地基處理-第13章--高壓噴射注漿法

1、第第1313章章 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法Chapter 13 High Pressure Jet Grouting 13.1 13.1 概概 述述13.1 Introduction 用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出，形成噴射流，以此切割土體并與土拌和噴出，形成噴射流，以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。形成水泥土加固體的地基處理方法。 20 20 世紀世紀60 60 年代末期年代末期, , 日本日本NIT NIT 公司在日本大阪公司在日本大阪市地下鐵道建設凍結法施工中市地下鐵道建設凍結法施工中, , 由于冰凍融化由于冰凍融化,

2、 , 造成嚴重事故造成嚴重事故, , 后改為灌漿法施工。在灌漿過后改為灌漿法施工。在灌漿過程中程中, , 漿液沿著土層交界面溢走很多漿液沿著土層交界面溢走很多, , 不能完全不能完全達到加固地基和止水的目的。在這關鍵時刻達到加固地基和止水的目的。在這關鍵時刻, , 中西涉博士急中生智中西涉博士急中生智, , 大膽引用了水力采煤技大膽引用了水力采煤技術術, , 將高壓水射流技術應用到灌漿工程中將高壓水射流技術應用到灌漿工程中, , 創(chuàng)造創(chuàng)造出一種全新的施工法出一種全新的施工法 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法。高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法它是利用鉆機把帶有噴嘴的它是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層

3、的預定位置后注漿管鉆至土層的預定位置后, , 用高壓設備使?jié){液用高壓設備使?jié){液或水以或水以20 MP a20 MP a左右的高壓流從噴嘴中噴射出來左右的高壓流從噴嘴中噴射出來, , 沖擊破壞土體沖擊破壞土體, , 同時鉆桿以一定的速度漸漸向上提同時鉆桿以一定的速度漸漸向上提升升, , 將漿液與土粒強制攪拌混合將漿液與土粒強制攪拌混合, , 漿液凝固后漿液凝固后, , 在土在土中形成一個均勻的固結體中形成一個均勻的固結體, , 其地基加固和防水止?jié)B其地基加固和防水止?jié)B效果良好。不但解決了大阪地下鐵道建設的難題效果良好。不但解決了大阪地下鐵道建設的難題, , 而且劃時代地創(chuàng)造出一種全新的施工法而且

4、劃時代地創(chuàng)造出一種全新的施工法高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法, , 當時定名為當時定名為CCP CCP 工法工法 19721972年鐵道部科學研究院率先開發(fā)高壓噴年鐵道部科學研究院率先開發(fā)高壓噴射注漿法。射注漿法。19751975年，我國冶金、水電、煤炭、年，我國冶金、水電、煤炭、建工等部門和部分高等院校，也相繼進行了試建工等部門和部分高等院校，也相繼進行了試驗和施工。已成功應用于已有建筑和新建工程驗和施工。已成功應用于已有建筑和新建工程的地基處理、深基坑地下工程的支擋和護底、的地基處理、深基坑地下工程的支擋和護底、構造地下防水帷幕等。構造地下防水帷幕等。 高壓噴射注漿高壓噴射注漿1 1、定義、

5、定義 高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法, , 就是利用鉆機將帶有噴嘴的就是利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后注漿管鉆進至土層預定深度后, , 以以202040 MP a40 MP a壓壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來力把漿液或水從噴嘴中噴射出來, , 形成噴射流沖擊形成噴射流沖擊破壞土層。當能量大、速度快、脈動狀的射流動破壞土層。當能量大、速度快、脈動狀的射流動壓大于土層結構強度時壓大于土層結構強度時, , 土顆粒便從土層中剝落下土顆粒便從土層中剝落下來。一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面來。一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面, , 其余土粒其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等的作用下在射流的

6、沖擊力、離心力和重力等的作用下, , 與漿與漿液攪拌混合液攪拌混合, , 并按一定的漿土比例和質量大小并按一定的漿土比例和質量大小, , 有有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后規(guī)律地重新排列。漿液凝固后, , 便在土層中形成一便在土層中形成一個水泥土固結體。個水泥土固結體。13.2 13.2 定義及其種類定義及其種類13.2 Definition and Types高壓噴射注漿法所形成的固結體的形態(tài)與高壓高壓噴射注漿法所形成的固結體的形態(tài)與高壓噴射流的作用方向、移動軌跡和持續(xù)噴射時間噴射流的作用方向、移動軌跡和持續(xù)噴射時間有密切關系。按噴射流移動軌跡分為有密切關系。按噴射流移動軌跡分為旋噴、定旋噴、定

7、噴和擺噴噴和擺噴三種。三種。 旋噴法旋噴法施工時施工時, , 噴嘴一面噴射一面旋轉并提升噴嘴一面噴射一面旋轉并提升, , 固結固結體呈圓柱狀。主要用于加固地基體呈圓柱狀。主要用于加固地基, , 提高土的抗剪強提高土的抗剪強度度, , 改善地基的變形性質改善地基的變形性質, , 也可組成閉合的帷幕也可組成閉合的帷幕, , 用用于截阻地下水流和治理流砂。噴射法施工后于截阻地下水流和治理流砂。噴射法施工后, , 在地在地基中形成的圓柱體基中形成的圓柱體, , 稱為旋噴樁。稱為旋噴樁。定噴法定噴法施工時施工時, , 噴嘴一面噴射一面提升噴嘴一面噴射一面提升, , 噴射的方向噴射的方向固定不變固定不變,

8、 , 固結體形如板狀或壁狀。固結體形如板狀或壁狀。擺噴法擺噴法施工時噴嘴一面噴射一面提升施工時噴嘴一面噴射一面提升, , 噴射的方向噴射的方向呈較小角度來回擺動呈較小角度來回擺動, , 固結體形如較厚墻狀或扇狀固結體形如較厚墻狀或扇狀。定噴及擺噴兩種方法通常用于基坑防滲、改善地定噴及擺噴兩種方法通常用于基坑防滲、改善地基土的滲流性質和穩(wěn)定邊坡等工程?；恋臐B流性質和穩(wěn)定邊坡等工程。2 2、工藝類型、工藝類型當前當前, , 高壓噴射注漿法的基本工藝類型有高壓噴射注漿法的基本工藝類型有: : 單管旋單管旋噴注漿法噴注漿法( ( 簡稱單管法簡稱單管法) ) 、雙管法、三管法和多管、雙管法、三管法和多

9、管法等四種方法。法等四種方法。單管法：單管法：利用鉆機把安裝在注漿管（單管利用鉆機把安裝在注漿管（單管）底部側面的特殊噴嘴，置入土層預定深）底部側面的特殊噴嘴，置入土層預定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20MPa 20MPa 左左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，使?jié){液與從土體上崩落下來的破壞土體，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，便在土土攪拌混合，經(jīng)過一定時間凝固，便在土中形成一定形狀的固結體，日本稱為中形成一定形狀的固結體，日本稱為CCPCCP工工法。法。單管法單管法二重管法二重管法: : 使

10、用雙通道的二重注漿管。當二使用雙通道的二重注漿管。當二重注漿管鉆進到土層的預定深度后，通過在重注漿管鉆進到土層的預定深度后，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射管底部側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的噴射流沖擊破出高壓漿液和空氣兩種介質的噴射流沖擊破壞土體。即以高壓泥漿泵等高壓發(fā)生裝置噴壞土體。即以高壓泥漿泵等高壓發(fā)生裝置噴射出射出20MPa 20MPa 左右壓力的漿液，從內噴嘴中高左右壓力的漿液，從內噴嘴中高速噴出，并用速噴出，并用0.7MPa 0.7MPa 左右壓力把壓縮空氣從左右壓力把壓縮空氣從外噴嘴中噴出。在高壓漿液和它外圈環(huán)繞氣外噴嘴中噴出。在高壓漿液

11、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，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體。固結體的范最后在土中形成較大的固結體。固結體的范圍明顯增加，日本稱為圍明顯增加，日本稱為JSGJSG工法。工法。二重管法二重管法三重管法三重管法: : 使用分別輸送水、氣、漿三種介使用分別輸送水、氣、漿三種介質的三重注漿管。在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置質的三重注漿管。在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生產(chǎn)生20-30MPa 20-30MPa 左右的高壓水噴射流的周圍，左右的高壓水噴射流的周圍，環(huán)繞一股環(huán)繞一股0.5-0.7MPa 0.5-0.7MPa 左右的圓筒狀氣流，進行左右的圓筒狀

12、氣流，進行高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成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較大的空隙，再另由泥漿泵注入壓力為0.5-0.5-3MPa 3MPa 的漿液填充，噴嘴作旋轉和提升運動，的漿液填充，噴嘴作旋轉和提升運動，最后便在土中凝固為較大的固結體最后便在土中凝固為較大的固結體. .日本稱日本稱CJP CJP 工法。工法。三重管法三重管法多重管法多重管法 : :這種方法首先需要在地面鉆這種方法首先需要在地面鉆個導個導孔，然后置入多重管，用逐漸向下運動的旋轉孔，然后置入多重管，用逐漸向下運動的旋轉超高壓力水射流超高壓力水射流( (壓力約壓力約40MPa

13、)40MPa)，切削破壞四周，切削破壞四周的土體，經(jīng)高壓水沖擊下來的土和石成為泥漿的土體，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中抽出。如此反復后，立即用真空泵從多重管中抽出。如此反復地沖和抽，便在地層中形成一個較大的空間。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)工程要求選用漿液、砂直徑和形狀，最后根據(jù)工程要求選用漿液、砂漿、礫石等材料進行填充：于是在地層中形成漿、礫石等材料進行填充：于是在地層中形成一個大直徑的柱狀固結體，在砂性土中最大可一個大直徑的柱狀固結體，在砂性土中最大

14、可達達4m4m，日本稱為，日本稱為SSS-MANSSS-MAN工法。工法。 多重管法多重管法1 1、高壓噴射注漿法的特點、高壓噴射注漿法的特點1. 1. 適用范圍廣，可以用于既有和新建工程適用范圍廣，可以用于既有和新建工程由于固結體的質量明顯提高由于固結體的質量明顯提高, , 它既可用于工程新建它既可用于工程新建之前之前, , 又可用于竣工后的托換工程又可用于竣工后的托換工程, , 可以不損壞建可以不損壞建( ( 構構) ) 筑物的上部結構筑物的上部結構, , 且能使已有建且能使已有建( ( 構構) ) 筑物在施筑物在施工時不影響使用功能。工時不影響使用功能。2. 2. 施工簡便施工簡便施工時

15、只需在土層中鉆一個孔徑為施工時只需在土層中鉆一個孔徑為50 mm 50 mm 或或300 300 mm mm 的小孔的小孔, , 便可在土中噴射成直徑為便可在土中噴射成直徑為0. 40. 44. 0 m 4. 0 m 的固結體的固結體, , 因而施工時能貼近已有建因而施工時能貼近已有建( ( 構構) ) 筑物筑物, , 成成型靈活型靈活, , 既可在鉆孔的全長范圍形成柱形固結體既可在鉆孔的全長范圍形成柱形固結體, , 也可僅做其中一段。也可僅做其中一段。13.3 13.3 特點適用范圍特點適用范圍3. 3. 可控制固結體形狀可控制固結體形狀在施工中可調整旋噴速度和提升速度、增減噴射在施工中可調

16、整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力或更換噴嘴孔徑改變流量壓力或更換噴嘴孔徑改變流量, , 使固結體形成工程使固結體形成工程設計所需要的形狀。設計所需要的形狀。4. 4. 可垂直、傾斜和水平噴射可垂直、傾斜和水平噴射通常是在地面上進行垂直噴射注漿通常是在地面上進行垂直噴射注漿, , 但在隧道、礦但在隧道、礦山井巷工程、地下鐵道等建設中山井巷工程、地下鐵道等建設中, , 亦可采用傾斜和亦可采用傾斜和水平噴射注漿。處理深度已達水平噴射注漿。處理深度已達30 m 30 m 以上。以上。5. 5. 耐久性較好耐久性較好由于能得到穩(wěn)定的加固效果并有較好的耐久性由于能得到穩(wěn)定的加固效果并有較好的耐久性, ,

17、 所所以可用于永久性工程。以可用于永久性工程。6. 6. 料源廣闊料源廣闊漿液以水泥為主體。在地下水流速快或含有腐蝕漿液以水泥為主體。在地下水流速快或含有腐蝕性元素、土的含水量大或固結體強度要求高的情性元素、土的含水量大或固結體強度要求高的情況下況下, , 則可在水泥中摻入適量的外加劑則可在水泥中摻入適量的外加劑, , 以達到速以達到速凝、高強度、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。凝、高強度、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。7. 7. 設備簡單設備簡單高壓噴射注漿全套設備結構緊湊、體積小、機動高壓噴射注漿全套設備結構緊湊、體積小、機動性強、占地少性強、占地少, , 能在狹窄和低矮的空間施工。能在狹窄

18、和低矮的空間施工。2 2、高壓噴射注漿法的適用范圍、高壓噴射注漿法的適用范圍1. 1. 土質條件適用范圍土質條件適用范圍主要適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或主要適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。石土等地基。對土中含有較多的大粒徑塊石、植物根莖或過多對土中含有較多的大粒徑塊石、植物根莖或過多的有機質時的有機質時, ,因噴射流可能受到阻擋或削弱，切削因噴射流可能受到阻擋或削弱，切削范圍小或影響處理效果，應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定其范圍小或影響處理效果，應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定其適用范圍。適用范圍。對地下水流速度

19、大、漿液無法凝固、永久凍土及對地下水流速度大、漿液無法凝固、永久凍土及對水泥有嚴重腐蝕性的地基不宜采用。對水泥有嚴重腐蝕性的地基不宜采用。2. 2. 工程適用范圍工程適用范圍可采用高壓噴射注漿法的工程如圖可采用高壓噴射注漿法的工程如圖13-2 13-2 所示。所示。已有建筑物和新建建筑的地基處理，提高地基強已有建筑物和新建建筑的地基處理，提高地基強度，減少建筑物的沉降和不均允沉降；度，減少建筑物的沉降和不均允沉降； 深基坑側壁擋土或擋水以保護鄰近建筑物及保護深基坑側壁擋土或擋水以保護鄰近建筑物及保護地下工程建設；地下工程建設；基坑底部加固、防止管涌與隆起；基坑底部加固、防止管涌與隆起； 壩體的

20、加固及防水帷幕；壩體的加固及防水帷幕；邊坡加固及隧道頂部加固邊坡加固及隧道頂部加固 。1. 1. 高壓水噴射流性質高壓水噴射流性質 高壓水噴射流是通過高壓發(fā)生設備使它獲得高壓水噴射流是通過高壓發(fā)生設備使它獲得巨大能量后巨大能量后, , 從一定形狀的噴嘴中從一定形狀的噴嘴中, , 用一種特定的用一種特定的流體運動方式以很高的速度連續(xù)噴射出來的、能流體運動方式以很高的速度連續(xù)噴射出來的、能量高度集中的一股液流。量高度集中的一股液流。13.3 13.3 加固地基的機理加固地基的機理13.3 Mechanism of Reinforcement2. 2. 高壓噴射流的種類高壓噴射流的種類高壓噴射注漿所

21、用的噴射流共有四種：高壓噴射注漿所用的噴射流共有四種：（1 1）單管噴射流為單一的高壓水泥漿噴射流；）單管噴射流為單一的高壓水泥漿噴射流；（2 2）二重管噴射流為高壓漿液噴射流與其外部環(huán)繞的）二重管噴射流為高壓漿液噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣，組成為復合式高壓噴射流：壓縮空氣，組成為復合式高壓噴射流：（3 3）三重管噴射流由高壓水噴射流與其外部環(huán)繞的壓）三重管噴射流由高壓水噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣噴射流組成，亦為復合式高壓噴射流：縮空氣噴射流組成，亦為復合式高壓噴射流：（4 4）多重管噴射流為高壓水噴射流。）多重管噴射流為高壓水噴射流。四種噴射流破壞土體的效果不同，但其構造可劃分為四種噴射

22、流破壞土體的效果不同，但其構造可劃分為單單液高壓噴射流和水（漿）、氣同軸噴射流二種類型。液高壓噴射流和水（漿）、氣同軸噴射流二種類型。一、高壓噴射流對土體的破壞作用一、高壓噴射流對土體的破壞作用二、水（漿）、氣同軸噴射流對土的破壞二、水（漿）、氣同軸噴射流對土的破壞 作用作用三、水泥與土的固結機理三、水泥與土的固結機理3. 3. 加固地基的機理加固地基的機理高壓噴射流由三個區(qū)域組成高壓噴射流由三個區(qū)域組成: :保持出口壓力保持出口壓力P P0 0的的初期區(qū)初期區(qū)域域A A、紊流發(fā)達的紊流發(fā)達的主要區(qū)域主要區(qū)域B B和噴射水變成不連續(xù)噴流和噴射水變成不連續(xù)噴流的的終期區(qū)域終期區(qū)域C C等三部分。

23、等三部分。初期區(qū)域：初期區(qū)域：噴嘴出口處速度分布均勻，軸向動壓是常噴嘴出口處速度分布均勻，軸向動壓是常數(shù)，保持速度均勻的部分向前面逐漸愈來愈小，達到數(shù)，保持速度均勻的部分向前面逐漸愈來愈小，達到某一位置后，斷面上的流速分布不再均勻。速度分布某一位置后，斷面上的流速分布不再均勻。速度分布保持均勻部分稱為噴射核（保持均勻部分稱為噴射核（E E區(qū)段區(qū)段），噴射核末端擴），噴射核末端擴散寬度稍有增加，軸向動壓有所減小的過渡部分稱為散寬度稍有增加，軸向動壓有所減小的過渡部分稱為遷移區(qū)（遷移區(qū)（D D 區(qū)段）區(qū)段）。初期區(qū)域的長度是噴射流的一個。初期區(qū)域的長度是噴射流的一個重要參數(shù)，可據(jù)此判斷破碎土體和攪

24、拌效果。重要參數(shù)，可據(jù)此判斷破碎土體和攪拌效果。一、一、 高壓噴射流對土體的破壞作用。高壓噴射流對土體的破壞作用。初期區(qū)域后為初期區(qū)域后為主要區(qū)域主要區(qū)域: :軸向動壓陡然減弱，噴射擴散軸向動壓陡然減弱，噴射擴散寬度和距離平方根成正比，擴散率為常數(shù)，噴射流的寬度和距離平方根成正比，擴散率為常數(shù)，噴射流的混合攪拌在這一部分內進行?；旌蠑嚢柙谶@一部分內進行。主要區(qū)域后為主要區(qū)域后為終了區(qū)域終了區(qū)域: :到此噴射流能量衰減很大，末到此噴射流能量衰減很大，末端呈霧化狀態(tài)，這一區(qū)域的噴射能量較小。端呈霧化狀態(tài)，這一區(qū)域的噴射能量較小。噴射加固的有效噴射長度為初期區(qū)域長度和主要區(qū)域噴射加固的有效噴射長度為

25、初期區(qū)域長度和主要區(qū)域長度之和，長度之和，若有效噴射長度愈長，則攪拌土的范圍愈若有效噴射長度愈長，則攪拌土的范圍愈大，噴射加固體的直徑也愈大。大，噴射加固體的直徑也愈大。二、水二、水( ( 漿漿) ) 、氣同軸噴射流對土的破壞作用。、氣同軸噴射流對土的破壞作用。 單射流雖然具有巨大的能量單射流雖然具有巨大的能量, , 但由于壓力在土中急但由于壓力在土中急劇衰減劇衰減, , 因此破壞土的有效射程較短因此破壞土的有效射程較短, ,致使旋噴固結體致使旋噴固結體的直徑較小。的直徑較小。 當在噴嘴出口的高壓水噴射流的周圍加上圓筒狀當在噴嘴出口的高壓水噴射流的周圍加上圓筒狀空氣射流空氣射流, , 進行水、

26、氣同軸噴射時進行水、氣同軸噴射時, , 空氣流使水或漿的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高壓噴射流從破壞的土體上將土粒迅速吹散, , 使高壓使高壓噴射流的噴射破壞條件得到改善噴射流的噴射破壞條件得到改善, , 阻力大大減小阻力大大減小, , 能量能量消耗降低消耗降低, , 因而增大了高壓噴射流的破壞能力因而增大了高壓噴射流的破壞能力, , 形成的形成的旋噴固結體的直徑較大。旋噴固結體的直徑較大。 三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動土體，同時用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壞攪動土體，同時用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓

27、水、氣射流卷吸帶入，同時與被攪動土體混合形成壓水、氣射流卷吸帶入，同時與被攪動土體混合形成固結體。加固地基，形成樁、板、墻的機理可用五種固結體。加固地基，形成樁、板、墻的機理可用五種作用來說明。作用來說明。 旋噴固結體橫斷面1 1）. .高壓噴射流切割破壞土體作用高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動壓噴流動壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結構破壞出現(xiàn)以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結構破壞出現(xiàn)空洞?？斩础? 2）. .混合攪拌作用混合攪拌作用 鉆桿在旋轉和提升的過程鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動相反的方向下，迫使土

28、粒向與噴嘴移動相反的方向( (即即阻力小的方向阻力小的方向) )移動，與漿液攪拌混合后形移動，與漿液攪拌混合后形成固結體。成固結體。3 3）. .置換作用置換作用 三重管高噴法又稱置換法，高速水三重管高噴法又稱置換法，高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮空氣而把一射流切割土體的同時，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補入。下的體積由灌入的漿液補入。4 4）. .充填、滲透固結作用充填、滲透固結作用 高壓漿液充填沖開的和高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙，析水固結，還可滲入一定厚度原有的土體空隙，析水固

29、結，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結體。的砂層而形成固結體。5 5）. .壓密作用壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過程高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對土中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。的抗壓強度高于中心部分。 三、水泥與土的固結機理。三、水泥與土的固結機理。水泥和水拌合后水泥和水拌合后, , 首先產(chǎn)生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣首先產(chǎn)生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣, , 它它們可溶于水中們可溶于水中, , 但溶解度不高但溶解度不高, ,很快就達

30、到飽和很快就達到飽和, , 這種化學這種化學反應連續(xù)不斷地進行反應連續(xù)不斷地進行, , 就析出一種膠質物。這種膠質物有一就析出一種膠質物。這種膠質物有一部分混在水中懸浮部分混在水中懸浮, , 后來就包圍在水泥微粒的表面后來就包圍在水泥微粒的表面, , 形成一形成一層膠凝薄膜。所生成的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水層膠凝薄膜。所生成的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水, , 只能只能以無定形體的膠質包圍在水泥微粒的表層以無定形體的膠質包圍在水泥微粒的表層, , 另一部分滲入水另一部分滲入水中。由水泥各種成分所生成的膠凝膜中。由水泥各種成分所生成的膠凝膜, , 逐漸發(fā)展起來成為膠逐漸發(fā)展起來成為膠凝體凝體,

31、, 此時表現(xiàn)為水泥的初凝狀態(tài)此時表現(xiàn)為水泥的初凝狀態(tài), , 開始有膠粘的性質。此開始有膠粘的性質。此后后, , 水泥各成分在不缺水、不干涸的情況下水泥各成分在不缺水、不干涸的情況下, , 繼續(xù)不斷地按繼續(xù)不斷地按上述水化程序發(fā)展、增強和擴大上述水化程序發(fā)展、增強和擴大, , 從而產(chǎn)生下列現(xiàn)象從而產(chǎn)生下列現(xiàn)象: : 膠凝體增大并吸收水分膠凝體增大并吸收水分, , 使凝固加速使凝固加速, , 結合更密結合更密; ; 由于由于微晶微晶( ( 結核晶結核晶) ) 的產(chǎn)生進而生出結晶體的產(chǎn)生進而生出結晶體, , 結晶體與膠凝體相結晶體與膠凝體相互包圍滲透并達到一種穩(wěn)定狀態(tài)互包圍滲透并達到一種穩(wěn)定狀態(tài),

32、, 這就是硬化的開始這就是硬化的開始; ; 水化作用繼續(xù)滲入到水泥微粒內部水化作用繼續(xù)滲入到水泥微粒內部, , 使未水化部分再參加以使未水化部分再參加以上的化學反應上的化學反應, , 直到完全沒有水分以及膠質凝固和結晶充盈直到完全沒有水分以及膠質凝固和結晶充盈為止。但無論水化時間持續(xù)多久為止。但無論水化時間持續(xù)多久, , 很難將水泥微粒內核全部很難將水泥微粒內核全部水化完水化完, , 所以水化過程是一個長久的過程。所以水化過程是一個長久的過程。13.4 13.4 設計計算 (Design Procedure)(Design Procedure)（一）室內配方與現(xiàn)場噴射試驗（一）室內配方與現(xiàn)場噴

33、射試驗（二）旋噴直徑確定（二）旋噴直徑確定（三）承載力計算（三）承載力計算（四）地基變形計算（四）地基變形計算（五）孔位設計（五）孔位設計（六）漿量計算（六）漿量計算第四節(jié)、設計計算（一）室內配方與現(xiàn)場噴射試驗（一）室內配方與現(xiàn)場噴射試驗為了解噴射注漿固結體的性質和漿液的合理為了解噴射注漿固結體的性質和漿液的合理配方，必須配方，必須取現(xiàn)場各層土樣，在室內取現(xiàn)場各層土樣，在室內按不同按不同的含水量和配合比的含水量和配合比進行試驗進行試驗，優(yōu)選出最合理，優(yōu)選出最合理的漿液配方。的漿液配方。對規(guī)模較大及性質較重要的工程，設計完成對規(guī)模較大及性質較重要的工程，設計完成之后，要在之后，要在現(xiàn)場進行試驗現(xiàn)

34、場進行試驗，查明噴射固結體，查明噴射固結體的直徑和強度，驗證設計的可靠性和安全度。的直徑和強度，驗證設計的可靠性和安全度。土質改良目的地質條件與環(huán)境高壓噴射注漿方法的選定 固結體尺寸的設定漿液類型與配方選定固體性能設定高壓噴射注漿技術參數(shù)的設定設備與機具的選擇固結體的布置漿液量計算漿液材料的計算 現(xiàn)場噴射試驗開挖采樣或鉆孔采樣檢查室內實驗施工穩(wěn)定性分析設計程序設計程序第四節(jié)、設計計算（二）旋噴直徑確定（二）旋噴直徑確定1 1 固結體尺寸主要取決于下列因素：土的類固結體尺寸主要取決于下列因素：土的類別及其密實程度；高壓噴射注漿方法（注別及其密實程度；高壓噴射注漿方法（注漿管的類型）；噴射技術參數(shù)

35、（包括噴射漿管的類型）；噴射技術參數(shù)（包括噴射壓力與流量，噴嘴直徑與個數(shù)，壓縮空氣的壓力與流量，噴嘴直徑與個數(shù)，壓縮空氣的壓力、流量與噴嘴間隙，注漿管的提升速度壓力、流量與噴嘴間隙，注漿管的提升速度與旋轉速度）。與旋轉速度）。2 2 在無試驗資料的情況下，對小型的或不太重在無試驗資料的情況下，對小型的或不太重要的工程，可根據(jù)經(jīng)驗選用要的工程，可根據(jù)經(jīng)驗選用3 3 對于大型的或重要的工程，應通過現(xiàn)場噴射對于大型的或重要的工程，應通過現(xiàn)場噴射試驗后開挖或鉆孔采樣確定。試驗后開挖或鉆孔采樣確定。第四節(jié)、設計計算旋噴直徑確定旋噴直徑確定第四節(jié)、設計計算旋噴直徑確定旋噴直徑確定對粘性土地基加固，單管旋噴

36、注漿加固體直對粘性土地基加固，單管旋噴注漿加固體直徑一般為徑一般為0.3-0.8m0.3-0.8m：三重管旋噴注漿加固體直：三重管旋噴注漿加固體直徑可達徑可達0.7-1.8m0.7-1.8m；二重管旋噴注漿加固體直徑；二重管旋噴注漿加固體直徑介于以上二者之間。多重管旋噴直徑為介于以上二者之間。多重管旋噴直徑為2.0-2.0-4.0m4.0m。旋噴樁的設計直徑見前表。定噴和擺。旋噴樁的設計直徑見前表。定噴和擺噴的有效長度約為旋噴樁直徑的噴的有效長度約為旋噴樁直徑的1.0-1.5 1.0-1.5 倍。倍。第四節(jié)、設計計算（三）承載力計算（三）承載力計算用旋噴樁處理的地基，應用旋噴樁處理的地基，應按

37、復合地基設計按復合地基設計。旋噴樁復合地基承載力標準值應通過旋噴樁復合地基承載力標準值應通過現(xiàn)場復現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定合地基載荷試驗確定，也可按公式計算或結，也可按公式計算或結合當?shù)厍闆r與其土質相似工程的經(jīng)驗確定。合當?shù)厍闆r與其土質相似工程的經(jīng)驗確定。 初步設計時，可按下式估算：初步設計時，可按下式估算： 式中式中 ：為樁間土承載力折減系數(shù)，為樁間土承載力折減系數(shù)， 可取可取0 00.50.5，承載力較低時取低值。，承載力較低時取低值。skpaspkfmARmf)1( 單樁豎向承載力特征值可通過現(xiàn)場單樁豎向承載力特征值可通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定。也可從下兩式中取單樁載荷試驗確定。也可從下兩

38、式中取小值：小值： 式中：式中：為樁身強度折減系數(shù)，可取為樁身強度折減系數(shù)，可取0.330.33。pcuaAfRppniisipaAqlquR1第四節(jié)、設計計算（四）地基變形計算（四）地基變形計算旋噴樁的沉降計算應為旋噴樁的沉降計算應為樁長范圍內復合土層樁長范圍內復合土層以及下臥層地基變形值之和以及下臥層地基變形值之和，計算時應按國，計算時應按國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范的有關規(guī)定進家標準建筑地基基礎設計規(guī)范的有關規(guī)定進行計算。行計算。第四節(jié)、設計計算復合土層的壓縮模量可按下式確定：復合土層的壓縮模量可按下式確定：式中式中EspEsp旋噴樁復合土層壓縮模量旋噴樁復合土層壓縮模量kPakPaE

39、ES S樁間土的壓縮模量，可用天然地基土的樁間土的壓縮模量，可用天然地基土的壓縮模量代替壓縮模量代替kPa kPa ；E EP P樁體的壓縮模量，可采用測定混凝土割樁體的壓縮模量，可采用測定混凝土割線模量的方法確定線模量的方法確定kPa kPa epppesspAAEAAEE)-(第四節(jié)、設計計算（五）孔位設計（五）孔位設計加固地基加固地基：正方形、矩形或梅花形布置，孔距：正方形、矩形或梅花形布置，孔距一般為旋噴樁徑的一般為旋噴樁徑的3-43-4倍。倍。防滲堵水工程防滲堵水工程 ：多采用定噴、擺噴，地層含的：多采用定噴、擺噴，地層含的粒徑較粗時多采用擺噴或旋噴。對處理深度大粒徑較粗時多采用擺噴

40、或旋噴。對處理深度大于于20m20m的復雜地層最好按雙排或三排布孔，使的復雜地層最好按雙排或三排布孔，使旋噴樁形成堵水帷幕?？拙鄳獮樾龂姌缎纬啥滤∧弧？拙鄳獮?.73R(R1.73R(R為旋噴為旋噴固結體半徑固結體半徑) )，排距，排距1.5R1.5R時最經(jīng)濟。一般定噴、時最經(jīng)濟。一般定噴、擺噴孔距為擺噴孔距為1.21.22.5m2.5m，旋噴為，旋噴為0.80.81.2m1.2m。防滲。防滲效果一般可達效果一般可達1010-5 -51010-6 -6cm/scm/s。 第四節(jié)、設計計算孔位設計孔位設計第四節(jié)、設計計算相鄰孔相鄰孔定噴連接形式定噴連接形式 (a)(a)單噴咀單墻首尾連掛；單噴

41、咀單墻首尾連掛；(b) (b) 雙噴咀單墻前后對雙噴咀單墻前后對接；接；(c)(c)雙噴咀單墻折線連接；雙噴咀單墻折線連接；(d)(d)雙噴咀雙墻折雙噴咀雙墻折線連接；線連接；(e)(e)雙噴咀夾角單墻連接；雙噴咀夾角單墻連接；(f)(f)單噴咀扇單噴咀扇形單墻首尾連接；形單墻首尾連接；(e)(e)雙噴咀扇形單墻前后對接；雙噴咀扇形單墻前后對接；(h)(h)雙噴咀扇形單墻折線連接。雙噴咀扇形單墻折線連接。第四節(jié)、設計計算擺噴連接形式擺噴連接形式 第四節(jié)、設計計算施工布置形式施工布置形式 第四節(jié)、設計計算（六）漿量計算（六）漿量計算 體積法體積法噴量法噴量法取其大者作為設計噴射漿量。取其大者作為

42、設計噴射漿量。根據(jù)計算所需的噴漿量和設計的水灰比，即根據(jù)計算所需的噴漿量和設計的水灰比，即可確定水泥的使用數(shù)量。可確定水泥的使用數(shù)量。 第四節(jié)、設計計算體積法體積法式中式中 Q Q 需要用的漿量，需要用的漿量，m m3 3； D De e旋噴管直徑，旋噴管直徑，m m3 3；D D0 0 注漿管直徑，注漿管直徑，m m3 3； k k1 1填充率填充率(0.75(0.750.9)0.9)； h h1 1旋噴長度，旋噴長度，m m； k k2 2未旋噴范圍土的填充率未旋噴范圍土的填充率(0.5(0.50.75)0.75)； h h2 2未旋噴長度，未旋噴長度，m m； 損失系數(shù)損失系數(shù)(0.1(

43、0.1 0.2)0.2)。 22201124)1 (4hKDhKDQe第四節(jié)、設計計算噴量法噴量法式中式中 Q Q 需要用的漿量，需要用的漿量，m m3 3； V V提升速度，提升速度，m mminmin； H H噴射長度，噴射長度，m m； q q單位時間噴漿量單位時間噴漿量m3m3minmin； 損失系數(shù)，損失系數(shù)，0.10.10.20.2。 )1 (qvHQ第四節(jié)、設計計算防滲止水帷幕設計防滲止水帷幕設計防滲止水帷幕的形式防滲止水帷幕的形式1. 1.柱列型；柱列型；2. 2.柱墻型；柱墻型；3. 3.定噴防滲帷幕；定噴防滲帷幕；4. 4.擺噴防滲帷幕；擺噴防滲帷幕；5. 5.復合型防滲帷

44、幕。復合型防滲帷幕。第四節(jié)、設計計算防滲止水帷幕注漿孔布置防滲止水帷幕注漿孔布置防滲堵水工程設計時防滲堵水工程設計時, , 最好按雙排或三排布孔形成帷最好按雙排或三排布孔形成帷幕幕( ( 見圖見圖13-5) 13-5) ?？拙酁?。孔距為1. 73R0 ( R0 1. 73R0 ( R0 為旋噴樁設計半為旋噴樁設計半徑徑) , ) , 排距為排距為1. 5R0 1. 5R0 時最經(jīng)濟。時最經(jīng)濟。定噴和擺噴是一種常用的防滲堵水的方法定噴和擺噴是一種常用的防滲堵水的方法, , 由于噴射由于噴射出的板墻薄而長出的板墻薄而長, , 不但成本較旋噴低不但成本較旋噴低, , 而且整體連續(xù)而且整體連續(xù)性也很好

45、。性也很好。第四節(jié)、設計計算防滲止水帷幕插入深度確定防滲止水帷幕插入深度確定 防滲帷幕達不透水層防滲帷幕達不透水層 防滲帷幕應盡量插入不透水層，保證不發(fā)生防滲帷幕應盡量插入不透水層，保證不發(fā)生管涌。管涌。 防滲帷幕在透水層中防滲帷幕在透水層中 一方面采取降水措施；一方面增加插入深度一方面采取降水措施；一方面增加插入深度漿液材料與配方漿液材料與配方根據(jù)噴射工藝要求根據(jù)噴射工藝要求, , 漿液應具備以下特性。漿液應具備以下特性。( 1) ( 1) 良好的可噴性。良好的可噴性。目前目前, , 國內基本上采用以水泥國內基本上采用以水泥漿為主劑漿為主劑, , 摻入少量外加劑的噴射方法。水灰比一摻入少量外

46、加劑的噴射方法。水灰比一般采用般采用1 11 1 到到1. 51. 5 1 1 就能保證較好的噴射效果。就能保證較好的噴射效果。( 2) ( 2) 足夠的穩(wěn)定性足夠的穩(wěn)定性。漿液的穩(wěn)定性好壞直接影響漿液的穩(wěn)定性好壞直接影響到固結體質量。以水泥漿液為例到固結體質量。以水泥漿液為例, , 其穩(wěn)定性好系指其穩(wěn)定性好系指漿液在初凝前析水率小、水泥的沉降速度慢、分漿液在初凝前析水率小、水泥的沉降速度慢、分散性好以及漿液混合后經(jīng)高壓噴射而不改變其物散性好以及漿液混合后經(jīng)高壓噴射而不改變其物理化學性質。摻入少量外加劑能明顯地提高漿液理化學性質。摻入少量外加劑能明顯地提高漿液的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性, , 常用的外加

47、劑有膨潤土、純堿、三乙醇常用的外加劑有膨潤土、純堿、三乙醇胺等。漿液的穩(wěn)定性可用漿液的析水率來評定。胺等。漿液的穩(wěn)定性可用漿液的析水率來評定。( 3) ( 3) 氣泡少。氣泡少。若漿液帶有大量的氣泡若漿液帶有大量的氣泡, , 則固結體硬化后就會有許則固結體硬化后就會有許多氣孔多氣孔, , 從而降低噴射固結體的密度從而降低噴射固結體的密度, ,導致固結體強導致固結體強度及抗?jié)B性能降低。度及抗?jié)B性能降低。為了盡量減少漿液氣泡為了盡量減少漿液氣泡, , 應選擇非加氣型的外加劑應選擇非加氣型的外加劑, , 不能采用起泡劑不能采用起泡劑, , 比較理想的外加劑是代號為比較理想的外加劑是代號為NNO NN

48、O 的外加劑。的外加劑。( 4) ( 4) 調劑漿液的膠凝時間。調劑漿液的膠凝時間。膠凝時間是指從漿液開始配置起膠凝時間是指從漿液開始配置起, , 到土體混合后逐到土體混合后逐漸失去其流動性為止的這段時間。漸失去其流動性為止的這段時間。膠凝時間由漿液的配方、外加劑的摻量、水灰比和膠凝時間由漿液的配方、外加劑的摻量、水灰比和外界溫度而定。一般從幾分鐘到幾小時外界溫度而定。一般從幾分鐘到幾小時, ,可根據(jù)施工可根據(jù)施工工藝及注漿設備來選擇合適的膠凝時間。工藝及注漿設備來選擇合適的膠凝時間。( 5) ( 5) 良好的力學性能。良好的力學性能。漿材的品種、漿液的濃度、配比和外加劑等直接漿材的品種、漿液

49、的濃度、配比和外加劑等直接影響加固體的抗壓強度。因此影響加固體的抗壓強度。因此, , 應選擇力學應選擇力學性能優(yōu)良的漿材品種等。性能優(yōu)良的漿材品種等。( 6) ( 6) 無毒、無臭。無毒、無臭。漿液對環(huán)境不污染及對人體無害漿液對環(huán)境不污染及對人體無害, , 凝膠體為不溶和凝膠體為不溶和非易燃、易爆物。漿液對注漿設備、管路無腐蝕非易燃、易爆物。漿液對注漿設備、管路無腐蝕性并容易清洗。性并容易清洗。( 7) ( 7) 結石率高。結石率高。固化后的固結體有一定粘結性固化后的固結體有一定粘結性, , 能牢固地與土粒相能牢固地與土粒相粘結。要求固結體耐久性好粘結。要求固結體耐久性好, , 能長期耐酸、堿

50、、鹽能長期耐酸、堿、鹽及生物細菌等腐蝕及生物細菌等腐蝕, , 并且不受溫度、濕度的影響。并且不受溫度、濕度的影響。漿液類型漿液類型1 1、普通型、普通型2 2、速凝早強型、速凝早強型3 3、高強型、高強型4 4、抗?jié)B型、抗?jié)B型1 1、普通型、普通型一般采用一般采用325325號或號或425425號硅酸鹽水泥漿，不加任號硅酸鹽水泥漿，不加任何外加劑，水灰比為何外加劑，水灰比為1 1：1 11.51.5：1 1，固結體，固結體2828天的抗壓強度最大可達天的抗壓強度最大可達1.01.020MPa20MPa，對一般，對一般無特殊要求的工程宜采用普通型。無特殊要求的工程宜采用普通型。 2 2、速凝早強

51、型、速凝早強型對地下水發(fā)達的工程需要在水泥漿中摻入速凝對地下水發(fā)達的工程需要在水泥漿中摻入速凝早強劑，因純水泥漿的凝固時間太長，漿液易早強劑，因純水泥漿的凝固時間太長，漿液易被沖蝕而不固結。被沖蝕而不固結。常用的早強劑有氯化鈣、水玻璃和三乙醇胺等，常用的早強劑有氯化鈣、水玻璃和三乙醇胺等，用量為水泥用量的用量為水泥用量的2 24 4。以使用氯化鈣為。以使用氯化鈣為例，純水泥漿與土的固結體的一天抗壓強度為例，純水泥漿與土的固結體的一天抗壓強度為1MPa1MPa，而摻入，而摻入2 2氯化鈣的水泥土固結體抗壓氯化鈣的水泥土固結體抗壓強度為強度為1.6 MPa1.6 MPa，摻人，摻人4 4氯化鈣的水

52、泥土固結氯化鈣的水泥土固結體抗壓強度為體抗壓強度為2.4 MPa2.4 MPa。 3 3、高強型、高強型噴射固結體的平均抗壓強度在噴射固結體的平均抗壓強度在20 MPa20 MPa以上稱以上稱為高強型。提高固結體強度的方法有選擇標為高強型。提高固結體強度的方法有選擇標號水泥，或選擇高效的擴散劑和無機鹽組成號水泥，或選擇高效的擴散劑和無機鹽組成的復合配方。的復合配方。 4 4、抗?jié)B型、抗?jié)B型在水泥漿中摻人在水泥漿中摻人2 24 4的水玻璃，其抗?jié)B的水玻璃，其抗?jié)B性能就有明顯提高。性能就有明顯提高。純水泥漿與摻入水玻璃的水泥漿的滲透系數(shù)純水泥漿與摻入水玻璃的水泥漿的滲透系數(shù)土樣類別土樣類別水泥品種

53、水泥品種水泥含量水泥含量（%）水玻璃含水玻璃含量（量（%）28天滲透系天滲透系數(shù)（數(shù)（cm/s）細細 砂砂425號硅酸號硅酸鹽水泥鹽水泥4002.310-64028.510-8粗粗 砂砂425號硅酸號硅酸鹽水泥鹽水泥4001.410-64022.110-8如工程以抗?jié)B為目的者，則最好使用如工程以抗?jié)B為目的者，則最好使用“柔性柔性材料材料”?？稍谒酀{液中摻入?？稍谒酀{液中摻入10105050的的膨潤土膨潤土( (占水泥量的百分比占水泥量的百分比) )。對有抗?jié)B要求時，。對有抗?jié)B要求時，不宜使用礦渣水泥。不宜使用礦渣水泥。 國內較常用的添有外加劑的旋噴射漿液配方表序序 號號外加劑成分及百分比外

54、加劑成分及百分比漿漿 液液 特特 性性1 1氯化鈣氯化鈣2 24 4促凝、早強、可灌性好促凝、早強、可灌性好2 2鋁酸鈉鋁酸鈉2 2促凝、強度增長慢，稠度大促凝、強度增長慢，稠度大3 3水玻璃水玻璃2 2初凝快、終凝時間長、成本初凝快、終凝時間長、成本低低4 4三乙醇胺三乙醇胺0.030.030.05 0.05 食鹽食鹽1 1有早強作用有早強作用5 5三乙醇胺三乙醇胺0.030.030.05 0.05 食鹽食鹽1 1鈣鈣2 24 4促凝、早強、可噴性好促凝、早強、可噴性好6 6氯化鈉（或水玻璃）氯化鈉（或水玻璃）2 2 “NNONNO”0.5 0.5 促凝、早強、強度高、漿液促凝、早強、強度高、漿液穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好國內較常用的添有外加劑的旋噴射漿液配方表序序 號號外加劑成分及百分比外加劑成分及百分比漿漿 液液 特特 性性7 7氯化鈉氯化鈉1 1亞硝酸鈉亞硝酸鈉0.50.5三乙三乙醇胺醇胺0.030.030.05 0.05 防腐蝕、早強、后期強防腐蝕、早強、后期強度高度高8 8粉煤灰粉煤灰2525調節(jié)強度、節(jié)約水泥調節(jié)強度、節(jié)約水泥9 9粉煤灰粉煤灰25 25 氯化鈣氯化鈣2 2促凝、節(jié)約