高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)

1、高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)摘要高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)相似,其主要差別在于采用不同的加料拌和手段.一,高壓噴射灌漿技術(shù)高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后,用高壓泥漿泵,通過(guò)安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴,向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液）,同時(shí)鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升,高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞,并強(qiáng)制與固化漿液混合,凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體.固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān).一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡(jiǎn)稱旋噴）,定向噴射（簡(jiǎn)稱定噴）和擺動(dòng)噴射（簡(jiǎn)稱擺噴）.旋噴樁主要用于加固地基,提高地基的抗剪強(qiáng)度,改善地基

2、土的變形性能,使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下,不至破壞或產(chǎn)生過(guò)大的變形.定噴固結(jié)體呈壁狀,擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體.定噴和擺噴通常用于地基防滲,改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程.（一）加固機(jī)理高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動(dòng)土體,同時(shí)用低壓灌漿泵灌入漿液,漿液被高壓水,氣射流卷吸帶入,同時(shí)與被攪動(dòng)土體混合形成固結(jié)體.加固地基,形成樁,板,墻的機(jī)理可用五種作用來(lái)說(shuō)明:1. 高壓噴射流切割破壞土體作用噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體,使土體結(jié)構(gòu)破-25-壞出現(xiàn)空洞.2. 混合攪拌作用鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中,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(dòng)相反的方向（

3、即阻力小的方向）移動(dòng),與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體.3. 置換作用三重管高噴法又稱置換法,高速水射流切割土體的同時(shí),由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔,土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入.4. 充填,滲透固結(jié)作用高壓漿液充填沖開(kāi)的和原有的土體空隙,析水固結(jié),還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體.5. 壓密作用高壓噴射流在切割破碎土體的過(guò)程中,在破碎帶邊緣還有剩余壓力,這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用,使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分.（2） 基本種類按噴射介質(zhì)及其管路多少可分為單管法,二管法,三管法等.1?單管旋噴法通過(guò)單根管路利用高壓漿液（20?30MPa），噴射沖切

4、破壞土體,成樁直徑為40?50cm.其加固質(zhì)量好，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小.2. 二管旋噴法在單管法的基礎(chǔ)上又加以壓縮空氣,并使用雙通道的二重灌漿管.在管的底部側(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴,高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出.在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體,達(dá)80?150cm.3. 三管旋噴法使用分別輸送水,氣,漿三種介質(zhì)的三重灌漿管.高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體,在高壓水射流的噴嘴周圍加上圓筒狀的空氣射流,進(jìn)行水,氣同軸噴射,可以減少水射流與周圍介質(zhì)的摩擦,避免水射流過(guò)早霧化,增強(qiáng)水射流的切割能力.噴

5、嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射,邊提升,在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū),攜帶同時(shí)壓入的漿液充填空隙,就會(huì)在地基中形成直徑較大,強(qiáng)度較高的固結(jié)體,起到加固地基的作用.（3） 漿液材料水泥是噴射灌漿的基本材料,水泥類漿液可分為以下幾種類型-26-1. 普通型漿液一般采用普通硅酸鹽水泥,不加任何外加劑,水灰比一般為0.8:1?1.5:1,固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度（28d）最大可達(dá)1.0?20MPa,適應(yīng)于無(wú)特殊要求的工程.2. 速凝-早強(qiáng)型適于地下水位較高或要求早期承擔(dān)荷載的工程,需在水泥漿中加入氯化鈣,三乙醇胺等速凝早強(qiáng)劑.摻入2%氯化鈣的水泥-土的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為1.6MPa,摻入4%氯化鈣后為2.4MPa.3?高強(qiáng)型噴射固

6、結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度在20MPa以上?可以選擇高標(biāo)號(hào)的水泥，或選擇高效能的擴(kuò)散劑和無(wú)機(jī)鹽組成的復(fù)合配方等.在水泥漿中摻入2?4%的水玻璃,其抗?jié)B性有明顯提高.如工程以抗?jié)B為目的,最好使用"柔性材料".可在水泥漿液中摻入10?50%的膨潤(rùn)土（占水泥重量的面分比）.此時(shí)不宜使用礦渣水泥,如僅有抗?jié)B要求而無(wú)抗凍要者,可使用火山灰水泥.（4） 高壓噴射灌漿工藝噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定.高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類和其密實(shí)程度有較密切的關(guān)系,不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結(jié)體大小也不相同.定噴的噴射能量集中,噴射范圍較大.旋噴粘性土固結(jié)強(qiáng)度為0.3?6.0MPa無(wú)粘性土固結(jié)強(qiáng)

7、度為4?15MPa.對(duì)于防滲工程多采用定噴,擺噴,地層含的粒徑較粗時(shí)多采用擺噴或旋噴.對(duì)處理深度大于20m的復(fù)雜地層最好按雙排或三排布孔,使高噴樁形成堵水帷幕.孔距應(yīng)為1.73R（R為旋噴固結(jié)體半徑）,排距為1.5R時(shí)最經(jīng)濟(jì)?一般定噴擺噴孔距為1.2?2.5m,旋噴為0.8?1.2m.高噴防滲效果一般可達(dá)10-5?10-6cm/s.高噴樁樁距應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載,單樁承載力及土質(zhì)情況而定.一般取樁距為S=（3?4）d（d為旋噴樁直徑）,樁的布置方式可選用矩形或梅花形布置.高噴灌漿施工鉆孔的目的是將灌漿管插入預(yù)定的土層中,由下而上進(jìn)行噴射作業(yè).近來(lái)也有用振沖方式成孔直接進(jìn)行噴射作業(yè)的方法.噴射時(shí)應(yīng)

8、注意以下事項(xiàng):（1）灌漿深度大時(shí),易造成上粗下細(xì)的固結(jié)體,影響固結(jié)體的承載能力或抗?jié)B作用,因而需采用增大壓力和流量或降低旋轉(zhuǎn)和提升速度等措施補(bǔ)救;（2） 當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴漿量不足而影響工程質(zhì)量時(shí),可采用復(fù)噴技術(shù);（3） 當(dāng)冒漿量大于灌漿量的20%時(shí),可采用提高噴射壓力,縮小噴嘴直徑,加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等措施,對(duì)冒出的漿液,可回收利用;-27-（4） 根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)噴射壓力和灌漿量,改變噴嘴移動(dòng)方向和速度,控制噴射固結(jié)體的形狀,即圓盤(pán)狀,圓柱狀,大底狀,糖糊蘆狀,大帽狀和墻壁狀.（5） 噴灌后的漿液有析水現(xiàn)象,可造成固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴,對(duì)地基加固及防滲不利.為此,可采用靜壓灌漿或漿液中添加膨脹材料

9、等措施預(yù)防.高壓泵是高壓噴射灌漿中的關(guān)鍵設(shè)備,要求壓力和流量能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié).額定流量為85?150L/min;額定壓力為20?50MPa.（5） 高噴固結(jié)體的質(zhì)量檢測(cè)1） ）開(kāi)挖檢驗(yàn):待漿液凝結(jié)具有一定的強(qiáng)度后,即可開(kāi)挖檢查固結(jié)體垂直度,形狀和質(zhì)量;2） 鉆孔檢查:從固結(jié)體中鉆取巖芯,進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn).在鉆孔中做壓水或抽水試驗(yàn),測(cè)定其抗?jié)B能力;3） 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn):在旋噴固結(jié)體的中部可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn).4） 載荷試驗(yàn):靜載荷試驗(yàn)分垂直和水平靜載荷試驗(yàn)兩種.試驗(yàn)時(shí),需在受力部位澆筑0.2?0.3m厚的混凝土層;5） 圍井試驗(yàn):在板墻一側(cè)增加噴孔,與板墻形成封閉圍井,在井中進(jìn)行壓水和抽

10、水兩種試驗(yàn),或觀測(cè)井內(nèi)外水位,多用于防滲效果檢查.高壓噴射灌漿加固地基技術(shù)主要適用于第四紀(jì)沖積層,殘積層及人工填土等.對(duì)于砂類土,粘性土,黃土和淤泥等都能加固.但對(duì)礫石直徑過(guò)大,含量過(guò)多及有大量纖維質(zhì)的腐植土噴射質(zhì)量稍差,有時(shí)甚至不如靜壓灌漿的效果.對(duì)地下水流速過(guò)大,噴射的漿液無(wú)法在灌漿管周圍凝結(jié),無(wú)填充物的巖溶地段,永凍土和對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基,均不宜采用高壓噴射灌漿法.（6） 高壓噴射灌漿的特點(diǎn)高噴法具有成本較低,施工速度較快,固結(jié)體強(qiáng)度大,可靠性高等優(yōu)點(diǎn),與普通灌漿法相比又具有以下特點(diǎn):高噴法是利用高速水流強(qiáng)制性地破壞土體形成固結(jié)體,在覆蓋層中一般不存在可灌性問(wèn)題;同時(shí)由于高速射流被限

11、制在土體破碎范圍內(nèi),因此漿液不易流失,能保證預(yù)期的加固范圍和控制固結(jié)體的形狀;能在鉆孔中任何一段內(nèi)施工,也可以在孔底或中部噴射,此外,也可以水平方向噴射和傾斜方向噴射施工;高噴法通常采用水泥漿-28-液,不會(huì)造成環(huán)境和地下水的污染,且耐久性較好;施工噪音較小,單管和二管法施工較簡(jiǎn)便.二,深層攪拌法技術(shù)（水泥土加固法）深層攪拌法是利用水泥作為固化劑,通過(guò)特別的深層攪拌機(jī)械,在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后,水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)改性.改性后的軟土強(qiáng)度大大高於天然強(qiáng)度,其壓縮性,滲水性比天然軟土大大降低.（1） 加固機(jī)理軟土與水泥采用機(jī)械攪拌加固的基本原理

12、,是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程.減少了軟土中的含水率,增加了顆粒之間的粘結(jié)力,增加了水泥土的強(qiáng)度和足夠的水穩(wěn)定性.在水泥加固土中,由於水泥的摻量較小,一般占被加固土重的10?15%.水泥的水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)土的圍繞下進(jìn)行,所以硬化速度較慢且作用復(fù)雜.（2） 水泥土的主要特性1.物理性質(zhì)水泥土的容重與天然土的容重相近,但水泥土的比重比天然土的比重稍大.2?無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為300?400kPa,比天然軟土大幾十倍至百倍,但影響水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素很多,如水泥摻入量,齡期,水泥標(biāo)號(hào),土樣含水率和有機(jī)質(zhì)含量以及外摻劑等等.為了降低工程造價(jià),可以采用

13、摻加粉煤灰的措施.摻加粉煤灰的水泥土,其強(qiáng)度一般比不摻粉煤灰的高.不同水泥摻入比的水泥土,當(dāng)摻入與水泥等量的粉煤灰后,強(qiáng)度均比不摻粉煤灰的提高10%因此采用深層攪拌法加固軟土?xí)r摻入粉煤灰，不僅可消耗工業(yè)廢料，還可提高水泥土的強(qiáng)度?（3） 施工技術(shù)1） 加固型式根據(jù)目前的深層攪拌法施工工藝，攪拌樁可布置成柱狀，壁狀和塊狀三種型式，在堤防上用于地基加固，主要采用樁式，而用于防滲加固，應(yīng)采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌樁部分重疊搭接即成為壁狀加固型式，組成水泥土擋墻，這種擋墻具有較-29-高的抗?jié)B性能，可以形成良好的隔水帷幕?2?施工工藝（1）濕法施工預(yù)攪下沉主要的施工機(jī)械為深層攪拌機(jī)?深層攪拌法的施

14、工主要可分為定位制備水泥漿，提升噴漿攪拌，重復(fù)上下攪拌清洗等幾個(gè)步驟？2） ）干法施工干法是采用水泥粉料，由空氣輸送，通過(guò)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴出，并隨著攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)均勻分布在整個(gè)空隙軌道面內(nèi)，進(jìn)而和原位地基士攪拌并混合在一起碰工機(jī)械主要是鉆機(jī)，粉體發(fā)送器，空氣壓縮機(jī)，攪拌鉆頭等？施工工序主要為1）柱體對(duì)位2）下鉆3）鉆進(jìn)結(jié)束4）提升噴粉5）提升結(jié)束樁形成體等幾個(gè)步驟？（四）適用范圍深層攪拌法最適宜加固各種成因的飽和軟粘士，常用于淤泥，淤泥質(zhì)士，粘士，亞粘士等地質(zhì)的加固，成樁深度可達(dá)30m,采用多頭小宜徑樁成墻深度可達(dá)18m.在堤防除險(xiǎn)加固工程中，深層攪拌樁適用于處理軟基堤防上滑坡段的

15、？同時(shí)，還可以組成截滲墻，取得較好的防滲效果？（五）深層攪拌法主要優(yōu)點(diǎn)1勸口固效果好，加固方式靈活，適用面廣深層攪拌法可采用不同的加固型式，不同的樁長(zhǎng)和置換率以滿足不同士質(zhì)條件和不同荷載要求的加固目的金河道這種區(qū)域狹長(zhǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)沉降要求較高的工程比較適宜深用攪拌樁擋士墻作為河岸邊坡支護(hù)不僅能夠保證邊坡穩(wěn)定，還具有防滲功能？2碰工速度快一般來(lái)說(shuō)，每臺(tái)深層攪拌機(jī)建造攪拌樁截滲墻的工效達(dá)13.2m2/臺(tái)時(shí)？3?可充分利用原軟士，無(wú)棄士問(wèn)題深層攪拌法是一種原位加固技術(shù)，可充分利用原狀士，無(wú)棄士問(wèn)題？4?i價(jià)較低每延長(zhǎng)（截面積0.71m3）的深層攪拌樁的造價(jià)約為100元左右，按成墻厚度0.22m-30-計(jì),每平方米成墻造價(jià)為70余元,比采用垂宜鋪塑截滲，混凝士墻截滲，高噴水泥士?jī)H供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenf