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1、第11章 高压喷射注浆法,11.1 概述11.2 加固机理11.3 设计计算11.4 施工方法11.5 质量检验,11.1 概述 高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为2040Mpa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。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)三种形式(图111)。,一、高压喷射注浆管的工艺类型 当前，高压喷射注浆管的基本工艺类型有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法。单管法 单管旋喷注浆
2、法是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置人土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液和土体搅拌混合，凝固形成一定形状的固结体。如下图11-2所示：,2.二重法 使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，最后在土中形成较大的固结体。固结体的范围明显增加(图113)。这种方法日本称为JSG工法。,3三重管法 使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管，使用高压发生装置，进行高压
3、水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为0.53MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动，最后便在土中凝固为较大的固结体(图114)。这种方法日本称CJP工法。,4.多重管法 这种方法需要在地面钻一个导孔，然后置入多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压力水射流（压力40MPa），切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。,二、高压喷射注浆法的特征1.适用范围广2.施工方便3.可控制固体形状4.可垂直、倾斜和水平喷射5.耐久性好6.料源广阔7.设备简单,三、高压喷射注浆法的适用范围1.土质条件适用范围 由于高压喷射注浆使用的压力大
4、，喷射流的能量大、速度快。实践表明，本法对淤泥、淤泥质土、黏性土、粉性土、砂土、素填土等地基都有良好的处理效果。2.工程使用范围 高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑地基加固、深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。,（1）增加地基强度 1)提高地基承载力，整治既有建筑物沉降和不均匀沉降的托换工程。2)减少建筑物沉降，加固持力层或软弱下卧层。3)加强盾构法和顶管法的后座，形成反力后座基础。（2）挡土围堰及地下工程建设 1)保护邻近构筑物(图116)。2)保护地下工程建设(图117)。3)防止基坑底部隆起(图118)。（3）增大土的摩擦力和黏聚力 1)防止小型坍方滑坡(图119)。2)锚固基础。,
5、(4)减少振动、防止液化 1)减少设备基础振动。2)防止砂土地基液化。(5)降低土的含水量 1)整治路基翻浆冒泥。2)防止地基冻胀。(6)防渗帷幕 1)河堤水池的防漏及坝基防渗(图1110)。2)帷幕井筒(图1111)。3)防止盾构和地下管道漏水漏气(图1112)。4)地下连续墙补缺(图1113)。5)防止涌砂冒水(图1114)。,11.2 加固机理一、高压水喷射流性质 高压水喷射流是通过高压发生设备，使它获得巨大能量后，从一定形状的喷嘴，用一 种特定的流体运动方式，以很高的速度连续喷射出来、能量高度集中的一股液流。在高压高速的条件下，喷射流具有很大的功率，其功率与速度和喷射流的压力的关系如下
6、表11-1所示。,二、高压喷射流的种类和构造高压喷射注浆所用的喷射流共有四种：（1）为单一的高压水泥浆喷射流；（2）二重管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流，组成为复合式高压喷射流；（3）三重管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流，组成为复合式高压喷射流；（4）多重管喷射流为高压水喷射流以上四种喷射流破坏土体的效果不同，但其构造可划分为单液高压喷射流和水（浆）气同轴喷射流两种类型。,（1）单液高压喷射流的构造（2）水（浆）气同轴喷射流的构造,三、加固地基处理1.高压喷射流对土体的破坏作用 破坏土体结构强度的最主要因素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要增加平均流
7、速，也就是需要增加旋喷压力，一般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上，这样就使射流像刚体一样，冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。,2.水（浆）、气同轴喷射流对土的破坏作用 单射流虽然具有巨大的能量，但由于压力在土中急剧衰减，因此破坏土的有效射程较短，致使旋喷固结体的直径较小。,旋喷时，喷射最终固结状况如图11-17所示。,定喷时，形成一个板状固结体，如图11-18所示。,3.水泥与土的固结机理 水泥与水拌合后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，它们可溶于水中，但溶解度不高，很快就达到饱和。这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。胶质物体有一部分混在水中悬浮，后
8、来就包围在水泥微粒的表面，形成一层胶凝薄膜。,会产生下列现象：胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速，结合更密；由于微晶(结晶核)的产生进而生出结晶体，结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始；水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完了，水化过程是一个长久的过程。,四、加固土的基本性质1.直径或长度 旋喷固结体的直径大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。旋喷桩的设计直径见表112。,2.固结体形状 按喷嘴的运动规律不同而形成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状
9、、板墙状、扇形壁状等。同时因土质和工艺不同而有所差异。3.重量 固结体内部土粒少并含有一定数量的气泡，因此，固结体的重量较轻，轻于或接近于原状土的密度。4.渗透系数 固结体内虽有一定得孔隙，但这些孔隙并不贯通，而且固结体有一定一层较致密的硬壳，其渗透系数达10-6cm/s或更小，故具有一定得防渗性能。,5.强度 一般在粘性土和黄土中的固结体，其抗压强度可达510MPa，砂类土和砂砾层中的固结体其抗压强度可达820MPa，固结体的抗拉强度一般为抗压强度的1/101/5.6.单桩承载能力 旋转柱状固结体有较高的强度，外形凸凹不平，因此有较大的承载力，固结体直径愈大，承载力愈高。固结体的基本性状见表
10、11-3。,11.3 设计计算一、室内配方与现场喷射试验 为了解喷射注浆固结体的性质和浆液的合理配方，必须取现场各层土样，在室内按不同的含水量和配合比进行试验，优选出最合理的浆液配方。对重要的的工程，设计完成之后，要在现场进行试验，查明喷射固结体的直径和强度，验证设计的可靠性和安全度。二、固结体强度和尺寸强度取决以下因素：土质喷射材料及水灰比注浆管的类型和提升速度单位时间的注浆量,注浆材料为水泥时，固结体抗压强度的初步设定可参考表11-4.,三、承载力计算 用旋喷桩处理的地基，应按复合地基设计。旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验(见本书第14.5节)确定，也可按下式计算或结合
11、当地情况与其土质 相似工程的经验确定：,单位竖向承载力特征值可通过现场单桩荷载试验确定。也可按下式确定：式中 与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体）在标准养护条件下28d龄期的立方体抗压强度值（KPa）；,四、地基变形计算 旋喷桩的沉降计算应为桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值之和，计算时应按建筑地基基础设计规范(GB 50007)的有关规定进行计算。其中复合土层的压缩模量可按下式确定：,五、防渗堵水设计 防渗堵水工程设计时，最好按双排或三排布孔成帷幕(图11-19)。孔距应为1.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5R0最经济。若想增加每一排旋喷的交
12、圈厚度，可适当缩小孔距，按下式计算孔距：,定喷和摆喷是一种常用的防渗堵水的防水，相邻孔定喷连接形式见图11-20，其中(a)单喷嘴单墙首尾连接；(b)双喷嘴单墙前后对接；(c)双喷嘴单墙折线连接；(d)双喷嘴双墙折线连接；(e)双喷嘴夹角单墙连接；(f)单喷嘴扇形单墙首尾连接；(g)双喷嘴扇形单墙前后对接；(h)双喷嘴扇形单墙折线连接。,六、基坑坑内内加固设计加固形式有以下几种：(1)排列布置形式：块状、格栅状、墙状、柱状。,(2)平面设计形式：满堂式、中空式、格栅式抽条式、裙边式、墩式、墙式。,(3)竖向设计形式：平板式、夹层式、满坑式阶梯式(图11-24)。,七、浆量计算 有两种计算方法：
13、1)体积法，2)喷量法。取其大者作为设计喷射浆量。1.体积法2.喷量法式中Q需要用的浆量(m3),八、浆液材料与配方浆液应具备以下特性：1.有良好的可喷性2.有足够的稳定性3.气泡少4.调剂浆液的胶凝时间5.有良好的力学性能6.无毒、无臭7.结石率高水泥最为便宜且取材容易，是喷射注浆的基本浆材,11.4 施工方法,一、施工机具 主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。喷射种类不同，所使用的机器设备和数量均不同。喷嘴是直接明显影响喷射质量的主要因素之一。喷嘴通常有圆柱形、收敛圆锥形和流线行三种。(图11-25),除了喷嘴的形状影响射流特性值外，喷嘴的内圆锥角的大小对射流的影响也是比较明显的。试验表
14、明：当圆锥角为130140时，由于收敛断面直径等于出口断面直径，流量 损失很小，喷嘴的流速流量值较大。,当喷射压力、喷射浆量和喷嘴个数已选定时，喷嘴直径d0可按下式计算：,根据不同的工程要求可按图11-27选择不同的喷头形式。,各种高压喷射注浆法主要施工机器及设备一览表,二、施工工艺1.钻机就位 钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5。2.钻孔3.插管插管是将喷管插入地层预定的深度。4.喷射作业5.冲洗 喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。6.移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。,常用高压喷射注浆主要工艺技术参数,三、施工
15、注意事项(1)钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，倾角与设计误差一般不的大于0.50。(2)喷射注浆前要检查；高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物。(3)喷射注浆作业后，由于浆液析水作用。一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌。并要预防其他钻孔排出的泥土或杂物进入。(4)为了加大固结体尺寸，或为了对深层硬土避免固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施，也可以采用复喷工艺。,(5)在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，及时了解土层情况，喷
16、射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。(6)对冒浆应妥善处理，及时清除沉淀的泥渣。在砂层中用单管或二重管注浆旋喷时，可以利用冒浆进行补灌已施工过的桩孔。但在黏土层、淤泥层旋喷或用三重管注浆旋喷时，因冒浆中掺入黏土或清水，故不宜利用冒浆回灌。(7)在软弱地层旋喷时，固结体强度低。可以在旋喷后用砂浆泵注入M15砂浆来提高固结体的强度。(8)在湿陷性地层进行高压喷射注浆成孔时，如用清水或普通泥浆作冲洗液，会加剧沉降，此时宜用空气洗孔。(9)在砂层尤其是干砂层中旋喷时，喷头的外径不宜大于注浆管，否则易夹钻。,11.5 质 量 检 验,高压喷射注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯、标准贯人试验、载荷试验或围井注水试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。检验点应布置在下列部位：(1)有代表性的桩位；(2)施工中出现异常情况的部位；(3)地基情况复杂，可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。检验点的数量为施工孔数的1，并不应少于3点。质量检验宜在高压喷射注浆结束28d后进行。,结束！,
