高压喷射注浆法施工工艺-垃圾填埋场防渗新技术

高压喷射注浆法施工工艺已广泛用于地基处理和水利工程的防渗处理。该工艺是将可泵送的浆材（一般为水泥浆）通过高压泵与地下土粒混合形成后一定形状的水泥土固结体，以提高地基承载力或形成帷幕墙达到防渗的目的。高压喷射注浆法主要用于处理淤泥、淤泥质土、流塑与软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。根据高压喷射注浆法施工工艺的特点和应用经验，以及所研究的垃圾填埋场防渗浆材特性及其与土样的拌合实验，可将该类地基处理方法用于垃圾填埋场防渗墙工程施工。

1）施工主要机具和设备

目前高压喷射注浆施工常用机具与设备，见表9.1。

表9.1　高压喷射注浆施工主要机具和设备性能参数

2）确定旋喷体直径

高压喷射注浆施工如采用旋转钻具的方式施工，便可形成具有一定直径的高压喷射固结体，称旋喷体。旋喷体的直径与土层性质和采用的旋喷方法有关，不同旋喷方法在不同土层所形成的旋喷体直径经验值见表9.2。

3）确定浆材掺入比

浆材掺入比是指拌入地基土的浆材体积与被处理地基土体积之比，即

式中　λ——浆材掺入比；

VL——拌入地基土的浆材体积，m3；

VS——被处理地基土体积，m3。

根据工程设计要求，选择垃圾填埋场防渗浆材与欲处理地基土进行不同配比试验，测定其固结体的渗透系数和强度，最后从中选择确定满足工程设计要求的掺入比。根据掺入比便可建立施工中提升速度与泵量间的关系，即

式中　V——喷射钻具提升速度，m/min；

q——注浆泵的排量，m3/min；

F——喷射固结体的断面积，m2；

λ——浆材掺入比。

表9.2　不同旋喷方法在不同土层形成旋喷体直径经验值

4）确定防渗帷幕墙的厚度与布孔形式

为了防止垃圾填埋场渗滤液中的污染物渗漏而造成周围地下水和土壤的污染，其防渗墙的厚度应按达西定律根据墙体的渗透系数、渗滤液水头差及墙体对污染物的阻滞性能等因素确定，即

式中　L——防渗墙厚度，cm；

k——渗透系数，cm/s；

A——防渗墙面积，m2；

t——防渗设计寿命，年；

Pi——垃圾填埋场库内水头，m；

Po——垃圾填埋场库外水头，m；

Q——通过防渗墙渗出水量，m3；

q——防渗墙单位面积每年渗出水量，m3/（m2·年）。

假设垃圾填埋场水头差（Pi-Po）为5 m，墙体渗透系数为1×10-7 cm/s，允许单位面积每年渗出水量为0.1 m3，则防渗墙墙体厚度为157.5 cm。可见，如果通过垃圾填埋场库内渗滤液排水系统能及时将产生的渗滤液排出，降低库内外水头差，就可进一步减小防渗墙的厚度或减少防渗墙单位面积每年的渗出水量。

高压喷射注浆施工防渗墙的布孔形式主要有以下几种：

①采用旋喷法按1～3排形式布孔成墙，如图9.4所示。为了确保旋喷体间相互交接不留空隙，根据旋喷体直径的经验值D确定布孔间距Lk和排距Lp，即

图9.4　旋喷法成墙布孔形式

其中旋喷体间的交接厚度e可用下式计算：

那么防渗墙的墙厚如下：

双排布置：

多排布置：(www.xing528.com)

a.排数为奇数时：

b.排数为偶数时：

式（9.4）～式（9.9）中符号的意义如下：

Lk——沿墙的延伸方向布孔的孔距，m；

Lp——沿墙的厚度方向布孔的排距，m；

D——旋喷固结体直径的经验值，m；

R0——旋喷固结体半径，m；

e——沿墙的厚度方向旋喷体间的交接厚度，m；

n——增加墙体厚度布孔的排数；

L——设计防渗强有效厚度，m。

②采用定喷法直线布孔成墙，如图9.5所示。为了确保喷射固结体间相互交接不留空隙，一般采用双喷嘴喷射形成单折线墙或双折线帷幕墙。根据旋喷体直径经验值D确定布孔间距Lk，即

图9.5　定喷帷幕形式示意图

③采用摆喷法直线布孔成墙，如图9.6所示。为了确保喷射固结体间相互交接不留空隙，根据旋喷体直径经验值D确定布孔间距Lk，即

当采用双喷嘴摆喷形成直线型墙[图9.6（a）]时：

当采用双喷嘴摆喷形成折线型墙[图9.6（b）]时：

图9.6　摆喷帷幕形式示意图

5）施工要点

①高压喷射注浆法施工工艺流程，如图9.7所示。

②施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位。要求钻机安放水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1.5%。

③高压喷射注浆的施工程序为：机具就位→成孔→喷射注浆→拔管及冲洗。

图9.7　单管旋喷法施工工艺流程

④单管法和二重管法可用注浆管射水成孔至设计深度后，再一边提升一边进行喷射注浆。三重管法施工须预先用钻机或振动打桩机成孔（直径为150～200 mm），然后将三重注浆管插入孔内，按旋喷、定喷或摆喷工艺要求，由下而上进行喷射注浆，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100 mm。

⑤在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。若因塌孔插入困难，可用低压（0.1～2 MPa）水冲孔插入，但须把高压水喷嘴用塑料布包裹，以免泥土堵塞。

⑥当采用三重管法喷射时，开始应先送高压水，再送水泥浆和压缩空气。一般压缩空气可晚送30 s，并且在桩底部喷射1 min后，再进行边提升边喷射。

⑦喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。

⑧旋喷过程中，冒浆量应控制在10%～25%。

⑨喷到桩高后应迅速拔出注浆管，用清水冲洗管路，防止凝固填塞。相邻两桩施工间隔时间应不小于48 h。

在工程施工中，每根喷射固结体的浆液用量用下式计算

式中　Q——每根喷射固结体的浆液用量，L；

H——喷射固结体长度，m；

V——喷管提升速度，cm/min；

q——高压注浆泵的排浆量，L/min；

β——浆液损失系数，一般取0.1～0.2。