高壓噴射注漿法概述

1、6.3 高壓噴射注漿法1.概述2.加固機(jī)理 3.設(shè)計(jì)計(jì)算4.施工 5.質(zhì)量檢驗(yàn) 6.3 高壓噴射注漿法 6.3.1 概述 高壓噴射注漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20-40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。 高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。當(dāng)土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或有較高的有機(jī)質(zhì)時，以及地下水流速過大和已涌水的工程，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果確定其適用性。 高壓

2、噴射注漿法一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡稱旋噴)、定向噴射(簡稱定噴)和擺動噴射(簡稱擺噴)三種形式。 定噴及擺噴兩種方法通常用于基坑防滲、改善地基土的水流性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。1.單管法：噴射高壓水泥漿液一種介質(zhì)；2.雙管法：噴射高壓水泥漿液和壓縮空氣二種介質(zhì)；3.三管法：噴射高壓水流、壓縮空氣及水泥漿液等三種介質(zhì)由于上述3種噴射流的結(jié)構(gòu)和噴射的介質(zhì)不同，有效處理長度也不同，以三管法最長，雙管法次之，單管法最短。 實(shí)踐表明，旋噴形式可采用單管法、雙管法和三管法中的任何一種方法。定噴和擺噴注漿常用雙管法和三管法。4.多重管法：高壓水流和超高壓水射流，被沖下的土全部抽出地面再用其他材料充填。1. 高壓噴射

3、注漿法的工藝類型分類依據(jù)類 別主 要 特 點(diǎn)噴射流的移動方式定向噴射(定噴) 噴射時噴嘴只提升，噴射的方向固定不變，固結(jié)體呈板壁狀擺動噴射(擺噴) 噴射時噴嘴邊提升，噴射的方向呈較小角度來回?cái)[動，固結(jié)體呈較厚墻狀旋轉(zhuǎn)噴射(旋噴) 噴射時噴嘴邊旋轉(zhuǎn)邊提升，固結(jié)體呈圓柱狀注漿管類型單管法用單層注漿管，只噴射漿液二重管法用雙層注漿管，噴射漿、氣同軸射流三重管法用三層注漿管，噴射水、氣同軸射流，同時注入漿液多重管法用多層注漿管，噴射超高壓水射流，被沖下的土全部抽出地面再用其他材料充填置換的程度半置換法被沖下的土部分排出地表，余下的和漿液攪拌混合凝固全置換法被沖下的土全部排出地表，形成的空間用其他材料充

4、填高壓噴射注漿法分類單管旋噴注漿法： 是利用鉆機(jī)等設(shè)備，把安裝在注漿管（單管）底部側(cè)面的特殊噴嘴置入土層預(yù)定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20Mpa左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動，使?jié){液與從土體上崩落下來的土攪拌混合，經(jīng)過一定時間凝固，便在土中形成圓柱狀的固結(jié)體。日本稱為CCP工法。a)單管法：b）二重管法：使用雙通道的二重注漿管。當(dāng)二重注漿管鉆進(jìn)到土層的預(yù)定深度后，通過在管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和空氣兩種介質(zhì)的噴射流沖擊破壞土體。即以高壓泥漿泵等高壓發(fā)生裝置噴射出20Mpa左右壓力的漿液，從內(nèi)噴嘴中高速噴出。并用0.7M

5、pa左右壓力把壓縮空氣，從外噴嘴中噴出。在高壓漿液流和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體。日本稱為JSG工法。c）三重管法： 使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重注漿管。在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生20MPa左右的高壓水噴射流的周圍，環(huán)繞一股0.7MPa左右的圓筒狀氣流，進(jìn)行高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再另由泥漿泵注入壓力為25MPa的漿液填查，并將噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升，最后便在土中凝固為直徑較大的圓柱狀固結(jié)體見圖。日本稱CJP工法。d）多重管法：首先在地面鉆一個導(dǎo)孔，然后置入多重管，用逐

6、漸向下運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)高速壓力水射流（40MPa)切削破壞四周土體，經(jīng)高壓水沖擊下來的土和石成為泥漿后，立即用真空泵從多重管抽出。如此反復(fù)地沖和抽，便在地層中形成一個較大的空間。裝在噴嘴附近的超聲波傳感器及時測出空間的直徑和形狀，最后根據(jù)工程需要選用漿液，砂漿，礫石等材料進(jìn)行充填。于是形成一個大直徑固結(jié)體，在砂性土中最大直徑達(dá)4m.日本稱為SSS-MAN工法1. 適用的范圍較廣。2. 施工簡便。3. 固結(jié)體形狀可以控制。4. 既可垂直噴射也可傾斜和水平噴射。5. 有較好的耐久性。6. 料源廣闊，價格低廉。7. 設(shè)備簡單，管理方便。 2.高壓噴射注漿法的主要特征1.高壓噴射注漿法適用于下列哪些地基土?

7、（A）淤泥 (B)粘性土 (C)砂土 (D)碎石土 (E)有機(jī)質(zhì)土2.高壓噴射注漿法根據(jù)噴射流移動方向可分為:(A)定噴 (B)擺噴 (C)旋噴3.高壓噴射注漿法根據(jù)工藝可分為:(A)單管法 (B)二重管法 (C)三重管法 (D)多重管法4.單重管法的噴射流由以下哪些部分組成?5.二重管法的噴射流由以下哪些部分組成?6.三重管法的噴射流由以下哪些部分組成?7.多重管法的噴射流由以下哪些部分組成?(A)高壓水泥漿液 (B)高壓水流 (C)壓縮空氣 (D)水泥漿液 (E)其他材料8.定噴和擺噴形式可采用下列哪幾種工藝方法?(A)單管法 (B)二重管法 (C)三重管法 (D)多重管法1.A,B,C,

8、D;2.A,B,C；3.A,B,C,D；4.A;5.A,C;6.B,C,D;7.B,E;8.B,Ca)土質(zhì)條件： 主要適用于軟弱土層，如第四紀(jì)的沖(洪)積層、殘積層及人工填土等。對于地下水流速過大噴射漿液無法在注漿管周圍凝固、無填充物的巖溶地段、凍土和對水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基，均不宜采用高壓噴射注漿法。b)工程適用范圍： 提高地基強(qiáng)度，保護(hù)圍堰及地下工程建設(shè)，增大土的摩擦力和粘聚力，減少振動防止液化，降低土的含水量，防滲帷幕工程，防止洪水沖刷等工程。2.高壓噴射注漿法的適用范圍1、增加地基強(qiáng)度。 提高地基承載力，整治已有建筑物沉降和不均勻沉降的托換工程； 減少建筑物沉降，加固持力層或軟弱下臥層；

9、 加強(qiáng)盾構(gòu)法和頂管法的后座，形成反力后座基礎(chǔ)。 2、擋土圍堰及地下工程建設(shè)。 保護(hù)鄰近建、構(gòu)筑物； 保護(hù)地下工程建設(shè)； 防止基坑底部隆起。適用范圍3、增大土的摩擦力和粘聚力。 防止小型坍方滑坡； 錨固基礎(chǔ)。4、減少振動、防止液化。 減少設(shè)備基礎(chǔ)振動； 防止砂土地基液化。 5、降低土的含水量。 整治路基翻漿冒泥； 防止地基凍隆。 6、防滲帷幕。 河堤水池的防漏及壩基防滲； 帷幕井筒； 防止盾構(gòu)和地下管道漏水漏氣； 地下連續(xù)墻補(bǔ)缺； 防止涌砂冒水。 1)高壓噴射流的性質(zhì)： 高壓水噴射流是通過高壓發(fā)生設(shè)備，使它獲得巨大能量后，從一定形狀的噴嘴，用一種特定的流體運(yùn)動方式，以很高的速度連續(xù)噴射出來的，能

10、量高度集中的一股液流。6.3.2 加固機(jī)理噴嘴壓力pa/Mpa噴嘴出口孔徑d0(cm)流速系數(shù)流量系數(shù)射流速度v0(m/s)噴射功率N(kW)10 0.300.9630.9461368.520 19224.130 24344.440 28068.35031395.4噴射流的速度與功率 2)高壓噴射流的種類和構(gòu)造: 1.高壓噴射流的種類： (1)單噴射流：單一的高壓水泥漿噴射流； (2)二重管噴射流：高壓漿液噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣噴射流，組成為復(fù)合式高壓噴射流； (3)三重管噴射流：高壓水噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣噴射流組成，亦為復(fù)合式高壓噴射流； (4)多重管噴射流：高壓水噴射流。 以

11、上四種噴射流破壞土體的效果不同，但其構(gòu)造可劃分為單液高壓噴射流和水(漿)、氣同軸噴射流二種類型。2.高壓噴射流的構(gòu)造： 單液高壓噴射流的構(gòu)造： 水（漿）氣同軸噴射的構(gòu)造：3）加固地基的機(jī)理：(一)高壓噴射流對土體的破壞作用 破壞土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的最主要因素是噴射動壓，根據(jù)動量定律，在空氣中噴射時的破壞力為：P：破壞力，kgms2；：密度，kgm3； Q：流量，m3s，Q=VmA；Vm：噴射流的平均速度，ms。A：噴咀斷面積，m2 （二） 水（漿）氣同軸噴射流對土體的作用： 單射流雖然具有巨大的能量，但由于壓力在土中急劇衰減，因此破壞土的有效射程較短，致使旋噴固結(jié)體的直徑較小。 當(dāng)在噴嘴出口的高壓

12、水噴流的周圍加上圓筒狀空氣射流，進(jìn)行水、氣同軸噴射時，空氣流使水或漿的高壓噴射流從破壞的土體上將土粒迅速吹散，使高壓噴射流的噴射破壞條件得到改善，阻力大大減少，能量消耗降低，因而增大了高壓噴射流的破壞能力，形成的旋噴固結(jié)體的直徑較大，(三).水泥與土的固結(jié)機(jī)理：4)加固土的基本性狀：1.直徑較大：單管一般為0.3-0.8m,三重管為0.7-1.8m,多重管為2.0-4.0m2.固結(jié)體形狀可不同：固結(jié)體的形狀可通過噴射參數(shù)來控制，大致可噴成均勻圓柱狀、非均勻圓柱狀、圓盤狀、板墻狀及扇形狀。3.重量輕：固結(jié)體內(nèi)部土粒少并含有一定數(shù)量的氣泡粘性土固結(jié)體比原狀土輕約10，但砂類土固結(jié)體也可能比原狀土重

13、10。4.滲透系數(shù)?。汗探Y(jié)體有一層較致密的硬殼，其滲透數(shù)達(dá)10-6cms或更小，故具有一定的防滲性能。5.固結(jié)強(qiáng)度高：橫斷面上中心強(qiáng)度低，外側(cè)強(qiáng)度高，與土交換的邊緣處有一圈堅(jiān)硬的外殼。6.單樁承載力高：旋噴柱狀固結(jié)體有較高的強(qiáng)度，外形凸凹不平，因此有較大的承載力，固結(jié)體直徑愈大，承載力愈高。1.高壓噴射注漿法加固地基的機(jī)理有：(A)高壓噴射流對土體的破壞作用 (B)水漿、氣同軸噴射流對土的破壞作用 (C)水泥與土的固結(jié)機(jī)理 (D)排水固結(jié)作用 (E)置換作用3.高壓噴射注漿法的有效處理長度應(yīng)按下列哪個次序依次排列?(A)三重管二重管單管 (B)三重管二重管單管 (C)三重管單管2.壓噴射注漿法

14、的有效噴射長度由哪幾個區(qū)域組成?(A)初期區(qū)域 (B)主要區(qū)域 (C)終期區(qū)域1.A,B,C,E; 2.A,B； 3.A； a) 工程地質(zhì)勘測和土質(zhì)調(diào)查：基巖形態(tài)，深度和物理力學(xué)特性，各土層層面的狀態(tài)，土 的種類及特性 b) 水文地質(zhì)情況：水位，土層的滲透性，附近地溝，暗河，地下水分布情況。 c) 環(huán)境調(diào)查：地形，地貌，施工現(xiàn)場的空間及地下埋設(shè)物狀態(tài)等 d) 室內(nèi)配方與現(xiàn)場噴射試驗(yàn)：為了決定注漿后固結(jié)體可能具有的強(qiáng)度和決定合理的配合比，采用現(xiàn)場的土樣進(jìn)行配比試驗(yàn)，優(yōu)選合理的漿液配方。對規(guī)模大及重要的工程，要在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，查明固結(jié)體的直徑，強(qiáng)度等。6.3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算1)設(shè)計(jì)前的調(diào)查準(zhǔn)備： a

15、)尺寸取決與土的類別及其密實(shí)程度，注漿管的類型，噴射技術(shù)參數(shù)(噴射壓力與流量，噴嘴直徑與個數(shù)，壓縮空氣的壓力，流量與噴嘴間隙，注漿管的提升速度與旋轉(zhuǎn)速度等） b)無試驗(yàn)資料的情況下，可對小型或不太重要的工程，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用表7-9所列數(shù)值。 c)對大型或重要的工程，應(yīng)通過現(xiàn)場噴射試驗(yàn)后開挖獲鉆孔采樣確定。2)固結(jié)體的尺寸a)強(qiáng)度取決與土質(zhì)，噴射材料及水灰比，注漿管的類型，提升速度及注漿量。b)固結(jié)強(qiáng)度以28天強(qiáng)度計(jì)算。c)注漿材料為水泥時，固結(jié)體強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)可參考表7-11.c)對大型或重要的工程，應(yīng)通過現(xiàn)場噴射試驗(yàn)后采樣測試來確定強(qiáng)度及滲透性等性質(zhì)。3)固結(jié)體的強(qiáng)度4) 豎向承載水泥攪拌樁復(fù)

16、合地基承載力特征值：復(fù)合地基容許承載力特征值(kPa)：樁間天然地基土容許承載力(kPa)；：樁土面積置換率；：樁間土承載力折減系數(shù)。當(dāng)樁端為軟土?xí)r 可取0.5-1.0；當(dāng)樁端為硬土?xí)r，可取0.1-0.4：單樁豎向承載力特征值(kPa)：樁的截面積（m2） 設(shè)計(jì)要求基底下復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到280kPa，現(xiàn)擬采用樁徑為0.5m的旋噴樁，樁身試塊的立方體抗壓強(qiáng)度平均值為7.0MPa，強(qiáng)度折減系數(shù)取0.33。已知樁間土承載力特征值120kPa，承載力折減系數(shù) 取0.45。若采用等邊三角形布樁，依據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)，旋噴樁的樁距最接近下列哪個值?(A)1.0m (B)

17、1.2m (C)1.5m (D)1.8m旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計(jì) 首先計(jì)算旋噴樁的單樁承載力。由于題中未提土的側(cè)阻力和端阻力，只能理解由土抗力計(jì)算的單樁承載力特征值高于按樁身材料強(qiáng)度控制的單樁承載力特征值。 單樁容許承載力：單樁容許承載力(kN)；：水泥土90d齡期的抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)； ：樁的截面積(m2)：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.3-0.4；：樁的周長(m)；：樁周第i層土的容許摩阻力。對淤泥可取5-8kPa； 對淤泥質(zhì)土可取8-12kPa；對粘性土可取12-15kPa：樁周第i層土的厚度(m)；：樁端天然地基土的承載力(kPa)；：樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4-0.6 樁

18、長以內(nèi)復(fù)合土層及嚇我地基變形應(yīng)按GB5007-2002有關(guān)規(guī)定計(jì)算，其中復(fù)合地基的壓縮模量可根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。)5)沉降計(jì)算a)加固地基豎向承載：平面布置根據(jù)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)確定。一般不少于4根。b)堵水防滲：最好按雙排或三排布孔形成帷幕。定噴和擺噴也是一種常用的堵水防滲方法，由于噴射出的板墻薄而長，不但成本較旋噴低，而且整體連續(xù)性也高。 7)布孔形式及孔距基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置200-300mm褥墊層。6)墊層定噴帷幕形式示意(a) 為單噴嘴單墻首尾連接；(b) 為雙噴嘴單墻前后對接；(c) 為雙噴嘴單墻折線連接；(d) 為雙噴嘴雙墻折線連接；(e) 為雙噴嘴夾角單墻連接；(f) 為單噴嘴扇形單墻首

19、尾連接；(g) 為雙噴嘴扇形單墻前后對接；(h) 為雙噴嘴扇形單墻折線連接。K2：未旋噴范圍土的填充率, 0.5-0.75H2：未旋噴長度，m； ：損失系數(shù), 0.10.2。H：噴射長度(m)q：單位時間噴射量(m3/min)v：提升速度（m/min)Q：需要用的漿量(m3)De：旋噴體直徑(m)Do：注漿管直徑(m)K1：填充率, 0.75-0.9h1：旋噴長度(m) 水泥是最便宜的注漿材料，種類也較多，是旋噴注漿的基本漿液。漿量計(jì)算方法有體積法和噴量法兩種。8）注漿材料及漿量計(jì)算體積法計(jì)算噴量法計(jì)算1）漿液特性：有良好的可噴性；有足夠的穩(wěn)定性；氣泡少；調(diào)劑漿液的膠凝時間；有良好的力學(xué)性能；

20、無毒，無臭；結(jié)石率高；9）漿液材料與配方2）漿液配方： a)普通型; b)速凝早強(qiáng)型； c)高強(qiáng)型； d)填充劑型; e)抗凍型; f）抗?jié)B型； 高壓噴射注漿施工程序如下： 打管旋噴漿開始噴漿噴漿結(jié)束移位重新噴射 施工機(jī)具有鉆機(jī)和高壓發(fā)生設(shè)備組成，由于噴射種類不同機(jī)器設(shè)備和數(shù)量均不同。6.3.4 施工施工注意事項(xiàng)：1.施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和地下埋設(shè)物的位置等情況，復(fù)核高壓噴射注漿的設(shè)計(jì)孔位。施工前，應(yīng)對照設(shè)計(jì)圖紙核實(shí)設(shè)計(jì)孔位處有無妨礙施工和影響安全的障礙物。如遇有上水管、下水管、電纜線、煤氣管、人防工程、舊建筑基礎(chǔ)和其他地下埋設(shè)物等障礙物影響施工時，則應(yīng)與有關(guān)單位協(xié)商清除或搬移障礙物或更改設(shè)計(jì)孔位。2.噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)3.水泥漿液的水灰比應(yīng)按工程要求確定，可取0.81.5，常用1.0。4.為了加大固結(jié)體尺寸，或在深層硬土中為了避免固結(jié)體尺寸減小，可以提高噴射壓力，泵量，降低回轉(zhuǎn)與提升速度，也可以采用復(fù)噴工藝。5.在高壓噴射注漿過程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應(yīng)查明原因并及時采取措施。6.當(dāng)高壓噴射注漿完畢后，或在噴射注漿過程中因故中斷，短時