高壓旋噴樁預支護.doc

4.軟弱地層中隧道圍巖預加固之高壓旋噴樁預支護4.1加固原理高壓旋噴樁施工技術(shù)是70年代日本首先提出，它是在靜壓灌漿的基礎上，引進水力采煤技術(shù)而發(fā)展起來的，是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，同時灌入水泥漿或復合漿形成凝結(jié)體，借以達到加固地基和防滲止水的目的。高壓旋噴樁加固技術(shù)是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水、（空氣）成為2040MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結(jié)體（即旋噴樁），以達到加固地基或止水防滲的目的。4.2工藝特點（1）施工機具設備簡單，施工簡便。（2）具有較好的耐久性，且料源廣闊，價格低廉。（3）噪聲小，無污染。4.3適用范圍 （1）受土層、土的粒度、土的密度、硬化劑粘性、硬化劑硬化時間影響小，可廣泛應用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉質(zhì)粘土、（亞粘土）、粉土（亞砂土）、砂土、黃土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多種土層。（2）可作為既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作為基礎防滲之用；可作為施工中的臨時措施（如深基坑側(cè)壁擋土或擋水、防水帷幕等），也可作為永久建筑物的地基加固、防滲處理。（3）當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性、地下水流速過大和已涌水的地基工程時，宜通過試驗確定其適用性。4.4設計要求1. 根據(jù)噴射方法的不同，噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。單管法：單層噴射管，僅噴射水泥漿。二重管法：又稱漿液氣體噴射法，是用二重注漿管同時將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體。在高壓漿液和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結(jié)體。三重管法：是一種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質(zhì)的三重注漿管，在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓水流的周圍環(huán)繞一股圓筒狀氣流，進行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中，噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升運動，使水泥漿與土混合，在土中凝固，形成較大的固結(jié)體，其加固體直徑可達2m。噴射注漿法的加固半徑和許多因素有關，其中包括噴射壓力P、提升速度S、被加固土的抗剪強度、噴咀直徑d和漿液稠度B。加固范圍與噴射壓力P、噴咀直徑d成正比，與提升速度S、土的抗剪強度和漿液稠度B成反比。加固體強度與單位加固體中的水泥摻入量和土質(zhì)有關。2. 高壓噴射注漿的成樁機理包括以下五種作用：（1）高壓噴射流切割破壞土體作用。噴射流動壓以脈沖形式?jīng)_擊破壞土體，使土體出現(xiàn)空穴，土體裂隙擴張。（2）混合攪拌作用。鉆桿在旋轉(zhuǎn)提升過程中，在射流后部形成空隙，在噴射壓力下，迫使土粒向著與噴咀移動方向相反的方向（即阻力小的方向）移動位置，與漿液攪拌混合形成新的結(jié)構(gòu)。（3）升揚置換作用（三重管法）。高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮氣體而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥漿液補充。（4）充填、滲透固結(jié)作用。高壓水泥漿迅速充填沖開的溝槽和土粒的空隙，析水固結(jié)，還可滲入砂層一定厚度而形成固結(jié)體。滲透部分攪拌混合部分硬化劑主體部分 旋噴樁體固結(jié)情況圖壓縮部分（5）壓密作用。高壓噴射流在切割破碎土層過程中，在破碎部位邊緣還有剩余壓力，并對土層可產(chǎn)生一定壓密作用，使旋噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。旋噴樁固結(jié)體情況圖所示。4.5施工工藝（1）鉆機定位。移動旋噴樁機到指定樁位，將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，放置平穩(wěn)、水平，鉆桿的垂直度偏差不大于1%1.5%。就位后，首先進行低壓（0.5MPa）射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。（2）制備水泥漿。樁機移位時，即開始按設計確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌1020分鐘，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(wǎng)（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網(wǎng)（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。（3）鉆孔（三重管法）。當采用地質(zhì)鉆機鉆孔時，鉆頭在預定樁位鉆孔至設計標高（預鉆孔孔徑為15cm）。（4）插管（單重管法、二重管法）。當采用旋噴注漿管進行鉆孔作業(yè)時，鉆孔和插管二道工序可合而為一。當?shù)谝浑A段貫入土中時，可借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為：啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉；直到樁底設計標高，觀察工作電流不應大于額定值。三重管法鉆機鉆孔后，拔出鉆桿，再插入旋噴管。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可用較小壓力（0.51.0MPa）邊下管邊射水。（5）提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設計深度后，停止鉆進，旋轉(zhuǎn)不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值（2040MPa），坐底噴漿30s后，邊噴漿，邊旋轉(zhuǎn)，同時嚴格按照設計和試樁確定的提升速度提升鉆桿。若為二重管法或三重管法施工，在達到設計深度后，接通高壓水管、空壓管，開動高壓清水泵、泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉(zhuǎn)，并用儀表控制壓力、流量和風量，分別達到預定數(shù)值時開始提升，繼續(xù)旋噴和提升，直至達到預期的加固高度后停止。（6）樁頭部分處理。當旋噴管提升接近樁頂時，應從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。（7）若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復噴漿、攪拌：按上述46步驟重復噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關閉高壓泥漿泵（清水泵、空壓機），停止水泥漿（水、風）的輸送，將旋噴漿管旋轉(zhuǎn)提升出地面，關閉鉆機。（8）清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。（9）移位。移動樁機進行下一根樁的施工。（10）補漿。噴射注漿作業(yè)完成后，由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，要及時用水灰比為1.0的水泥漿補灌。l 推薦的主要施工技術(shù)參數(shù)：（1）單重管法。漿液壓力2040MPa，漿液比重1.301.49，旋噴速度20rmin，提升速度0.20.25m/min，噴嘴直徑23mm，漿液流量80100L/min（視樁徑流量可加大）。（2）二重管。法漿液壓力2040MPa，壓縮空氣壓力0.70.8MPa。（3）三重管。法漿液壓力0.20.8MPa，漿液比重1.601.80，壓縮空氣壓力0.50.8MPa，高壓水壓力3050MPa。泥漿排放處理鉆機就位調(diào)整鉆架角度鉆 孔插 管試 噴高壓噴射注漿作業(yè)噴射結(jié)束拔 管樁機移位機具清理準備工作制 漿一級過濾二級過濾高壓泵對漿液加壓啟動高壓清水泵、空壓機供水、風 施工工藝流程圖 4.6高壓旋噴樁預支護小結(jié)帶孔口止?jié){器的全方位高壓噴射注漿施工方法在水平及仰角噴射注漿時可實現(xiàn)孔內(nèi)漿液的飽滿和壓力控制, 確保注漿體質(zhì)量, 減少對地層的消弱, 從而控制地基變形( 廢漿液通過導流管實現(xiàn)有組織排放, 避免施工環(huán)境污染。有效地解決了現(xiàn)有水平旋噴工法存在的成樁質(zhì)量、變形控制和環(huán)境污染等問題( 操作方便質(zhì)量可控高效快速和經(jīng)濟環(huán)保, 同時也更為安全可靠完成的高壓噴射注漿加固體或拱棚具有更高的強度、更好的抗?jié)B性和更強的抵抗上覆土層或