高壓噴射注漿法

1、第九章 高壓噴射注漿法第一節(jié) 概述高壓噴射注漿法是60年代后期創(chuàng)始于日本，它是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓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，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。固結(jié)體的形狀和噴射流移動方向有關(guān)。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)三種型式如圖9·1·1所示。圖9·1·1 高壓噴射注漿的三種形式旋噴法施工時，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)并提升，固結(jié)體呈圓柱狀。主要用于加固地基，提高地基土的抗剪

2、強度，改善土的變形性質(zhì)；也可組成閉合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。旋噴法施工后，在地基中形成的圓柱體稱為旋噴樁。定噴法施工時，噴嘴一面噴射一面提升，噴射的方向固定不變，固結(jié)體形如板狀或壁狀。擺噴法施工時噴嘴一面噴射一面提升，噴射的方向呈較小角度來回搖動，固結(jié)體形如較厚的墻板狀。 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。一、高壓噴射注漿法的工藝類型 當(dāng)前高壓噴射注漿法的基本工藝類型有：單管法、二重管法、三重管法和多重管法等四種方法。 （一）單管法單管旋噴注漿法是利用鉆機把安裝在注漿管(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20

3、Mpa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)和提升運動，使?jié){液與從土體上崩落下來的土攪拌混合，經(jīng)一定時間凝固，便在土中形成圓柱狀的固結(jié)體，如圖9·1·2所示。這種工法日本稱為CCP工法：圖9·1·2 單管旋噴注漿示意圖 (二)二重管法 使用雙通道的二重注漿管。當(dāng)二重注漿管鉆進到土層的預(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左右壓力時漿液，從內(nèi)噴嘴中高速噴出，并用0.7Mpa左右壓力把壓縮空氣，從內(nèi)噴嘴中高速噴出。在高壓漿

4、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，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土中形成圓柱狀固結(jié)體。固結(jié)體的直徑明顯增加如圖9·1·3所示。這種方法日本稱為JSG工法。圖9·1·3二重單管旋噴注漿示意圖 (三)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的漿液填充，噴嘴作旋轉(zhuǎn)和提升動，最后便在土中凝固為直徑較大的圓柱狀固結(jié)體如圖9·1&#

5、183;4所示。這種方法日本稱CJP工法。圖9·1·4三重管旋噴注漿示意圖 (四)多重管法 這種方法首先需要在地面鉆個導(dǎo)孔，然后置人多重管，用逐漸向下運動的旋轉(zhuǎn)超高壓力水射流(壓力約40MPa)，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后，立即用真空泵從多重管中抽出。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：于是在地層中形成一個大直徑的柱狀固結(jié)體，在砂性土中最大可達4m，如圖9·1·5所示，這種方法日本稱為sss-MAN工法。圖9&#

6、183;1·5 多重管旋噴示意圖二、高壓噴射注漿法的特征及適用范圍（一）高壓噴射注漿法的特征 1、適用范圍較廣。 由于固結(jié)體的質(zhì)量明顯提高，它既可用于新建工程也可用于竣工后的托換工程。 2、施工簡便。 只需在土層中鉆一個孔徑為50mm或300mm的小孔，便可在土中噴射成直徑為0.44.0m的固結(jié)體，因而在施工時能貼近已有建筑物，成型靈活。 3、可控制固結(jié)體形狀。 在施工中可調(diào)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，使固結(jié)體形成工程設(shè)計所需要的形狀。 4、可垂直、傾斜和水平噴射。 通常在地面上進行垂直噴射注漿，但在隧道、礦山井巷工程地下鐵道等建設(shè)中，亦可采用傾斜和水平

7、噴射注漿。 5、耐久性較好。 6、料源廣闊。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(jié)體強度要求高的情況下，則可在水泥中捶人適量的外加劑，以達到速凝、高強、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。7、設(shè)備簡單。高壓噴射注漿全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機動性強、占地少、能在狹窄和低矮的空間施工。（二）高壓噴射注漿法的工程應(yīng)用范圍 1、增加地基強度。 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； 加強盾構(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)。 保護鄰近建、構(gòu)筑物； 保護地下工程建設(shè)； 防止基坑底部隆起

8、。3、增大土的摩擦力和黏聚力。 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)墻補缺； 防止涌砂冒水。第二節(jié) 加固機理一、高壓水噴射流性質(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。在高壓高速的條件下，噴射流具有很大的功率，即在單位時間內(nèi)從噴嘴中射出的噴射流具有很大的能量，其功率與速度和噴射流的

9、壓力的關(guān)系如表9·2·1所示。噴射流的速度與功率 表9·2·1噴嘴壓力（pa）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)10×1060.300.9630.9461368.520×1060.300.9630.94619224.130×1060.300.9630.94624344.440×1060.300.9630.94628068.350×1060.300.9630.94631395.4注：流量系數(shù)和流速系數(shù)為收斂圓錐體13o24角噴嘴的水力實驗值。從上表可見，雖噴嘴的

10、出口孔徑只有3mm，由于噴射壓力為10、20、30、40和50 MPa，它們是以136、192、243、280和313ms的速度連續(xù)不斷地從噴嘴中噴射出來，它們的噴射功率分別為8.5、24、44、68和95KW。二、高壓噴射流的種類和構(gòu)造高壓噴射注漿所用的噴射流共有四種：(1)單噴射流為單一的高壓水泥漿噴射流；(2)二重管噴射流為高壓漿液噴射流與其外部環(huán)繞的壓縮空氣噴射流，組成為復(fù)合式高壓噴射流；(3)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(fù)合式高壓噴射流；(4)多重管噴射流為高壓水噴射流。 以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)、

11、氣同軸噴射流二種類型。（一）單液高壓噴射流的構(gòu)造單管旋噴注漿使用高壓噴射水泥漿流和多重管的高壓水噴射流，它們的射流構(gòu)造可用高壓水連續(xù)噴射在空氣中的模式，如圖9·2·1所示予以說明。高壓噴射流可由三個區(qū)域所組成：即保持出口壓力P0的初期區(qū)域A、紊流發(fā)達主要區(qū)域B和噴射水變成不連續(xù)噴流的終期區(qū)域C等三部分。 圖 9·2·1 高壓噴射流構(gòu)造在初期區(qū)域中，噴咀出口處速度分布是均勻的，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，當(dāng)達到某一位置后，斷面上的流速分布不再是均勻的了。速度分布保持均勻的這一部分稱為噴射核(即E區(qū)段)，噴射核末端擴散寬度稍有增加，

12、軸向動壓有所減小的過渡部分稱為遷移區(qū)(即D區(qū)段)。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拌效果。 在初期區(qū)域后為主要區(qū)域，在這一區(qū)域內(nèi)，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)，噴射流的混合攪拌在這一部分內(nèi)進行。在主要區(qū)域后為終期區(qū)域，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。噴射加固的有效噴射長度為初期區(qū)域長度和主要區(qū)域長度之和，若有效噴射長度愈長；則攪拌土的距離愈大，噴射加固體的直徑也愈大。（二）高壓噴射流的壓力衰減在空氣中和水中噴射得到的壓力與距離的關(guān)系曲線，如圖9·2·2所示。圖9·2

13、83;2 噴射流在中心軸上的壓力分布曲線噴射流在空氣中噴射水時： (9·2·1)噴射流在水中噴射水時： (9·2·2)式中 初期區(qū)域的長度，m； 噴射流中心軸距噴咀距離，m； 填咀出口壓力，kPa； 噴流中心軸上距噴咀x距離的壓力，kPa。根據(jù)試驗結(jié)果：在空氣中噴射時 =(75100)d0在水中噴射對 =(66.5)d0式中 d0 噴咀直徑。當(dāng)壓力高達1040 MPa的噴射流在介質(zhì)中噴射時，壓力的衰減規(guī)律也可近似地采用下列經(jīng)驗公式： (9·2·3)式中 K，n系數(shù)（適用于=50300 d0）。（三）水(漿)、氣同軸噴射流的構(gòu)造二重管旋

14、噴注漿同軸噴射流，與三重管旋噴注漿的水、氣同軸噴射流除噴射介質(zhì)不同外，都是在噴射流的外圍同軸噴射圓筒狀氣流，它們的構(gòu)造基本相同?，F(xiàn)以水、氣同軸噴射流為代表，分析其構(gòu)造。在初期區(qū)域A內(nèi)，水噴流的速度保持噴咀出口的速度，但由于水噴射與空氣流相沖撞及噴咀內(nèi)部表面不夠光滑，以至從噴咀噴射出的水流較紊亂，再加以空氣和水流的相互作用，在高壓噴射水流中形成氣泡，噴射流受到干擾，在初期區(qū)域的末端，氣泡與水噴流的寬度一樣。在遷移區(qū)域D內(nèi)，高壓水噴射流與空氣開始混合，出現(xiàn)較多的氣泡。在主要區(qū)域B內(nèi)，高壓水噴射流衰減，內(nèi)部含有大量氣泡，氣泡逐漸分裂破壞，成為不連續(xù)的細水滴狀，同軸噴射流的寬度迅速擴大。 水(漿)、氣

15、同軸噴射流的初期區(qū)域長度可用以下經(jīng)驗公式表示 （9·2·4）式中 V0初期流速，ms。旋噴時，若高壓水、氣同軸噴射流的初期速度為20ms，則初期區(qū)域長度xc0.10m，而以高壓水噴射流單獨噴射時，xc僅為0.015m，可見，水、氣同軸噴射的初期區(qū)域長度增加了近6倍。三、加固地基的機理(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： (9·2·5)式中 p破壞力，kgms2； 密度，kgm3； 流量，m3s，Q=VmA； Vm噴射流的平均速度，ms。 (9·2·6)式中

16、A噴咀斷面積，m2。亦即破壞力對于某一種密度的液體而言，是與該射流的流量Q、流速Vm和乘積成正比。而流量Q又為噴咀斷面積A與流速Vm的乘積。所以在一定噴嘴面積A的條件下，為了取得更大的破壞力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋噴壓力，一般要求高壓脈沖泵的工作壓力在20 MPa以上，這樣就使射流象剛體一樣，沖擊破壞土體，使土與漿液攪拌混合，凝固成圓柱狀的固結(jié)體。噴射流在終期區(qū)域，能量衰減很大，不能直接沖擊土體使土顆粒剝落，但能對有效射程的邊界土產(chǎn)生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙里，使固結(jié)體與四周土緊密相依，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。(二)水(漿)、氣同軸噴射流對土的破壞作用 單

17、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)在噴咀出口的高壓水噴流的周圍加上圓筒狀空氣射流，進行水、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，圖9·2·3所示，為不同類噴射流中動水壓力與距離的關(guān)系，表明高速空氣具有防止高速水射流動壓急劇衰減的作用。圖9·2·3 噴射流軸上動水壓力與距離的關(guān)系1高壓噴射流在空中單獨噴射；2水、氣同軸噴射流在水中噴射

18、；3高壓噴射流在水中單獨噴射旋噴時，高壓噴射流在地基中，把土體切割破壞。其加固范圍就是噴射距離加上滲透部分或壓縮部分的長度為半徑的圓柱體。一部分細小的土粒被噴射的漿液所置換，隨著液流被帶到地面上(俗稱冒漿)，其余的土粒與漿液攪拌混合。在噴射動壓力、離心力和重力的共同作用下，橫斷面上土粒按質(zhì)量大小有規(guī)律地排列起來，小顆粒在中部居多，大顆粒多數(shù)在外側(cè)或邊緣部分，形成了漿液主體攪拌混合、壓縮和滲透等部分，經(jīng)過一定時間便凝固成強度較高滲透系數(shù)較小的固結(jié)體。隨著土質(zhì)的不同，橫斷面結(jié)構(gòu)也多少有些不同。由于旋噴體不是等顆粒的單體結(jié)構(gòu)，固結(jié)質(zhì)量也不均勻，通常是中心部分強度低，邊緣部分強度高。定噴時，高壓噴射注

19、漿的噴咀不旋轉(zhuǎn)，只作水平的固定方向噴射，并逐漸向上提升，便在土中沖成一條溝槽，并把漿液灌進槽中，最后形成一個板狀固結(jié)體。(三)水泥與土的固結(jié)機理水泥與水拌合后，首先產(chǎn)生鋁酸三鈣水化物和氫氧化鈣，它們可溶于水中，但溶解度不高，很快就達到飽和，這種化學(xué)反應(yīng)連續(xù)不斷地進行，就析出一種膠質(zhì)物體。這種膠質(zhì)物體有一部分混在水中懸浮，后來就包圍在水泥微粒的表面，形成一層膠凝薄膜。所產(chǎn)生的硅酸二鈣水化物幾乎不溶于水，只能以無定形體的膠質(zhì)包圍在水泥微粒的表層，另一部分滲入水中。由水泥各種成份所生成的膠凝膜，逐漸發(fā)展起來成為膠凝體，此時表現(xiàn)為水泥的初凝狀態(tài)，開始有膠黏的性質(zhì)。此后，水泥各成分在不缺水、不干涸的情況

20、下，繼續(xù)不斷地按上述水化程序發(fā)展、增強和擴大，從而產(chǎn)生下列現(xiàn)象。1、膠凝體增大并吸收水分，使凝固加速、結(jié)合更密；2、由于微晶(結(jié)晶核)的產(chǎn)生進而生出結(jié)晶體，結(jié)晶體與膠凝體相互包圍滲透并達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，這就是硬化的開始；3、水化作用繼續(xù)深入到水泥微粒內(nèi)部，使未水化部分再參加以上的化學(xué)反應(yīng)，直到完全沒有水分以及膠質(zhì)凝固和結(jié)晶充盈為止。但無論水化時間持續(xù)多久，很難將水泥微粒內(nèi)核全部水化完了，所以水化過程是一個長的過程。四、加固土的基本性狀(一)直徑較大 旋噴固結(jié)體的直徑大小與土的種類和密實程度有較密切的關(guān)系。對黏性土地基加固，單管旋噴注漿加固體直徑一般在0.30.8m，三重管旋噴注漿加固體直徑可達

21、0.71.8m，二重管旋噴注漿加固體直徑介于以上二者之間。多重管旋噴注漿加固直徑可達2.04.0m。旋噴樁設(shè)計直徑見表9·2·2。定噴和擺噴的有效長度約為旋噴樁直徑的1.01.6倍。 旋噴樁的設(shè)計直徑（m） 表9·2·2方 法土 質(zhì)單 管 法二 重 管 法三 重 管 法黏性土0<N<50.50.80.81.21.21.86<N<100.40.70.71.11.01.611<N<200.30.60.60.90.71.2砂性土0<N<100.61.01.01.41.52.011<N<200.50.9

22、0.91.31.21.821<N<300.40.80.81.20.91.5(二)固結(jié)體形狀可不同在均質(zhì)土中，旋噴的圓柱體比較勻稱，而在非均質(zhì)土或有裂隙土中，旋噴的圓柱體不均稱，甚至在圓柱體旁長出異片。由于噴射流脈動和提升速度不均勻，固結(jié)體的外表很粗糙。三重管旋噴固結(jié)體受氣流影響，在粉質(zhì)砂土中外表格外粗糙。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。在深度大的土中，如果不采用其它措施，旋噴圓柱固結(jié)體可能出現(xiàn)上粗、下細似胡蘿卜的形狀。(三)重量輕固結(jié)體內(nèi)部土粒少并含有一定數(shù)量的氣泡。因此，固結(jié)體的重量較輕，黏性土固結(jié)體比原狀土輕約10，

23、但砂類土固結(jié)體也可能比原狀土重10。(四)滲透系數(shù)小固結(jié)體有一層較致密的硬殼，其滲透數(shù)達10-6cms或更小，故具有一定的防滲性能。(五)固結(jié)強度高土體經(jīng)過噴射后，土粒重新排列，水泥等漿液含量大。由于一般外側(cè)土顆粒直徑大，數(shù)量多，漿液成分也多，因此在橫斷面上中心強度低，外側(cè)強度高，與土交換的邊緣處有一圈堅硬的外殼。(六)單樁承載力高旋噴樁固結(jié)體有較高的強度，外形凸凹不平，因此有較大的承載力，固體直徑愈大，承載力愈高。見表9·2·2和表9·2·3。 高壓噴射注漿固結(jié)體性質(zhì)一覽表 表9·2·3 噴注種類固結(jié)體性質(zhì)單 管 法二 重 管 法三

24、 重 管 法單樁垂直極限荷載（kN）500600100012002000單樁水平極限荷載（kN）3040最大抗壓強度（MPa）砂類土1020，黏性土510，黃土510，砂礫820平均抗剪強度/平均抗壓強度1/51/10彈性模量（MPa）k×103干密度(g/cm3)砂類土1.62.0黏性土1.41.5黃土1.31.6滲透系數(shù)（cm/s）砂類土10-510-6黏性土10-610-7砂礫10-610-7C（MPa）砂類土0.40.5黏性土0.71.0（度）砂類土3040黏性土2030N（擊數(shù)）砂類土3050黏性土2030彈性波速（km/s）P波砂類土23黏性土1.520S波砂類土1.01

25、.5黏性土0.81.0化學(xué)穩(wěn)定性 較 好第三節(jié) 設(shè)計計算一、旋噴直徑確定通常應(yīng)根據(jù)估計直徑來選用噴射注漿的種類和旋噴方式。對于大型的或重要的工程，估計直徑應(yīng)在現(xiàn)場通過試驗確定。二、地基承載力計算用旋噴樁處理的地基，應(yīng)按復(fù)合地基設(shè)計。旋噴樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，也可按下式計算或結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r與其土質(zhì)相似工程的經(jīng)驗確定。 (9·3·1)式中 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa； Ae 根樁承擔(dān)的處理面積，m2 Ap 樁的平均截面積，m2； 樁間天然地基土承載力折減系數(shù)，可根據(jù)試驗確定，在無試驗資料時，可取0.20.6，當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時，可取零； 單

26、樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)，可通過現(xiàn)場載荷試驗確定。 也可按下列二式計算，并取其中較小值： (9·3·2) (9·3·3)式中 樁身試塊(邊長為0.7m的立方體)的無側(cè)限抗壓強度平均值，kPa； 強度折減系數(shù)，可取0.350.5； d 樁的平均直徑，m； 樁周第i層土的厚度，m； 樁周第i層土的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，可采用鉆孔灌注樁側(cè)壁摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa； 樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值( kPa)，可按國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定確定。旋噴樁單樁承載力的確定，基本出發(fā)點是與鉆孔灌注樁相同，但在下列方面有所差異：1、樁徑與樁的面積。由于旋噴樁樁身的均勻

27、性較差，因此選用比灌注樁更高的安全度，另外樁徑與土層性質(zhì)及噴射壓力有關(guān)。這兩個因素并非固定不變，所以在計算中規(guī)定選用平均值。2、樁身強度。設(shè)計規(guī)定按28天強度計算。試驗證明，在黏性土中，由于水泥水化物與黏土礦物繼續(xù)發(fā)生作用，故28天后的強度將會繼續(xù)增長，這種強度的增長作為安全儲備。3、綜合判斷。由于影響旋噴單樁承載力的因素較多，因此除了依據(jù)現(xiàn)場試驗和規(guī)范所提供的數(shù)據(jù)外，尚應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)驗作出綜合判斷。 如果樁的強度較高，并接近于混凝土樁身強度，以及當(dāng)建筑物對沉降要求很嚴格時，則可不計樁間土的承載力，全都外荷載由旋噴樁承擔(dān)，即=0，在這種情況下，則與混凝樁計算相同。三、地基變形計算旋噴樁的沉降

28、計算應(yīng)為樁長范周內(nèi)復(fù)合土層以及下臥層地基變形值之和，計算時應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進行計算。其中復(fù)合土層的壓縮模量可按下式確定： (9·3·4) 式中 旋噴樁復(fù)合土層的壓縮模量，kPa； 樁間土的壓縮模量，可用天然地基土的壓縮模量代替，kPa； 樁體的壓縮模量，可采用測定混凝土割線模量的方法確定，kPa。旋噴樁復(fù)合地基變形計算的模式均以土力學(xué)和混凝土材料性質(zhì)有關(guān)理論為基礎(chǔ)。由于旋噴樁的強度遠遠高于土的強度，因此確定旋噴樁壓縮模量采用混凝土確定割線彈性模量的方法，就是在試塊的應(yīng)力應(yīng)變曲線中，連接0點至某一應(yīng)力處割線的正切值，見圖9·3·1

29、。 (9·3·5)圖9·3·1 曲線值取0.4倍破壞強度，做割線模量的試塊邊長為100mm的立方體。由于旋噴樁的性質(zhì)接近混凝上的性質(zhì)，同時采用0.4的折減系數(shù)與旋噴樁強度折減值也相近，故在建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了采用這種方法計算。四、防滲堵水設(shè)計防滲堵水工程設(shè)計時，最好按雙排或三排布孔形成帷幕，孔距應(yīng)為1.73R0(R0為旋噴設(shè)計半徑)、排距為1.5 R0最經(jīng)濟。若想增加每一排旋噴樁的交圈厚度，可適當(dāng)縮小孔距，按下式計算孔距： (9·3·6)式中 e 旋噴樁的交圈厚度，m； R0 旋噴的半徑，m； L 旋噴樁孔位的間距，m。定噴和

30、擺噴是一種常用的防滲堵水的方法，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)性亦高。相鄰孔定噴連接形式見圖9·3·2，其中：(a)單噴咀單墻首尾連掛；(b) 雙噴坦單墻前后對接；(c)雙噴咀單墻折線連接；(d)雙噴咀雙墻折線連接；(e)雙噴咀夾角單墻連接；(f)單噴咀扇形單墻首尾連接；(e)雙噴咀扇形單墻前后對接；(h)雙噴咀扇形單墻折線連接。圖9·3·2 定噴帷幕形式示意圖擺噴連接形式也可按圖9·3·3方式進行布置。圖9·3·3 擺噴防滲帷幕形式示意圖五、漿量計算漿量計算有兩種方法，即體積法和噴量法，取其

31、大者作為設(shè)計噴射漿量。(一)體積法。 (9·3·7)式中 需要用的漿量，m3； 旋噴管直徑，m3； 注漿管直徑，m3； 填充率(0.750.9)； 旋噴長度，m； 未旋噴范圍土的填充率(0.50.75)； 未旋噴長度，m； 損失系數(shù)(0.1 0.2)。(二)噴量法。以單位時間噴射的漿量及噴射持續(xù)時間，計算出漿量，計算公式為： (9·3·8)式中 漿量，m3； V提升速度，mmin； H噴射長度，m； q單位時間噴漿量m3min； 損失系數(shù)，0.10.2。 根據(jù)計算所需的噴漿量和設(shè)計的水灰比，即可確定水泥的使用數(shù)量。六、漿液材料與配方（一）漿液特性根據(jù)噴射

32、工藝要求，漿液具備以下特性：1、有良好的可噴性目前，我國基本上采用以水泥漿為主劑，摻入小量外加劑的噴射方法，水灰比一般采用1：1到1.5：1就能保證較好的噴射效果。試驗證明，水灰比愈大，則可噴性愈好，但過大的水灰比會影響漿液的穩(wěn)定性。漿液的可噴性可用流動度或黏度來評定。流動度的測定標(biāo)準(zhǔn)為：用上口直徑為36mm，下口直徑64 mm，高度為60 mm，內(nèi)壁光滑無接縫的鐵制圓錐體一個，玻璃板一塊。試驗前將用濕布擦過的錐體置于水平玻璃板上，把配好的漿液均勻攪拌3min，立即注入錐體內(nèi)，刮平后將錐體迅速垂直提起，漿液即自然流開，30s后量取兩垂直方向的直徑，即其平均值作為漿液的流動度。流動度大的漿液，表

33、示具有良好的流動性和噴射性。可灌性的好壞可用黏度來表示。黏度是表示漿液在流動時，由于分子間的相互作用產(chǎn)生阻礙減動的內(nèi)摩擦力。一般漿液的黏度系指漿液配成后的初始黏度，不是反應(yīng)開始后的黏度。不同的漿液有不同的初始黏度，甚至相同的漿液可根據(jù)需要配成不同濃度和加入不同量的外摻劑就得到不同的黏度。另外，黏度也是隨溫度而變化的，測定時要注意施工時溫度。測定黏度的大小常用黏度計、旋噴型黏度計等，另外尚配有漏斗、量標(biāo)、篩網(wǎng)和泥漿杯等。使用方法是：在測定黏度前先將黏度計用水沖刷干凈，將要測定的水泥漿攪拌均勻，然后用量杯將500 m1的水泥漿液通電篩網(wǎng)注入黏度計的漏斗中，其流出的口用手指堵住，不使?jié){液流出，測量時

34、將500m1的量標(biāo)置于流出口下，當(dāng)放開堵住出口的手指時，同時開動秒表，待水泥流到500 m1的量杯邊緣時，再按停秒表，記下水泥流出的時間，這就水泥漿的黏度，其單位用秒表示，這種黏度常用水來校正， 正常的黏度計流出500 m1水的時間為1s，如使用的黏度計有誤差時要進行校正。水泥漿可噴性與水泥的粒徑有關(guān)，水泥粒度越細則可噴性越好。2、有足夠的穩(wěn)定性水泥漿液穩(wěn)定系指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理化學(xué)性質(zhì)。為提高水泥漿液的穩(wěn)定性可采取以下措施：（1）不斷攪拌漿液，使盛漿桶上下左右的漿液均勻；（2）水泥的細度要求在標(biāo)準(zhǔn)篩上(4900孔cm2)的篩

35、余量不得超過15，水泥的細度越細表面積越大，需水量增大，析水率減小，漿液的沉降變慢，其穩(wěn)定性就增加；（3）摻人少量外加劑能明顯地提高漿掖的穩(wěn)定性。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。析水率的評定方法是：用500 m1帶蓋量筒盛入漿液，將量筒蓋緊后，來回翻轉(zhuǎn)10次，使?jié){液混合均勻，然后將量筒靜置于桌上，并立即測量漿液的最初體積a。為了正確測定水泥漿的析水率，在第一小時內(nèi)每15min測量一次漿液體積，以后每30min測量一次。第一次測量漿液的時間作為試驗的開始時間，一直到最后。二次測得的結(jié)果完全相同為止。記下其最終體積b，析水率可按下式計算： (4

36、3;3·91)式中 p漿液的析水率；漿液的最初體積，cm3； b漿液的最終體積，cm3。3、氣泡少為了盡量減少漿液氣泡，選擇化學(xué)外加劑要特別注意，比較理想的外加劑是NNO。因此不能采用起泡劑，必須使用非加氣型的外加劑。4、調(diào)劑漿液的膠凝時間膠凝時間是指從漿液開始配制起，到土體混合后逐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，水灰比和外界溫度而定。一般從幾分鐘到幾小時。5、有良好的力學(xué)性能影響抗壓強度的因素，如材料的品種、漿液的濃度、配比和外加劑等；6、無毒、無臭漿液對環(huán)境不污染及對人體無害，凝膠體為不溶和非易燃、易爆物。7、結(jié)石率高固化后的固結(jié)體有一定黏結(jié)性，

37、能牢固地與土粒相黏結(jié)。要求固結(jié)體耐久性好，能長期耐酸、堿、鹽及生物細菌等腐蝕，并且不隨溫度、濕度的變化而變化。（二）注漿類型水泥是噴射注漿的基本材料，根據(jù)其注漿目的可分成以下幾種類型：1、普通型一般采用325號或425號硅酸鹽水泥漿，不加任何外加劑，水灰比為1：11.5：1，固結(jié)體28天的抗壓強度最大可達1.020MPa，對一般無特殊要求的工程宜采用普通型。2、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(jié)。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24。以使用氯化鈣為例，純水泥漿與土的固結(jié)體的一天抗壓強度為1MPa，而

38、摻入2氧化鈣的水泥土固結(jié)體抗壓強度為1.6 MPa，摻人4氯化鈣的水泥土固結(jié)體抗壓強度為2.4 MPa。3、高強型噴射固結(jié)體的平均抗壓強度在20 MPa以上稱為高強型。高強型配方為由地基加固發(fā)展加筋樁提供了可能性，擴大了旋噴樁的適用范圍。提高固結(jié)體強度的方法有選擇標(biāo)號水泥，或選擇高效的擴散劑和無機鹽組成的復(fù)合配方。表9·3·1為各種外加劑對抗壓強度的影響； 外加劑對抗壓強度的影響 表9·3·1主 劑外 加 劑抗壓強度（MPa）抗折強度MPa名 稱用 量名 稱摻 量（%）28天3月6月一年525號普通硅酸鹽水泥100NNO NR30.50.0511.721

39、6.0517.418.813.69NNONR3NaNO20.50.05113.5918.6222.824.686.27NFNR3Na2S2O30.50.05114.1419.3727.829.07.364、填充劑型把粉煤灰等材料作為填充劑加入水泥漿中會極大地降低工程造價，它的特點是早期強度較低，而后期強度增長率高，水化熱低。5、抗凍型在凍土帶未凍前對土進行噴射注漿，并在所用的噴射漿液中加入抗凍劑，可防止土體凍脹。一般使用的抗凍劑為： a、水泥沸石粉漿液(沸石粉的摻量以水泥量的1020為宜)； b、水泥三乙醇胺、亞硝酸鈉漿液(三乙醇胺的摻入量為0.05，亞硝酸鈉為l)； c、水泥擴散劑NNO漿液

40、(NNO的摻入量為0.5)。6、抗?jié)B型在水泥漿中摻人24的水玻璃，其抗?jié)B性能就有明顯提高，如表9·3·2所示，使用的水玻璃模數(shù)要求在2.43.4較為合適，濃度要求3045波美度為宜。純水泥漿與摻入水玻璃的水泥漿的滲透系數(shù) 表9·3·2土樣類別水泥品種水泥含量（%）水玻璃含量（%）28天滲透系數(shù)（cm/s）細 砂425號硅酸鹽水泥4002.3×10-64028.5×10-8粗 砂425號硅酸鹽水泥4001.4×10-64022.1×10-8如工程以抗?jié)B為目的者，則最好使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻人1050的膨潤

41、土(占水泥量的百分比)。對有抗?jié)B要求時，不宜使用礦渣水泥。目前國內(nèi)用得比較多的外加劑及配方列于表9·3·3。國內(nèi)較常用的添有外加劑的旋噴射漿液配方表 表9·3·3序 號外加劑成分及百分比漿 液 特 性1氯化鈣24促凝、早強、可灌性好2鋁酸鈉2促凝、強度增長慢，稠度大3水玻璃2初凝快、終凝時間長、成本低4三乙醇胺0.030.05 食鹽1有早強作用5三乙醇胺0.030.05 食鹽1鈣24促凝、早強、可噴性好6氯化鈉（或水玻璃）2“NNO”0.5促凝、早強、強度高、漿液穩(wěn)定性好7氯化鈉1亞硝酸鈉0.5三乙醇胺0.030.05防腐蝕、早強、后期強度高8粉煤灰25

42、調(diào)節(jié)強度、節(jié)約水泥9粉煤灰25 氯化鈣2促凝、節(jié)約水泥10粉煤灰25硫酸鈉1三乙醇胺0.03促凝、早強、節(jié)約水泥11粉煤灰25硫酸鈉1三乙醇胺0.03有早強、抗凍性好12礦渣25提高固結(jié)體強度、節(jié)約水泥13礦渣25氯化鈣2促凝、早強、節(jié)約水泥第四節(jié) 施工工藝一、施工機具施工機具主要由鉆機和高壓發(fā)生設(shè)備兩大部分組成。由于噴射種類不同，所使用的機器設(shè)備和數(shù)量均不同，見表9·4·1。多重管的功能，不但可輸送高壓水，而且還同時將沖下來的土、石抽出地面：因此管子的外徑較大，達到300mm。它由導(dǎo)流器、鉆桿和噴頭組成。在噴咀的上方設(shè)置了一個超聲波傳感囂，由纜線裝在多重管內(nèi)。 各種高壓噴

43、射注漿法主要施工機器及設(shè)備一覽表 表9·4·1序 號機器設(shè)備名稱型 號抗壓規(guī)格（kg/cm2）所用的機具單管法二重管法三重管法多重管法1高壓泥漿泵SNS-H300水流Y-2液壓泵3002002高壓水泵3XB型、3W6B3W7B3502003鉆機工程鉆機、震動鉆4泥漿泵BW-150型705真空機86空壓泵37泥漿攪拌機8單管9二重管10三重管11多重管12超聲波傳感器13高壓膠管19mm22mm噴咀是直接明顯影響噴射質(zhì)量的主要因素之一。噴咀通常有圓柱體、收斂圓錐形和流線形三種。噴咀的內(nèi)圓錐角的大小對射流的影響也是比較明顯的。試驗表明：當(dāng)圓錐角Q為130140時，由于收斂斷面直

44、徑等于出口斷面直徑，流量損失很小，噴咀的流速流量值較大。在實際應(yīng)用中，圓錐形噴咀的進口端增加了一個漸變的嗽叭口形的圓弧角，使其更接近流線形噴咀，出口端增加一段圓柱形導(dǎo)流孔，通過試驗，其射流收斂性較好如圖9·4·1所示。圖9·4·1 實際應(yīng)用的噴射結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的工程要求可按圖9·4·2選擇不同的噴頭形式。圖9·4·2 不同形式的噴頭二、施工順序1、鉆機就位鉆機安放在設(shè)計的孔位上井應(yīng)保持垂直，施工時噴管的允許傾斜度不得大于1。2、鉆孔單管旋壁常用76型旋轉(zhuǎn)振動鉆機，鉆探可達30m以上，適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于40的砂土和粘

45、性土層。當(dāng)遇到比較堅硬的地層時宜用地質(zhì)鉆機鉆進。一般在二重管和三重管旋噴法施工中都采用地質(zhì)鉆機鉆孔。鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50 mm。3、插管插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度。使用76型振動鉆機鉆孔時，插管與鉆孔兩道工序合二為一。如用地質(zhì)鉆機鉆孔完畢，必須撥出巖芯管，并換上旋噴管插入到預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴咀，可邊射水，邊插管。水壓力一般不超過1MPa。若壓力過高，則易將孔壁射塌。4、噴射作業(yè)當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進行噴射作業(yè)，使用的參數(shù)表9·4·2。值班技術(shù)人員必須時刻注意撿查漿液初凝時間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符

46、合設(shè)計要求，并隨時做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。當(dāng)漿液初凝時間超過20h，應(yīng)及時停止使用該水泥漿液(正常水灰比1：1，初凝時間為15h左右)。 常用高壓噴射注漿參數(shù) 表9·4·2常用高壓噴射注漿的種類單管法二重管法三重管法適用的土質(zhì)砂土、粘性土、黃土、雜填土、小粒徑砂礫漿液材料及其配方以水泥為主要材料，加入不同外加劑后可具有速凝、早強、抗蝕、防凍等性能，常用水灰比1：1，亦可用化學(xué)材料常用高壓噴射注漿參數(shù)值水壓力（MPa）20流量L/min80120噴咀孔徑（mm）及個數(shù)23（一或二個）空氣壓力（MPa）0.70.7流量L/min1212噴咀孔徑（mm）及個數(shù)12（一或二個）

47、12（一或二個）漿液壓力（MPa）202013流量L/min801208012080120噴咀孔徑（mm）及個數(shù)23（二個）23（一或二個）10（二個）14（一個）注漿管外徑（mm）42或4542、50、7575或90提升速度（cm/min）2025約10約10旋轉(zhuǎn)速度（r/min）約20約10約105、沖注噴射施工完畢后，應(yīng)把注漿管等機具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機內(nèi)不得殘存水泥漿。通常把漿換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。6、移動機具將鉆機等機具設(shè)備移到新孔位上。 三、施工技術(shù)要求 為確保旋噴樁滿足設(shè)計要求，嚴格按照下列技術(shù)要求進行旋噴施工： 1、施工時應(yīng)準(zhǔn)確定位，

48、保證旋噴樁位偏差不得大于5cm，施工精度可用鉆孔機的傾斜計和經(jīng)緯儀實施 。 2、嚴格控制垂直度，旋噴機就位后，應(yīng)對鉆機進行水平校正，使鉆頭垂直下鉆到預(yù)定深度，必須保證孔身垂直度1。 3、鉆進深度必須達到要求標(biāo)高，嚴禁中途終孔。 4、旋噴成樁時宜均勻連續(xù)上提，無論何種原因造成停噴，再噴時必須下鉆20cm以上進行搭接，以防樁體脫節(jié)夾泥夾砂。 5、旋噴過程中漿壓必須穩(wěn)定達到確定值，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)壓力不穩(wěn)或達不到要求，應(yīng)及時停噴檢修。 6、嚴格按照設(shè)計要求的水灰比攪制漿液，不得偷工減料，漿液不得出現(xiàn)沉淀離析現(xiàn)象 。7、旋噴注漿過程要作詳細記錄，內(nèi)容包括漿液種類、配比、注漿壓力及旋轉(zhuǎn)提升速度等。 四、質(zhì)量保證

49、措施 1、施工前首先技術(shù)人員向機組施工人員進行技術(shù)交底，使其明確技術(shù)要求。 2、建立質(zhì)檢體系，作好水泥添加材料批次質(zhì)保效驗，嚴禁使用不符合國家有關(guān)規(guī)定的水泥,工程用水應(yīng)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 3、材料員要把好材料關(guān)，拒絕使用受潮過期的水泥。 4、現(xiàn)場技術(shù)人員要結(jié)合現(xiàn)場地層及返漿情況，及時選用和調(diào)整好工藝參數(shù)，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。 5、嚴格按照確定的工藝參數(shù)及技術(shù)要求施工，現(xiàn)場技術(shù)人員會同監(jiān)理共同監(jiān)控，落實實施。發(fā)現(xiàn)未經(jīng)技術(shù)人員同意私自改變工藝參數(shù)，違反操作要求者，嚴肅查處，并責(zé)令返工。 6、發(fā)現(xiàn)特殊情況，有關(guān)人員應(yīng)及時到現(xiàn)場共同研究解決。 7、一旦發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品或異常情況隱瞞不報者，要追究責(zé)任，并返工解

50、決。8、技術(shù)人員及質(zhì)檢員隨時到工地巡視檢查，作好施工記錄和隱蔽工程驗收。 五、質(zhì)量檢驗（一）檢驗內(nèi)容 1、固結(jié)體的整體性和均勻性； 2、固結(jié)體的有效直徑； 3、固結(jié)體的垂直度； 4、固結(jié)體的強度特性(包括樁的軸向壓力、水平力、抗酸堿性、抗凍性和抗?jié)B性等)； 5、固結(jié)體的溶蝕和耐久性能。 6、噴射質(zhì)量的檢驗：（1）施工前后，主要通過現(xiàn)場旋噴試驗，了解設(shè)計采用的旋噴參數(shù)、漿液配方和選用的外加劑材料是否合適，固結(jié)體質(zhì)量能否達到設(shè)計要求。（2）施工后，對噴射施工質(zhì)量的鑒定，一般在噴射施工過程中或施工告一段落時進行：檢查數(shù)量應(yīng)為施工總數(shù)的25，少于20孔的工程，至少要檢駿2個點。噴射注漿處理地基的強度較

51、低，28d的強度在110 Mpa間，強度增長速度較慢，檢驗時間應(yīng)在噴射注漿后四周進行。（二）檢驗方法1、 開挖檢驗。在開挖基槽和鑿除樁頭時，應(yīng)對樁數(shù)、樁位、樁徑及樁頭強度進行檢查，如發(fā)現(xiàn)漏樁、樁位和樁徑偏差過大、樁頭強度偏低等質(zhì)量事故，必須采取補救措施。挖樁檢查法一般要求按樁總數(shù)2%的取樣頻率挖樁檢查樁的成型情況，然后分別在樁頂以下50cm、150cm等部位砍取足尺樁頭，進行無側(cè)限抗壓強度試驗。 2、 鉆孔取芯 采用定位鉆孔取芯法，鉆芯深度為自孔口下有效樁頭至設(shè)計樁底，全程鉆取芯樣，觀察水泥土的均勻程度，觀察水泥含量及賦存狀態(tài)。在開鉆前和鉆進過程中，反復(fù)測量其鉆孔垂直度，以確保取芯質(zhì)量。鉆孔取

52、芯法采用地質(zhì)鉆機對高壓旋噴樁體進行全程鉆孔取芯樣(一般齡期28d)，這是目前高壓旋噴樁質(zhì)量檢測中常用的方法，測定結(jié)果能較好地反映樁的整體質(zhì)量，但該方法也存在檢測時間長、鉆孔費用高，只能抽取少量的樁進行鉆孔取芯檢測。3、 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗 也可以采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法(簡稱SPT)，該法能較好地評價樁身質(zhì)量。首先，對樁身水泥土強度，可以通過標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N63.5來評定，N63.5與無側(cè)限抗壓強度之間的關(guān)系已有較為成熟的經(jīng)驗公式，實踐表明，該公式能比較客觀地反映樁身水泥土強度；其次，在標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的同時，進行取芯，通過芯樣觀察、描述，可以了解水泥土攪拌均勻性，同時必要時芯樣可送回實驗室，進行抗壓試驗，確定其強度。 4、動測法動測法主要是指小應(yīng)變動測法，它是基于一維波動理論，利用彈性波的傳播規(guī)律來分析