以上也视作高路堤。工后沉降, 就是指从施工完毕直到沉降稳定 (例如, 要求固结度达到95%) 这段时间内的沉降量。路基完成后其总的沉降量是一定的, 路面施工完成前沉降时间越长工后沉降越小。因此工后沉降控制的关键在于工前。
2 常用工法介绍
根据《公路路基设计规范》 (JTG D30-2015) 第3.6.13条应加强高路堤与陡坡路堤的沉降控制。必要时, 可进行增强补压、铺设土工合成材料等综合措施, 并宜预留一个雨季的沉降期, 减少工后沉降。目前武夷新区比较常用的几种控制高路堤沉降的工法有:自然固结法、强夯补强法和冲击碾压法。现对几种工法分述如下。
2.1 自然固结法
(1) 原理。路基土填筑后将产生固结, 但这种固结不仅受到土体自重力的作用, 还受到雨水下渗过程中的增加重力和渗透力的作用, 以及阳光照晒、风力风干等失水效应的作用, 这种固结不是单纯的自重固结, 而是一种包括自重等自然营力作用下的固结, 我们称之为自然固结。路基土的自然固结在上部一定深度内固结度较好, 且往往形成一层力学性质较好的“硬壳层”。相关资料的试验结果表明:填筑时间四年的素填土上部的力学性能相当或接近于夯击能为2160KN.m的夯填土。因此为了节省造价, 一些沉降要求不高的道路可以以此作为天然地基持力层。 (2) 适用范围。一般适用于不赶工、工期较长的道路工程。 (3) 工期。路基的沉降时间与路基的施工质量有关, 一般半年左右, 高路堤的施工工期应在路面施工前半年完成, 以使路基自然沉降趋于完成。
2.2 强夯补强法
(1) 原理。强夯是指利用起重设备将夯锤起吊到一定高度, 而后利用自动脱钩释放重锤使其自由落下, 其动能对地基土施加很大的冲击能, 在地基土中形成冲击波和动应力, 提高地基的强度。强夯一般采用先点夯后满夯的方法, 地基土经点夯后, 承载力提高, 最后采用小夯击能满夯, 使强夯顶面路基土又得到加固。强夯可以使土体结构发生显著变化, 地基土重新固结, 降低土的压缩性, 改善其抗液化能力, 消除湿陷性等, 从而提高土层的均匀程度, 减少将来可能出现的差异沉降。强夯的影响深度通常在4米以上, 随着夯击能增大, 有效处理深度增加, 最大可达10米左右。 (2) 适用范围:①赶工期的道路项目, 由于工期较紧, 为了使路基沉降在短时间内迅速完成, 采用强夯的方法对填筑路基进行补强, 从而将工后沉降控制在很小的一个范围;②处理深度一般不超过15m;③夯击对象最好为粗颗粒土;④施工现场距原有建筑物应有足够的安全距离, 一般宜大于10m;强夯法以其经济易行, 效果显著、设备简单、施工便捷、节省材料、质量容易控制, 适应范围比较广泛, 施工周期短等优点, 得到了广泛应用。由于强夯会对基础和周围土体产生强大的振动冲击作用, 故不宜用于建筑物及构筑物密集的区域。 (3) 工期。两遍点夯之间及点夯与满夯之间间歇2周, 强夯前后各做一次动力触探试验, 第一遍结束14天后进行一次动力触探试验, 试夯结束后再进行一次动力触探试验。 (4) 单价:夯击能量1000k N·m以内 (满夯) —4击—15.35元/m2;夯击能量2000k N·m以内 (点夯) —9击—30.38元/m2;夯击能量3000k N·m以内 (点夯) —9击—40.88元/m2;夯击能量4000k N·m以内 (点夯) —9击—71.1元/m2;夯击能量5000k N·m以内 (点夯) —12击—80.06元/m2。
2.3 冲击碾压补强法
(1) 原理。冲击碾压是利用冲击压路机多边形凸轮向前滚动, 重心高度交替变化, 在地基顶面进行冲击碾压的连续作业, 从而对地基产生强大的冲击力。随着冲击碾压遍数的增加, 由上至下碾压而增加密实度, 形成一定厚度的冲碾均匀加固层, 使地基土得以压实, 从而使路基的综合强度与稳定性得到全面提高。冲击碾压兼具冲击和碾压两种作用, 因此具有强夯和振击的双重效果。同强夯相比, 冲击碾压虽然加固深度较小, 但冲击能较小, 不易破坏土体结构, 可以实现连续冲击, 施工工效比强夯高数倍。 (2) 适用范围。冲击碾压采用强大的冲击力对土体施加冲击压实功能, 可以使土体形成密度很高的板块, 提高了路基强度和承载力, 有效降低了路基工后沉降, 保证了路基的填筑质量。经冲击碾压的路基沉降量在4cm以内, 密实度可提高3个百分点。①高填方路基、填挖交界处的增强补压;②湿陷性黄土等特殊土地基加固处理;③旧路加宽及旧路改造施工;④粘性土、沙砾石和土石混合料填料;⑤不宜使用强夯的区域可代替强夯使用。 (3) 工期。每万平米1.5-2.0小时。 (4) 单价。25T的冲碾压路机碾压20遍每平米24.94元。
2.4 工法比较
现以1公里长、40米宽、16米高的高路堤为例重点对强夯和冲击碾压两种工法进行造价比较。
2.5 强夯补强法
因本路堤填土厚度较大, 故将填土分为上中下三层进行回填, 中层和下层厚度均为6米, 分别对中下两层填土进行强夯, 上层为回填合格路基土。施工顺序如下: (1) 按路基要求分层碾压回填合格路基土至第一层强夯面设计高程后进行强夯; (2) 待第一层强夯结束, 经检测满足设计要求后, 按路基要求分层碾压回填合格路基土至第二层强夯面设计高程, 然后进行强夯; (3) 待第二层强夯结束, 经检测满足设计要求后, 回填50cm砂碎后再按路基要求分层碾压回填合格路基土至路槽底设计高程。
2.6 冲击碾压补强法
因本路堤填土厚度较大, 故将下部12米按每层2米厚度进行分层, 一共分为六层, 对每一层进行冲击碾压, 每层的冲击碾压遍数均为20遍。
2.7 工法比较
据下表显示: (1) 本段若采用自然固结法, 工后沉降约为6个月, 造价为零; (2) 本段若采用强夯工法, 工后沉降约为2个月, 造价为1469.314万元; (3) 本段若采用冲击碾压法, 工后沉降约为1个月, 造价为1623.594万元。
3 结论
(1) 对于工期不紧的道路项目可采取自然固结沉降; (2) 若由于赶工期等特殊情况, 可考虑采用相应的补强措施, 如冲击碾压和强夯等工艺, 对路堤进行补强, 在短时间内使路堤土体达到固结沉降要求, 但应对补强措施的适用情况及成本做充分的比选后择优应用; (3) 在高路堤应做好工后沉降沉降监测工作, 以便随时了解和判断沉降的变化情况, 以作为施工补强措施的依据。
参考文献
[1]邹琼燕, 罗照华.素填土的自然固结特征、固结机理及其利用[J].岩土工程技术, 2012 (04) :169-172.
[2]山西省机械施工公司, 山西建筑工程 (集团) 总公司.CECS279∶2010 (第1版) [M].中国计划出版社, 2010.
工法比较 篇3
1 工程实例
1.1 工程概况
宁波大榭中油燃料油库工程海堤采用抛石斜坡结构;基床为抛石填筑, 堤身为重力式挡墙, 迎海面外坡设一级平台, 堤外坡脚碎石桩桩顶设4400×2000×1200钢筋石笼护脚;堤顶为路面及防浪墙结构。
1.2 地质条件
工程区域为滨海相沉积的软黏土地层, 属于高压缩性软弱地基, 该地质层具有含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、土层厚等特点。地表为淤泥质粉质黏土, 厚2.4~7.6m, 含水量52.3%, 抗剪指标较低, 不能直接作为海堤结构的持力层, 需进行软基处理, 形成复合地基以满足上部建筑物对承载力的要求。塑料排水板排水固结法和振冲碎石桩加固法都是快速处理该类软弱基础最为有效方法, 下面从加固机理和施工工艺等方面对这两种方法进行比较分析。
2 塑料排水板排水固结法
2.1 塑料排水板堆载预压软基处理机理
工程的淤泥质粉质粘土软弱层最厚达23m左右, 在堤身自重及施工荷载的作用下会发生长期的不均匀沉降, 从而降低海堤的稳定性和使用性能。因此软基处理就成为本工程的关键环节。
塑料排水板堆载预压排水固结法是在软基中按一定的间距和布置形式将塑料排水板插入深层土体, 在软土层内形成排水通道, 以增加土体的有效排水途径, 缩短排水距离。再通过上部堆填石料及施工等荷载的作用, 加速土体内孔隙水的排出和地基的固结, 减少工后沉降, 从而提高地基土的承载力。由于土体内孔隙中的水挤出速度较慢, 初期的超静水压力较大, 容易产生堤身失稳。为了保证海堤的稳定性, 应控制海堤的分层填筑厚度和加大堤身的反压, 使土中的超静水压力逐渐消散, 有效应力逐渐提高, 地基承载能力最终达到设计要求。
2.2 施工工艺流程
与陆地施工相比, 海上施工的不确定因素明显增加。如何保证海堤施工位置的准确性以及海堤施工的质量, 是海堤施工的关键。通过大量的探讨和实践, 结合这一区域的海况和工程特点, 确定了工艺流程:划分施工区域→插板施工定位→塑料排水板插设→剪板和装靴→检测记录→移动进行下一循环。采用区域定量、网格定位、施工定点的方法进行插板施工。
3 振冲碎石桩加固法
3.1 振冲碎石桩加固机理
振冲碎石桩是近几年发展较快的一项处理加固软土地基的实用技术。其原理是在地基土中借助振冲器成孔, 振密填料置换, 形成一群碎石桩体, 与原地基土一起构成复合地基, 使其排水性能得到很大改善和加速土层固结, 使承载力提高, 沉降减少。对松散砂性土或软弱黏性土, 碎石桩主要有挤密、加筋、置换、排水和垫层的五种作用。
3.2 施工技术要点
施工准备:布设桩位;供水及排水处理;试验桩;施工顺序:软土处理成桩的顺序一般为“由内向外”或“由一边向另一边”进行, 便于淤泥的挤压和振冲。
成孔:ZCQ-30型振冲器启动后产生高频振动, 开动高压水泵, 用喷嘴射出的高速水流冲击孔底, 以1~2m/min的速度贯入地层, 从地表到加固深度形成一个直径越1.0m的孔洞, 保持垂直, 记载电流、电压、水压, 了解地质情况。当电流升高时, 其最大值不得超过电机的额定值;当电流超过电机的额定值时, 减慢振冲器的下沉速度, 甚至停止下沉或提起振冲器, 让高压水冲松土层后再继续下沉。
清孔:用振冲器射出水清洗孔内泥浆, 将振动器在孔底适当留振, 使泥浆冲击孔口;再将振动器提起, 上下升降二、三次, 见孔流出清水为止。
加料:振冲器提出孔口, 往孔内加料, 然后放下振冲器进行振密;第二次提出孔口, 第二次加料、振密……自下而上逐段加料分次进行填入碎石, 每一次加料厚度30~50cm。
振密成桩:加入一次碎石后用振冲器沉入孔内填料中进行振密, 再加料再振密, 数次后才能达到要求密实度, 此时振冲器仍能振动和射水, 水压减小为200~300kpa。ZCQ-30型振冲器的电流达到55A且在原位置留振10s以上, 其电流值不下降, 表示振动点处桩体已达到振密要求, 此值为“密实电流”;如果达不到规定密实电流时, 应提起振动器, 继续加料, 继续振密, 直至该深度处密实电流达到规定值为止, 每加一次料, 都要详细记录时间、加入量、电流量。一段一段加密到孔口, 碎石桩由下往上逐段形成。
表层处理:桩体顶部1m左右, 另做碎石垫层或用机械碾压。
4 结论
对比宁波大榭中油燃料油库海堤工程的基础处理施工过程, 通过采取上述两种软基技术的应用, 可以得出以下主要结论:
1) 经采用塑料排水板堆载预压排水固结法软基处理技术的主要施工工艺和设备, 可大大加快地基处理的施工进度, 排水板插设质量也有了很大提高。单船插板最高日产量可达到15000m, 实现了施工目标。各插板单元工程经验收后质量情况令人满意, 插板单元工程优良率达到86%。实践证明, 塑料排水板处理软基最适宜于存在一定厚度软弱淤泥质粉质黏土层的不良地基, 插打的深度可以达到40m左右, 速度快、成本低、质量有保证。通过对塑料排水板排水固结法快速加固水下软弱地基的施工工艺流程和质量控制技术的运用, 充分论证了该技术及工艺设备在快速处理软弱地基方面的可行性和优越性。
2) 振冲碎石桩软基处理技术可靠, 机具设备简单, 操作技术易于掌握, 因地制宜, 就地取材, 加固速度快, 节约投资, 具有良好的透水性等优点。但该技术在海堤工程淤泥质软土地基基础处理中的使用还为数不多, 通过该工程的应用实践, 振冲加固地基处理段未出现明显的不均匀沉降和水平位移, 同周边仅采用镇压层法处理地段相比 (上部结构基本相同) , 沉降量大幅减少, 减少沉降量超过60%。这充分说明振冲桩地基处理技术在沿海海堤工程中的应用也是成功的。
参考文献
[1]马小锋.浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑.2008.