三重管噴射注漿工法旋噴樁

1、三重管噴射注漿工法(三重管 旋噴樁)加固地基 三重管噴射注漿法(Jet Grout in g),在我國又稱為“三重管旋噴樁”，是 70 年代開發(fā)的一種新型地基加固技術(shù)， 迄今已得到廣泛應(yīng)用。在地基加固方法中， 有一種歷史悠久的靜壓化學(xué)或水泥注漿法(Injection)，它是將不同性質(zhì)的硬化 劑(化學(xué)藥品或水泥)，用壓力注入地基中，用以改良土的性質(zhì)。這種方法主要 適用于砂類土，也可應(yīng)用于粘性土。但是，在很多情況下，由于土層和土性的 關(guān)系，其加固效果常不為人們所控制，尤其是在沉積的分層地基和夾層多的地 基中，注入劑往往沿著層面流動；在細(xì)顆粒的土中，注入劑難以滲透到顆粒的 孔隙中。因此，經(jīng)常出現(xiàn)加固

2、效果不明顯或很不均勻的情況。 高壓噴射注漿法克服了上述注入法的缺點，將注入劑形成高壓噴射流，借助高 壓噴射流的切削和混合，使硬化劑和土體混合，達(dá)到改良土質(zhì)的目的。 化學(xué)注漿法、水泥注漿法主要適用于砂土、砂石，而噴射注漿法幾乎適用于所 有的土。 70年代初期，日本最先把高壓噴射技術(shù)用于地基加固和防水帷幕，形成一種特 殊的地基加固技術(shù)，即所謂 CCP工法(Chemical Churning Pile)。此后，70 年代中期又開發(fā)了同時噴射高壓冰液和壓縮空氣的二重管法，最后形成噴 射 高壓清水，壓縮空氣和低壓漿液的三重管法。這種方法比單管法、雙重管 法加固直徑大，不需要采用高壓泥漿泵，成為國內(nèi)外應(yīng)用

3、最廣的噴射注漿法。 目前，在世界數(shù)百項工程中獲得應(yīng)用，使用的國家有日本、德國、美國、英國、 意大利、瑞典、原蘇聯(lián)、新加坡等，使用的項目包括深基坑開挖中的擋土或隔 水，盾溝工程起始和終端部位的土體加固，舊有房屋、橋梁地基補(bǔ)強(qiáng)或舊有建 筑物臨近工程的施工等。 冶金部建筑研究總院于1978年結(jié)合寶鋼工程，研究并成功的將三重管噴射注漿 法應(yīng)用于深基坑的加固。1980年通過冶金部組織的鑒定會，并于同年被評為冶 金部重大科技成果獎3等獎。 目前，我國在冶金、鐵路、水利、城市建設(shè)各部門已分別在深基坑開挖、橋墩 加固、水壩壩基防滲、舊有建筑物地基加固等方面廣泛應(yīng)用了這種辦法。 一、特點與適用范圍 三重管噴射注

4、漿法是一種具有特殊功能的地基加固方法。在許多工程實例中， 往往與包括樁基及其它地基處理方法相比，噴射注漿法是一種最優(yōu)的選擇，有 些情況則是唯一選擇。因此它是一種新的、具有很強(qiáng)生命力的地基加固技術(shù)。 噴射注漿法加固地基的主要優(yōu)點如下: 受土層、土的粒度、土的密度、硬化劑粘性、硬化劑硬化時間的影響較小， 可廣泛適宜竽淤泥、軟弱粘性土、砂土甚至砂卵石層等多種土質(zhì)。 (2) 可采用價格便宜的水泥作為主要硬化劑，加固體的強(qiáng)度較高，根據(jù)土質(zhì)不同， 加固體的強(qiáng)度可為5001000kPa (3) 可以有計劃地在預(yù)定的范圍內(nèi)注入必要的漿液，形成一定間距的樁，或連成 一片樁或薄的帷幕墻，加固深度可自由調(diào)節(jié)，連續(xù)或

5、分段均可。 采用相應(yīng)的鉆機(jī)，不僅可以形成垂直的樁，也可以形成傾斜的樁。 (5)可以作為施工中的臨時措施，也可作為永久建筑物的地基加固，尤其是對已 有建筑物地基補(bǔ)強(qiáng)和基坑開挖中需要對臨近舊建筑物加以保護(hù)時，這種方法能 發(fā)揮其特殊作用。 根據(jù)加固所起作用，噴射注漿法可以分為下列不同目的： (1) 止水，形成防水帷幕，隔斷地下水的滲流。 (2) 防止坑底部粘性土涌土或砂性土管涌或側(cè)壁擋土。 對相臨構(gòu)筑物或地下埋設(shè)物的保護(hù)。 (4) 舊有構(gòu)筑物地基的補(bǔ)強(qiáng)。 (5) 樁基礎(chǔ)的代用。 (6) 地下盾構(gòu)法等頂管施工始末端的加固。 二、加固原理與加固方法 由鉆機(jī)操作特殊的三重噴射管，噴射管端部由三個噴嘴，分別

6、噴射高壓水，壓 縮空氣和水泥漿。由高壓水和壓縮空氣形成的噴射流用以切削土體，由另一噴 嘴噴出之水泥漿與被切割的土混合，形成水泥、土混合體，達(dá)到加固土的目的。 由于由鉆機(jī)操作的噴射管邊噴射，邊旋轉(zhuǎn)，邊提升，從而形成具有較高強(qiáng)度的 柱狀水泥土加固體，稱之為旋噴樁。如果邊噴射邊提升而不旋轉(zhuǎn)，則在土層中 片狀的范圍內(nèi)實現(xiàn)水泥與土的混合。 三重管噴射注漿法加固地基分成兩個階段，第一階段為成孔階段，即采用普通 的(或?qū)Ｓ玫?鉆機(jī)，驅(qū)動密封良好的噴射管和帶有橫向噴嘴的特制噴射頭進(jìn) 行成孔。成孔時采用水沖的方法，使噴射頭達(dá)到預(yù)定的深度(圖1-(a)。 第二階段為噴射加固階段，即用高壓水，水泥漿 （或加入其它外

7、摻劑）以及壓縮 空氣，通過噴射管由噴射頭上的橫向噴嘴向土中噴射。與此同時，鉆桿一邊旋 轉(zhuǎn)，一邊向上提升使水泥漿與土混合（圖1-（b） o 有時，根據(jù)工程需要，也可形成“片狀”加固體，例如隔水帷幕。此時，只要 在噴射時，鉆桿只提升，而不旋轉(zhuǎn)，即所謂定向噴射?；蛘?，只在一定的角度（如 120 ）內(nèi)擺動，即所謂擺動噴射。 三重管噴射注漿法施工設(shè)備平面布置概括如圖2所示。 當(dāng)?shù)谝浑A段貫入土中時，可借助噴射管本身的噴射貫入，只是在必要時，才在 地基中預(yù)先成孔（孔徑為 15cm）。，放入噴射管進(jìn)行噴射加固。 由于噴射注漿法沒有系統(tǒng)的專用機(jī)具，因此施工機(jī)具需因地制宜地加以選擇。 三、施工工藝 （1）鉆機(jī)就位

8、：噴射 頭正對孔位中心，使噴射管的軸線正對鉆孔中心，一般垂 直度偏差應(yīng)小于1.5%（圖3-a）。 （2）成孔：在空壓機(jī)、清水泵、泥漿泵低壓狀態(tài)下，將噴頭送至設(shè)計標(biāo)高（圖3-b） o （3）噴射提升：使高壓水、壓縮空氣、水泥漿均達(dá)到預(yù)定噴射壓力后，按設(shè)計施 工參數(shù)（提升和旋轉(zhuǎn)速度）邊旋轉(zhuǎn)，邊提升（圖3-c），提完每段鉆桿后，相臨鉆 桿應(yīng)搭接20cm施工時應(yīng)做好原始記錄。 沖洗：噴射完一孔后（如圖3-d），應(yīng)將所有管道沖洗，特別應(yīng)將漿管中的泥 漿排盡。（5）移位。 四、主要施工機(jī)具 三重管噴射注漿法施工的主要機(jī)具有以下幾種： 1. 咼壓泵 高壓泵為柱塞式高壓清水泵。高壓泵的壓力通常要求能在15.0

9、MPa以上。一個 良好的高壓泵應(yīng)能在高壓下持續(xù)工作，設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)和密封系統(tǒng)應(yīng)有良好的 耐久性。 2. 泥漿泵 泥漿泵用在三重管旋噴中輸送水泥漿之用。實際使用壓力控制在200Pa左右, 根據(jù)使用情況來看，由于水泥漿對機(jī)械和密封系統(tǒng)均易產(chǎn)生磨損，致使泥漿因 此而不能順利吸入與排出。因此，對泥漿泵的維護(hù)和檢修是十分必要的。 3. 空壓機(jī) 采用的有6m3/min、9m3/min、柴油空壓機(jī)或電動空壓機(jī)，工作壓力為 70Pa,旋 噴中當(dāng)保持管線中壓力為4055Pa時，空氣實際排量為1m3/min左右。 4. 鉆機(jī) 噴射注漿法采用的鉆機(jī)，通常不是專門特制的，而是對一般勘探用鉆機(jī)，根據(jù) 噴射工藝的要求(提

10、升速度和旋轉(zhuǎn)速度)加以適當(dāng)改制。但鉆機(jī)的靈活性及功能 對噴射注漿法的施工水平起著重要使用。為了適于噴射注漿法施工的要求，冶 金工業(yè)部建筑研究總院已開發(fā)了專用的旋噴鉆機(jī)。日本、德國、意大利等國一 些專業(yè)施工公司，均開發(fā)采用各具特色的旋噴鉆機(jī)。 5. 其他機(jī)具 (1) 噴射管：三重管法的噴射管要同時輸送水、 壓縮空氣和水泥漿，而這三種介 質(zhì)均有不同的壓力，因此，噴射管必須保持不漏、不串、不堵，加工精度嚴(yán)格， 否則將難以保證施工質(zhì)量。 (2) 其他儀表：施工質(zhì)量管理在噴射注漿法中是至關(guān)重要的。過去多采用人工讀 數(shù)記錄方法。工程實踐表明，采用各種相應(yīng)的儀表進(jìn)行控制和記錄是十分必要 的。其中主要有記錄泵

11、的壓力、液量和空壓機(jī)的送風(fēng)量，記錄壓縮空氣量的為 玻璃轉(zhuǎn)子流量計。 五、施工人員及施工管理 (一)施工人員 每班配制人員20-25人 (1) 班長，1人，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指揮各機(jī)具操作人員之間的聯(lián)系 (2) 泵工，2-3人，負(fù)責(zé)泥漿泵及清水泵操作。 (3) 空壓機(jī)工，1人，負(fù)責(zé)空壓機(jī)操作。 (4) 鉆機(jī)，2人，負(fù)責(zé)鉆機(jī)操作。 (5) 攪拌工，8-10人，負(fù)責(zé)拌制水泥漿 (6) 機(jī)修工，2人，負(fù)責(zé)各種機(jī)具維修。 (7) 電工，1人，負(fù)責(zé)各機(jī)具安全用電兼負(fù)責(zé)施工安全。 (8) 記錄員，1人，負(fù)責(zé)施工記錄。 (9) 技術(shù)員，1人，負(fù)責(zé)施工技術(shù)工作。 (二)施工管理 1. 技術(shù)管理 由技術(shù)員負(fù)責(zé)，具體職責(zé)為：

12、監(jiān)督施工參數(shù)及處理施工時發(fā)生的臨時變更情況， 及時與設(shè)計單位聯(lián)系。 2. 質(zhì)量管理 由當(dāng)班班長與操作工建立TQC小組，班長負(fù)責(zé)監(jiān)督實施設(shè)計施工參數(shù)，嚴(yán)格按 操作規(guī)程操作，并作好施工記錄，發(fā)現(xiàn)問題，及時與技術(shù)員聯(lián)系解決，定期進(jìn) 行TQC?活動，保證施工質(zhì)量。 3. 安全管理 (1) 施工場地平整，以防鉆機(jī)傾斜或沉陷。 (2) 及時檢查各高壓管接頭的可靠性，防止高壓管暴裂傷人。 (3) 及時檢查各操作工的操作程序，嚴(yán)防違章操作。 (4) 三重管噴射注漿電路復(fù)雜，應(yīng)經(jīng)常檢查，排除隱患，做好安全用電。 六、加固質(zhì)量及效果檢驗 三重管噴射注漿法效果檢驗主要有： 1. 開挖檢查 待凝固一周后進(jìn)行開挖，將固

13、結(jié)體露出，檢查固結(jié)體的直徑，并現(xiàn)場取樣到 室內(nèi)加工成標(biāo)準(zhǔn)試塊，檢查各齡期樁體的單軸抗壓強(qiáng)度，變形特性以及水泥含 量等。試塊制作按7X 7X 7cm立方體作抗壓強(qiáng)度試驗。當(dāng)用作單軸及三軸抗壓 強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度時需按試驗要求制作試塊。 2. 冒漿體試塊試驗 取施工過程中的冒漿體，做成試塊，試驗其特性。此項試驗可以用作判斷強(qiáng)度 的參考。所取的冒漿應(yīng)取噴射后期，即水泥與土混合的狀態(tài)已接近地下實際混 合狀態(tài)的冒漿。 3. 鉆孔取芯 檢查樁體的均勻性，并可檢驗其強(qiáng)度。由于受到水泥土的強(qiáng)度不高和樁徑垂直 度的影響，取芯工作必須十分仔細(xì)才能取得好的效果。 4. 鉆孔注水試驗 檢查其滲透特性。 5. 標(biāo)貫試驗 據(jù)

14、標(biāo)貫擊數(shù)，確定其承載特性。 6. 現(xiàn)場荷載試驗 確定單樁承載力或復(fù)合地基承載力。 7. 其它試驗方法 室內(nèi)漿液配方試驗，現(xiàn)場施工參數(shù)試驗等。 上述檢驗項目，應(yīng)結(jié)合工程要求和條件加以確定。其試驗方法均參照工程地質(zhì) 勘察和建筑材料試驗中相應(yīng)的方法進(jìn)行。 七、工程實例 1. 寶山鋼鐵總廠工程的深基坑開挖 寶山鋼鐵總廠初軋1號鐵皮坑的平面尺寸為18.3 X 45.3m,深度為22.3m,與 系列正在施工的重要設(shè)備基礎(chǔ)和廠房樁基礎(chǔ)相鄰，因此必須確保鐵皮坑在施工 過程中的穩(wěn)定性以及減少其對相鄰基礎(chǔ)的影響。經(jīng)過對多種地基加固方案分析 對比后，確定采用三重管噴射注漿法加固基坑底部。 土層情況在基坑深度范圍內(nèi)，

15、基本上為淤泥質(zhì)亞粘土和淤泥質(zhì)粘土，強(qiáng)度極低。 首先在基坑的四周設(shè)置兩層井點降水，開挖到 -9.8m標(biāo)高，然后在基坑周圍打 板樁，并對基坑底部標(biāo)高以下進(jìn)行地基加固。在完成噴射 注漿法加固地基后， 繼續(xù)進(jìn)行基坑的開挖。加固厚度 4.5m,樁距橫向采用0.7D，縱向采用0.8D（D 為設(shè)計樁徑，通過試驗取1.5m）。為了達(dá)到良好的支撐作用，在板樁附近的樁 距有所減小。樁的總數(shù)為695根，總長為3000延米。 2. 安徽六合滁河大橋橋墩加固 安徽六合滁河大橋是礦山鐵路專用的五孔雙曲拱橋，單孔跨度為 25m地層自 地表起分別為軟塑亞粘土、輕亞粘土。橋墩基礎(chǔ)采用 100cm灌注樁。南北橋 頭為了抵抗水平推

16、力，采用混凝土和毛石砌體作為支座。與橋頭毗鄰的路基采 用高填方路堤。因原地形低洼，填土高度約為37m由于路堤荷載的影響，產(chǎn) 生不均勻沉降，而使橋墩產(chǎn)生位移，引起橋拱的開裂。裂縫寬度最大約為0.2mm 為了阻止混凝土墩和毛石砌體的不均勻沉降以及橋墩的水平位移，決定采用旋 噴樁進(jìn)行加固，同時采用擴(kuò)大混凝土墩面積，增設(shè)灌注樁與其相連以及對毛石 墩注漿加固的綜合方案。 旋噴樁的主要作用在于防止相鄰填方、鐵路荷載引起的附加沉降繼續(xù)發(fā)展，同 時增加土體水平抵抗力。為了防止在加固工程中，由于土體短時間內(nèi)強(qiáng)度降低 而發(fā)生意外的沉降，因此對橋體的沉降和位移進(jìn)行了監(jiān)測。橋拱上的旋噴樁的 施工量總計為2000延米。

17、 3. 旋噴樁一灌注樁組合擋土壁 武漢鋼鐵公司翻車機(jī)室廊道基坑開挖時，（基礎(chǔ)深4.510.0m），設(shè)計用鉆孔灌 注樁擋土，維持邊坡穩(wěn)定，由于坑邊坡范圍內(nèi)有一層透水性較好的土層，預(yù)計 基礎(chǔ)開挖后將大量涌水，最后確定在兩根鉆孔灌注樁之間加一根三重管旋噴樁， 形成組合式擋土結(jié)構(gòu)，用以擋土和截水，設(shè)計總樁數(shù)144根，總延米數(shù)為1600m 開挖結(jié)果表明，三重管噴射注漿法隔水效果良好。 4. 加固設(shè)備基礎(chǔ) 大港電廠翻車機(jī)室地基為高壓縮性、低強(qiáng)度的淤泥，建筑主體建成后即發(fā)現(xiàn)建 筑物沉降大，而且繼續(xù)在發(fā)展，主體結(jié)構(gòu)上并發(fā)現(xiàn)有裂紋，工程被迫中斷。經(jīng) 多種方法比較，最后選定用三重管旋噴樁加固地基，限制沉降進(jìn)一步發(fā)

18、展，用 本方法的最大優(yōu)點是可在原基礎(chǔ)上開一小孔 （130）進(jìn)行加固施工，因此，施工 時對原建筑物影響極小，施工時又采用了早強(qiáng)劑及跳打法施工，施工期間總沉 降僅為2.4cm，設(shè)計旋噴樁66根，總延米數(shù)為980m施工完后建筑物變形得到 了控制。 5. 工業(yè)結(jié)構(gòu)物地基補(bǔ)強(qiáng) 已有建筑的地基加固是建筑行業(yè)日益面臨愈來愈多的問題，山東勝利煉油廠減 壓塔要加高，原地基承載力不能滿足要求，要求在不損傷原塔基礎(chǔ)的情況下進(jìn) 行地基補(bǔ)強(qiáng)，并且施工作業(yè)空間很小。設(shè)計選用了三重管噴射注漿法，設(shè)計樁 數(shù)36根，總延米數(shù)為1332m加固后地基承載力達(dá)250300kPa滿足了設(shè)計要 求。 6. 深圳軟土地基加固 福田區(qū)高速公路路口，下臥厚層淤泥，由于其它加固工法的各種限制，最后選 用噴射注漿法加固路基，設(shè)計旋噴樁 157根，采用了長短樁相間的設(shè)計方法， 總延米為1488m加固開挖后樁徑達(dá)1.11.3m，樁身強(qiáng)度達(dá)140Pa,經(jīng)驗算， 樁土復(fù)合地基承載力達(dá)設(shè)計要求。 鐘子期聽懂了俞伯牙的琴音 一一巍巍乎若高山，蕩蕩乎若流水”俞伯牙視其為知音。鐘子期死后，面