高壓旋噴樁復(fù)合地基

1、本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容發(fā)展歷史及現(xiàn)狀定義及其種類工藝類型結(jié)構(gòu)特性主要優(yōu)點成樁加固機理適用范圍高壓噴射注漿法的發(fā)展歷史高壓噴射注漿法的發(fā)展歷史日本中西涉博士日本中西涉博士創(chuàng)造新施工方法創(chuàng)造新施工方法中國引進(jìn)噴射中國引進(jìn)噴射注漿技術(shù)注漿技術(shù)中國自主研究工中國自主研究工法及設(shè)備、機具法及設(shè)備、機具廣泛應(yīng)用于各個廣泛應(yīng)用于各個建設(shè)領(lǐng)域，成為建設(shè)領(lǐng)域，成為我國地基處理最我國地基處理最常用的方法之一常用的方法之一2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代末期末期2020世紀(jì)世紀(jì)7070年年代代2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代年代19871987年以來年以來高壓噴射注漿法高壓噴射注漿法所謂高壓噴射注漿即利用鉆機把帶有噴

2、嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以20MPa70 MPa的壓力從噴嘴噴出射流(水、漿液或空氣)沖擊和破壞土體。當(dāng)能量大、速度快和呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結(jié)構(gòu)強度時，土粒便從土體剝落下來。一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與注入的漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列，在土體中形成固結(jié)體?！薄靶D(zhuǎn)噴射（旋噴）定向噴射（定噴）擺動噴射（擺噴）高壓噴射注漿法的分類高壓噴射注漿法的分類010203定噴擺噴噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)并提升，固結(jié)體呈圓柱狀。旋噴應(yīng)用定噴擺噴噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向始終固定不變，固結(jié)體呈板狀或壁狀

3、。旋噴應(yīng)用定噴擺噴噴嘴一邊噴射一邊提升，噴射的方向呈較小角度來回擺動，固結(jié)體呈較厚墻狀或扇狀。旋噴應(yīng)用定噴擺噴旋噴主要用于地基加固，提高地基的承載力，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沙。定噴和擺噴通常用于基礎(chǔ)防滲、改善地基土的水流性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。 旋噴應(yīng)用高壓旋噴法的工藝類型高壓旋噴法的工藝類型單管法（單管法（CCPCCP工法）工法）A二重管法（二重管法（JGSJGS工法）工法）B三重管法（三重管法（CJGCJG工法）工法）C多重管法（多重管法（SSS-MANSSS-MAN工法）工法）D二重管法三重管法利用高壓泥漿泵等裝置，以20MPa30MPa的壓力，將漿

4、液從噴嘴中噴射出去，沖擊破壞土體，同時借助注漿管的提升和旋轉(zhuǎn)，使?jié){液與崩落下來的土混合攪拌，經(jīng)過一定時間的凝固，在土中形成圓柱狀的固結(jié)體。單管法形成的固結(jié)體直徑較小。單管法多重管法二重管法三重管法使用同軸二重注漿管同時輸送兩種介質(zhì)，通過在管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射高壓漿液(20MPa30MPa)和空氣(0.7MPa0.8MPa)兩種介質(zhì)，在高壓漿液流和它外圍環(huán)繞氣流的共同作用下沖擊破壞土體，破壞土體的能量顯著增大。固結(jié)體的直徑比單管法有明顯增加。單管法多重管法二重管法三重管法三重管法使用分別輸送氣、水、漿三種介質(zhì)的三重注漿管，在壓力 20MPa 50MPa 的高壓或超高壓水射流的周

5、圍環(huán)繞 0.7MPa 左右的圓筒狀氣流，利用高壓水氣同軸噴射流沖切土體，形成較大的空隙，另由泥漿泵注入壓力為 2MPa5MPa 的漿液充填。當(dāng)采用不同的噴射方式時，可形成各種形狀的凝固體。單管法多重管法二重管法三重管法多重管法是先在地面鉆一個導(dǎo)孔，然后置入多重管，用旋轉(zhuǎn)超高壓水射流(壓力約40MPa)切削破壞四周土體，沖擊下來的土和石隨著泥漿用真空泵從多重管中抽出。如此反復(fù)沖抽，在土體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、礫石等材料充填。固結(jié)體的旋噴直徑一般達(dá)2.0m4.0m，并可做到智能化管理。單管法多重管法旋噴時,高壓噴射流

6、是水泥漿液,邊旋轉(zhuǎn)邊以一定的速度緩慢提升,被切削下來的一部分細(xì)小土粒被漿液置換發(fā)生升揚置換作用,隨著液流以泥漿的形式被帶到地面（稱為冒漿）。其余的土顆粒在噴射動壓力、離心力和重力的共同作用下,在橫斷面上按質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列并與漿液攪拌混合形成一種新型的水泥土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著噴射流在終了區(qū)域失去了沖切力,四周的土體未被切削下來,不能與漿液發(fā)生混合攪拌,但它仍有擠壓力,對周圍土體有擠密壓縮作用。高壓旋噴樁的成樁機理高壓旋噴樁的成樁機理對于砂類土來說,漿液還可滲透到壓縮層外一定的厚度,形成滲透層。所形成的旋噴體經(jīng)過一定時間后便凝固成強度較高、滲透系數(shù)較小的固結(jié)體。由于旋噴體不是等顆粒的單體結(jié)構(gòu),

7、固結(jié)體不太均勻,通常中心的強度低,邊緣部分強度高。高壓旋噴樁的成樁機理高壓旋噴樁的成樁機理在縱斷面上,當(dāng)?shù)貙映识鄬臃植紩r,各層土顆粒的質(zhì)量不均,其中質(zhì)量大的土粒,在固化之前,受重力作用而下沉,部分小土粒會上浮,作垂直交換。若上部土層為砂礫,下部為黏土,旋噴后,黏性土部位的旋噴樁不是土一漿混合體而是砂一土和漿的混合物。因此,無論橫斷面還是縱斷面上,固結(jié)體各部分的水泥含量和強度都不相同。高壓旋噴樁的成樁機理高壓旋噴樁的成樁機理(1)(1)高壓噴射流切割破壞土體的作用高壓噴射流切割破壞土體的作用噴射動壓以脈沖形式?jīng)_擊土體,使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞。(2)(2)置換作用置換作用高壓噴射流邊旋轉(zhuǎn)邊以一定的

8、速度緩慢提升,被切削下來的一部分細(xì)小土粒被漿液置換發(fā)生升揚作用。(3)(3)混合攪拌作用混合攪拌作用鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過程中,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相反的方向(即阻力小的方向)移動,與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。(4)(4)充填、滲透固結(jié)作用充填、滲透固結(jié)作用高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙后,析水固結(jié)。(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中,在破碎帶邊緣還有剩余壓力,這種壓力對土層產(chǎn)生一定的壓密作用,使高壓旋噴樁樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。高壓旋噴樁的成樁機理高壓旋噴樁的成樁機理(1)(1)直徑大直徑大 (2)(2)固結(jié)體形狀

9、不同固結(jié)體形狀不同 旋噴固結(jié)體的形狀隨土質(zhì)的不同而不同，在均質(zhì)土中，旋噴的圓柱體比較勻稱，在非均質(zhì)或有裂隙土中，旋噴的圓柱體不勻稱，甚至在圓柱體旁長出翼片。 (3)(3)固結(jié)體重量輕固結(jié)體重量輕 旋噴固結(jié)體內(nèi)部的土粒較少并含有一定量的氣泡，因此結(jié)體的重量輕于或接近于原狀土的密度。(4)(4)透氣透水性差透氣透水性差 高壓旋噴固結(jié)體的滲透參數(shù)可達(dá)10-6cm/s或更小，具有很好的止水防滲性。 (5)(5)固結(jié)體強度高但不均勻固結(jié)體強度高但不均勻 高壓旋噴固結(jié)體由于噴射流的作用，使土體中土粒重新排列，一般外側(cè)土顆粒直徑大些，數(shù)量也多些，漿液成分多，因此，在橫斷面上，中心強度低，外側(cè)強度高。(6)(

10、6)單樁承載力高單樁承載力高 高壓旋噴固結(jié)體具有較高的強度，且外形凸凹不平，因此有較大的承載力。高壓旋噴樁的固結(jié)體特性高壓旋噴樁的固結(jié)體特性當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時,土的模量大,樁比土的變形小,由于基礎(chǔ)下面設(shè)置了一定厚度的褥墊層,樁可以向上刺入,伴隨這一變化過程,墊層材料不斷調(diào)整補充到樁間土上,以保證在任一荷載作用下樁和樁間土都始終參與工作。復(fù)合地基的樁土受力特性復(fù)合地基的樁土受力特性樁周土摩阻力的分析樁周土摩阻力的分析特點：1.當(dāng)荷載較小時,摩阻力隨荷載的增加而增加,當(dāng)荷載達(dá)到某一數(shù)值后,則摩阻力不再隨荷載增大,而趨于一個常數(shù),這段樁身在孔壁中滑動一樣。2.沿著樁長,樁壁與樁周土之間的摩阻力,由

11、上到下逐級發(fā)揮出來。當(dāng)?shù)谝欢螛吨艿哪ψ枇呌谝粋€常數(shù)后,第二段的摩阻力便急劇增加,彼此循環(huán),樁周土逐步參與工作,最后才將外力傳到樁底,摩阻力的作用呈階梯狀發(fā)揮。樁周土摩阻力的分析樁周土摩阻力的分析成因：高壓旋噴樁樁壁與樁周土的接觸方式與其他方法所成的樁不同,它在成樁過程中,高壓水流邊旋轉(zhuǎn)切割土體邊向上提升,因此它的形狀像“葫蘆狀”,每隔一段距離(5080cm)樁徑便由小到大,使樁壁分段嵌入樁周土中。因此所成的樁在荷載作用下發(fā)生沉降時,在沉降過程中所產(chǎn)生的摩阻力遠(yuǎn)大于僅靠“摩擦”所產(chǎn)生的阻力,所以它的摩阻力要比一般樁基大的多。另外,由于它的“葫蘆狀”,因此使它的摩阻力形成了階梯性的作用方式。樁周

12、土摩阻力的分析樁周土摩阻力的分析樁周土摩阻力的分析樁周土摩阻力的分析單管旋噴注漿二重管旋噴注漿三重管旋噴注漿1.因旋噴樁的存在,使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄟ吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài),由于旋噴樁對周圍土體的擠壓、擾動,即使樁間土中出現(xiàn)了超孔隙水壓力,土體強度暫時有所降低,但復(fù)合地基施工完成后,隨著超孔隙水壓力的消散,樁間土的有效應(yīng)力增大,從而提高了樁間土的強度;2.由于旋噴樁在設(shè)置過程中對周圍土體有一定的擠密壓實作用,即樁的側(cè)摩阻力,也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高。高壓旋噴樁復(fù)合地基的加固機理高壓旋噴樁復(fù)合地基的加固機理高壓旋噴注漿法適用土質(zhì)廣泛。由于高壓噴射注漿法固結(jié)體高

13、壓旋噴注漿法適用土質(zhì)廣泛。由于高壓噴射注漿法固結(jié)體的存在使地基土的質(zhì)量明顯提高，它即可用于新建工程地基的存在使地基土的質(zhì)量明顯提高，它即可用于新建工程地基加固，又可用于竣工后的托換工程，可以不損壞建筑物上部加固，又可用于竣工后的托換工程，可以不損壞建筑物上部結(jié)構(gòu)，且能使已有建筑物在施工時正常使用。結(jié)構(gòu)，且能使已有建筑物在施工時正常使用。 適用范圍廣1 1高壓噴射注漿設(shè)備輕便、機動性大，操作簡單，并可在狹窄高壓噴射注漿設(shè)備輕便、機動性大，操作簡單，并可在狹窄和低矮的空間內(nèi)施工。噴射注漿施工質(zhì)量容易控制，在施工和低矮的空間內(nèi)施工。噴射注漿施工質(zhì)量容易控制，在施工過程中，通過對噴射壓力、冒漿量等情況

14、的觀測，即可了解過程中，通過對噴射壓力、冒漿量等情況的觀測，即可了解旋噴樁的加固效果，以便及時調(diào)整施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。旋噴樁的加固效果，以便及時調(diào)整施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。施工簡便靈活安全2 2壓噴射固結(jié)體可根據(jù)工程的需要調(diào)整噴射速度、旋轉(zhuǎn)角度壓噴射固結(jié)體可根據(jù)工程的需要調(diào)整噴射速度、旋轉(zhuǎn)角度和提升速度、增減噴射壓力或變化噴嘴直徑改變流量，改和提升速度、增減噴射壓力或變化噴嘴直徑改變流量，改變固結(jié)體形狀。隨噴射參數(shù)和方法的不同，固結(jié)體形狀有變固結(jié)體形狀。隨噴射參數(shù)和方法的不同，固結(jié)體形狀有均勻圓柱狀、非均勻圓柱狀、圓盤狀、板墻狀及扇形等。均勻圓柱狀、非均勻圓柱狀、圓盤狀、板墻狀及扇形等。

15、固結(jié)體形狀可控制 3 3高壓旋噴樁的主要優(yōu)點高壓旋噴樁的主要優(yōu)點噴射注漿漿液材料主要以水泥為主，化學(xué)材料為輔，造價噴射注漿漿液材料主要以水泥為主，化學(xué)材料為輔，造價低廉、無公害、材料來源廣泛。當(dāng)?shù)鼗燎闆r比較特殊時，低廉、無公害、材料來源廣泛。當(dāng)?shù)鼗燎闆r比較特殊時，可根據(jù)具體情況在水泥中摻入適量外加劑，以達(dá)到加固效可根據(jù)具體情況在水泥中摻入適量外加劑，以達(dá)到加固效果。果。 漿材來源廣泛4 4高壓噴射固結(jié)體具有比重低，承載力大、滲透系數(shù)小等特性，高壓噴射固結(jié)體具有比重低，承載力大、滲透系數(shù)小等特性，可以極大的改善原地基土強度。軟弱地基加固時，在高壓噴可以極大的改善原地基土強度。軟弱地基加固時，

16、在高壓噴射注漿的噴射流范圍外，受噴射壓力的作用，會出現(xiàn)多條水射注漿的噴射流范圍外，受噴射壓力的作用，會出現(xiàn)多條水泥翼板，加強了樁間土的固化，提高了樁間土的強度。泥翼板，加強了樁間土的固化，提高了樁間土的強度。固結(jié)體強度高5 5高壓噴射注漿施工時機具震動小、噪聲低，不會對周圍高壓噴射注漿施工時機具震動小、噪聲低，不會對周圍的建筑物帶來影響及噪聲公害。三重管施工中，冒出的的建筑物帶來影響及噪聲公害。三重管施工中，冒出的漿液可回收再利用，大量節(jié)約了水泥用量，并對環(huán)境無漿液可回收再利用，大量節(jié)約了水泥用量，并對環(huán)境無污染。污染。 無污染可回收6 6高壓旋噴樁的主要優(yōu)點高壓旋噴樁的主要優(yōu)點土質(zhì)條件適用范圍土質(zhì)條件適用范圍（1）高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土