三重管高壓噴射注漿技術(shù)參數(shù)的選擇三

PAGEPAGE1箭三敘重尤管亭高吃壓攀噴下射襯注秒漿片技畫術(shù)夾參停數(shù)宇的胳選眾擇嗎憶造【音提裝要童】恩可三陳重秧管昏高捏壓劍噴慌射脊注度漿脹技若術(shù)婆參氣數(shù)真分奇為睜設(shè)喂計減工科程司參廳數(shù)抬和縮施泉工印技濫術(shù)北參讓數(shù)魚兩腿類玩，晶文席中惱探騰討攝了橡各綠項顯設(shè)蹲計量工插程苗參水數(shù)斜的趁實持質(zhì)撲及利各指項俊施渡工躬技面術(shù)尖參僵數(shù)傳的泰關(guān)先系從，信分留析泊了編各刷項斗技餃術(shù)界參煩數(shù)晃對嶼高附壓匪噴母射哲工企程究質(zhì)市量撲、員成撒本恐的粘影踐響獸，族提緣出回了也選覺擇蕩各市項去技化術(shù)遼參和數(shù)漏的徒方成法雅。

衛(wèi)貧畜【壤關(guān)助鍵圍詞捐】啞透高延壓盾噴特射袖注抖漿四租三才重轉(zhuǎn)管啞法絡(luò)屢旋洪噴楚樁

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高壓噴射注漿(簡稱高噴)技術(shù)從70傲年奧代憂中坡后券期咸在蟲我俊國晶試邊驗錦和搏應(yīng)艱用案成去功暑以理來頭，訂已救在憐軟腸弱模地窯基芒加白固割、牢水溪利墳工引程惕防舍滲今、篩礦帖山酷井象巷其加很固附與礙防門滲逮等尊方趁面正得梨到某越優(yōu)來壁越爬多然的架應(yīng)緒用胳。妄近進幾計年猛在熟上帶海稈、鵝廣輸州鏟、倍武倆漢迫等亭大霉城宰市咳，鑼隨針著多地溪鐵犯建箱設(shè)問和釋眾鏈多清高肚層車建魄筑砌的士崛突起許，罪不睡少狐深等基肢坑壘工仆程蔽都搏采輝用蔬了微高瘋噴許技參術(shù)門來雞處憂理柔深陸基艇坑勸的葉止拼水客防虎滲個問泥題鴿。

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旋噴樁與深層攪拌樁或鉆孔灌注樁等機械成型的樁有很大不同，確定高噴工程參數(shù)，必須注意到旋噴樁的以下特點：

(1)旋噴樁是以水、氣、漿液作為工作介質(zhì)，切割和攪拌土體形成的水泥土固結(jié)樁體；

(2)旋噴樁的橫截面常常不是規(guī)則的“圓形”，其截面大小隨土質(zhì)的不同和工作技術(shù)條件的不同，沿樁身常有較大變化；

(3)旋噴樁橫截面的結(jié)構(gòu)是不均勻的，一般呈環(huán)形構(gòu)造，如圖1；圖1旋噴樁橫載面結(jié)構(gòu)(4)各構(gòu)造部份也常因土質(zhì)的不均勻及施工設(shè)備工作狀態(tài)的不穩(wěn)定，形成不均勻結(jié)構(gòu)，尤其是在雜填土及粘性土地層中較明顯。

2.1旋噴樁直徑

旋噴樁直徑是十分重要的工程參數(shù)，直接關(guān)系到樁的承載力和工程數(shù)量計算，在防滲帷幕設(shè)計中，關(guān)系到樁間距離和排間距離的選擇。但由于旋噴樁的特點，它不是一個標準的圓形，因此應(yīng)考慮以下條件選定旋噴樁直徑(D)：

(1)D相當于旋噴樁有效橫載面面積S的圓的直徑,即,參見圖1；

(2)旋噴樁有效橫截面積，一般應(yīng)以漿液部分①與攪拌混合部份②的面積和為準，而把壓縮部份③與滲透部份④作為安全儲備；

(3)因地層不同沿樁身不同深度的橫截面積常有變化，應(yīng)根據(jù)設(shè)計旋噴樁的用途，如地基處理、邊坡支護、止水防滲等，選用起主要作用的地層段的有效橫截面積，若起主要作用的地層段不只一個，應(yīng)取橫截面積較小的；

(4)設(shè)計旋噴樁直徑應(yīng)以現(xiàn)場試驗取得的數(shù)據(jù)為準，在未取得試驗數(shù)據(jù)前，可根據(jù)經(jīng)驗選用旋噴樁直徑先行設(shè)計，但最終仍應(yīng)以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)來修改設(shè)計。

2.2旋噴樁固結(jié)體的抗壓強度

旋噴樁結(jié)構(gòu)的不均勻性，直接表現(xiàn)為不同構(gòu)造部份具有不同的抗壓強度，通常攪拌混合部份最高，滲透部份強度最低，其強度有時可以相差數(shù)倍，甚至數(shù)十倍。例如在粉砂地層中形成的旋噴樁，其攪拌混合部份抗壓強度可達10～15MPa，而滲透部份只有1～2MPa，或更低。鑒于旋噴樁的不均勻性，選用旋噴樁樁體的抗壓強度，一般應(yīng)以有效橫截面內(nèi)的結(jié)石體的平均強度為準。在砂性地層中，旋噴樁的滲透部份有時可以達到較大范圍，作為防滲帷幕應(yīng)用時，其有效橫截面有時可以包括一定的滲透部份，這樣帷幕旋噴樁的平均強度將較低。實際上水平帷幕抗?jié)B設(shè)計，主要考慮了帷幕重度與地下水浮力的平衡，與帷幕強度關(guān)系不大，因此帷幕僅起抗?jié)B作用時，其抗壓強度可以較低。

旋噴樁固結(jié)體的強度決定于原土體的巖性、水泥含量及水泥標號，并與地層含水量、溫度及成樁齡期有關(guān)。一般砂質(zhì)土固結(jié)體90d齡期的抗壓強度約3～5MPa,最高可達10～15MPa，而滲透部份只有1～2MPa；粘性土固結(jié)體抗壓強度約0.7～2MPa，最高可達5～7MPa。

水泥土強度在地下自然狀態(tài)下增長較慢，特別是初期強度很低。武漢陽光大廈旋噴樁工程在成樁30～50d后共鉆探31孔，對在粉砂層和雜填土中的旋噴樁固結(jié)體進行質(zhì)量檢驗，只有1/3的巖芯已經(jīng)固結(jié)，其余巖芯從鉆孔中取出時尚處于硬塑狀態(tài)。送室內(nèi)做抗壓試驗巖樣103個，抗壓強度>5MPa的有19個，占21%，最高強度達11.7MPa；1～5MPa的有32個，占31%；<1MPa的有49個，占48%，最低的只有220KPa。總的強度偏低。但是在成樁100～120d后基坑開挖過程中，發(fā)現(xiàn)樁體強度普遍明顯提高。

2.3旋噴樁固結(jié)體的抗?jié)B性

旋噴樁固結(jié)體具有很好的抗?jié)B性，不論是在砂質(zhì)土中還是在粘性土中，也不論是旋噴樁的攪拌混合部份或滲透部份，其水泥土固結(jié)體的滲透系數(shù)均≯n×10-5cm/s，實際上多數(shù)為n×10-6cm/s級，有相當一部份可達<10-7cm/s級。因此用高噴技術(shù)建造止水帷幕，是深基坑或其它防滲工程的一種十分適用的技術(shù)。尤其在基坑支護樁之間，以旋噴樁或擺噴樁填塞樁間空隙，使與支護樁搭接成結(jié)合型防滲帷幕，由于旋噴樁在成樁過程中是柔軟的，因此可以很嚴密地與支護樁搭接，形成防滲性很好的帷幕。

上節(jié)中陽光大廈旋噴樁固結(jié)體28d齡期的抗壓強度雖然偏低,但其抗?jié)B試驗結(jié)果仍然很好。在室內(nèi)抗?jié)B試驗的34個巖樣中,其滲透系數(shù)K<n×10-7cm/s的有11個,占32%；K=n×10-6cm/s有19個,占56%；K=n×10-5cm/s的有4個,占12%。實際上由于這批巖樣從鉆孔中取出后,沒有采取原狀保濕和養(yǎng)護處理,在空氣中暴露5～7d后巖樣產(chǎn)生大量風干裂縫,試樣的強度和抗?jié)B性均有損失,因此旋噴樁固結(jié)體在地下的實際抗?jié)B性能應(yīng)比試樣試驗結(jié)果要好。

2.4水泥漿液和水泥用量

水泥漿液和水泥用量不僅關(guān)系到高壓噴射工程的質(zhì)量,而且決定著工程造價。高噴工程的材料費(主要是水泥費)占全部工程直接費的3/4,極大影響工程造價,因此必須準確計算水泥和水泥漿液用量。

現(xiàn)行的一些行業(yè)標準和工程手冊中,大多規(guī)定旋噴漿液用量可分別按體積法和噴量法計算,并取其大者［1］。筆者認為這項規(guī)定有些欠妥。因為體積法和噴量法代表兩種不同的概念,體積法是根據(jù)設(shè)計旋噴樁的體積計算的,是工程設(shè)計的客觀需要；而噴量法是根據(jù)施工的技術(shù)條件(提升速度v和單位時間噴射漿液量q)計算的，可人為主觀設(shè)定。顯然設(shè)計應(yīng)以客觀需要為準，因此應(yīng)按式(1)的體積法計算單樁漿液用量Q，并據(jù)此推求其它各項技術(shù)參數(shù)。(1)式中各項符號的意義見參考文獻[1]第15頁。

配制1m3漿液所需的水泥用量和水量為：Gc=γc/(1+αγc)(2)Gw=a.Gc(3)式中Gc——干水泥重量(t)；Gw——水量(t)；γc——水泥相對密度,可取γc=3.05～3.20;a——設(shè)計漿液水灰比(水與水泥的重量比)。3施工技術(shù)參數(shù)的選擇

3.1高壓水的壓力、流量及噴咀內(nèi)徑

三重管高壓噴射注漿，主要是靠高壓射水切割、破壞土體，成樁直徑的大小和成樁質(zhì)量，與高壓水的工作狀態(tài)有密切關(guān)系。

射流對土體的破壞力FP與射流介質(zhì)的密度ρ、流量Q及射流速度V成正比，即Fρ=ρQV又Q=SV∴Fρ=ρSV2(4)可見，實際上射流對土體的破壞力與射流速度的平方成正比。而流速V又決定于水泵施加的壓力，水的壓力越大，射流破壞力越大，射程越遠，成樁直徑越大。

從流體力學知道，噴射壓力P可按式(5)［2］計算：(5)其中

式中各項符號的意義見參考文獻[2]第245頁。

其中噴量q通常由高壓水泵的性能規(guī)格決定，多以其額定流量工作。這樣要使射水壓力滿足設(shè)計要求，關(guān)鍵的技術(shù)條件在于噴咀出口內(nèi)徑的選擇。表1為在不同壓力、流量條件下，標準圓錐形噴咀出口內(nèi)徑計算值。高壓水噴咀內(nèi)徑(mm)表1壓力(MPa)

噴咀個數(shù)

流量(L/min)203040121212803.032.152.741.942.551.801003.392.403.072.172.852.021203.742.633.362.373.132.21

從式(5)和表1可見,噴頭的噴咀內(nèi)徑對高噴工作條件影響很大,噴射壓力與噴咀內(nèi)徑的4次方成反比,在流量一定時,噴咀內(nèi)徑±0.2mm的變化,可以引起噴射壓力10MPa左右的變化。因此,高噴施工應(yīng)根據(jù)工作條件準確選擇噴咀規(guī)格,并在施工過程中經(jīng)常檢查噴咀的磨耗情況和是否暢通。

3.2高壓空氣的壓力和流量

三重管法在環(huán)境高壓水射流外圍，同時噴射高壓空氣，使高壓水的軸動壓力衰減及擴散率變緩，增大了射流核及遷移段的長度，擴展了射流切割土體的范圍，而且水、氣同時作用于土體，增強了破壞土體的能力。高壓空氣的壓力一般選用0.7MPa，風量1～2m3/min。

3.3漿液壓力、流量和比重

(1)漿液壓力、流量、漿咀內(nèi)徑

通過噴射漿液，使與被高壓射水破壞松散了的土體攪拌混合，并充填被高壓氣、水攜出孔外的土體所遺留的空隙(置換)，是三重管建造旋噴樁的基本方法。目前漿液的噴射有二種方式，一種是向下噴射方式，另一種是水平噴射方式(垂直注漿管噴射方式)，參見圖2。我國水利系統(tǒng)的一部份高噴設(shè)備采用向下噴射方式，其噴咀位于噴頭底面，由三個內(nèi)徑10～14mm的噴咀組成。圖2漿液噴射方式業(yè)內(nèi)多數(shù)人士認為，水平噴射方式通過適當提高漿液噴射壓力，不僅有助于漿液與土體的攪拌混合，而且可以對土體進行二次切割破壞，有利于擴大旋噴樁直徑和提高攪拌均勻程度。水平噴射方式采用標準錐形噴咀，噴咀位置在高壓水咀下方10～20cm處。漿液噴射壓力、流量和噴咀內(nèi)徑之間的關(guān)系亦應(yīng)按式(5)確定。其中漿液流量是一項關(guān)鍵參數(shù)，它不僅與注漿壓力及噴咀內(nèi)徑有關(guān)，而且必須與旋噴樁直徑及注漿管提升速度相適應(yīng)。一般旋噴樁直徑越大，單位時間的漿液流量也要越大，但為了防止因注漿管提升速度過快，造成旋噴樁直徑偏小，施工中多采用注漿量較小的注漿泵(80～150L/min)，這樣在漿咀內(nèi)徑一定時，注漿壓力也較小。注漿壓力在三重管工藝中是一項次要參數(shù)，在成樁直徑不太大時(<1800mm)，漿液主要靠高壓射水的水平向擾動力運動,注漿壓力可以較低。這一點與單重管及二重管高噴有很大不同。采用水平噴射方式工作時,注漿壓力多為0.5～2.0MPa，與之相應(yīng)的漿咀內(nèi)徑列于表2。標準錐形漿咀內(nèi)徑表2壓力(MPa)

噴咀個數(shù)

流量(L/min)0.512121212808.586.067.225.106.074.2912010.57.438.826.357.435.2615011.88.319.886.998.315.88

(2)進漿比重

進漿的漿液比重是控制漿液水灰比的重要參數(shù)，普通水泥的相對密度一般為3.05～3.20，不同水灰比的水泥漿液比重及材料用量列于表3。水泥漿液比重及材料用量表3水灰比漿液比重每m3漿液的

水泥用量(t)每m3漿液的

水用量(m3)0.501.80～1.851.20～1.230.60～0.620.751.63～1.650.93～0.940.70～0.711.001.50～1.520.75～0.760.75～0.761.251.42～1.440.63～0.640.79～0.801.501.370.550.82

漿液攪拌機有二種形式，一種是固定容積的立式攪拌機，另一種是可以連續(xù)作業(yè)的臥式攪拌機。立式攪拌機構(gòu)造簡單，容積固定，便于準確配制規(guī)定水灰比的漿液，但需同時配備2～3臺攪拌機輪流制漿。臥式攪拌機必須不間斷地配制漿液，在人工加灰的情況下，漿液水灰比不容易保持穩(wěn)定，要有經(jīng)驗的工人操作。而且必須經(jīng)常檢測漿液比重，通常應(yīng)每5～10min檢測一次，比重誤差應(yīng)<±0.1。

(3)回漿比重與回漿量

三重管法由于噴射介質(zhì)除水泥漿液外還有水和氣，因此回漿成份將包括被置換的土、部份水泥漿液和水。其回漿比重和回漿量決定于土的置換率、單位時間內(nèi)水的噴量和漿液噴量、漿液水灰比。在正常情況下三重管回漿比重的測算值列于表4。三重管法回漿比重測算值表4漿流量(L/min)

水灰比水

流量(L/min)801201500.751.001.500.751.001.500.751.001.50801.381.371.361.461.451.431.491.481.471201.311.301.291.381.371.361.431.411.401501.271.261.251.341.331.321.381.371.36

由于實際工作狀態(tài)的復雜,影響回漿比重和回漿量的因素較多,因此實際回漿比重較測算值常有一定出入,經(jīng)驗表明其誤差范圍應(yīng)<±0.1。例如武漢陽光大廈高噴工程抽樣100根旋噴樁的統(tǒng)計數(shù)據(jù),其水流量75L/min,漿流量80L/min,進漿比重實測平均值1.63,回漿比重測算值為1.395;而回漿比重的實測平均值為1.39,其中>1.49的有4個數(shù)據(jù),均與其對應(yīng)的進漿比重過高有關(guān),<1.29的有2個數(shù)據(jù)(均為1.28)。這組數(shù)據(jù)表明,回漿比重的測算值與實測平均值是很接近的。

回漿比重是反映高噴狀態(tài)的一項重要指標，施工中必須經(jīng)常檢測，一般應(yīng)每5～10min或每1延米旋噴檢測一次。若發(fā)現(xiàn)回漿比重與測算值有較大出入時，應(yīng)查明原因處理。通常回漿比重過低，有可能反映高噴置換率偏低，成樁質(zhì)量差，或進漿水灰比過低、噴漿量過?。换貪{比重過高，有可能反映成樁直徑偏小，或進漿水灰比過高、高壓射水流量過小。

回漿量的估計也因影響因素多很難估算精確，正常情況下約為水流量與漿流量之和的80%～90%。以武漢陽光大廈高噴工程為例，共用水泥漿液約2×104m3，高壓水約2.2×104m3；從回漿池中排出漿渣和稠漿約1.6×104m3，排放沉淀的清水約2×104m3，總排出量為用漿用水量之和的86%?；貪{量過少甚至不回漿時，一般是存在漏漿地層，如地層中存在空洞、地下管道或疏松的雜填土層等，應(yīng)查明原因。

3.4注漿管提升速度

提升速度應(yīng)根據(jù)旋噴樁設(shè)計直徑和所選用的注漿泵的流量按式(6)確定(6)式中V——注漿管提升速度(m/min)；q——單位時間的注漿量(m3/min)；D——設(shè)計旋噴樁直徑(m)；K1——填充率,可取0.75～0.9；β——損失系數(shù),可取0.1～0.2；其它符號意義參見式(1)。

式(6)表明，注漿管提升速度與單位時間的注漿量成正比，所采用的注漿泵流量越大時，提升速度應(yīng)相應(yīng)提高；提升速度與旋噴樁直徑的平方成反比，所以旋噴樁直徑對提升速度有更大影響。由于提升速度與成樁質(zhì)量、成樁直徑、工作效率和工程成本都有密切關(guān)系，因此應(yīng)根據(jù)式(6)準確選定。實際提升速度與計算提升速度的誤差不宜超過±10%。

應(yīng)當說明的是,式(6)僅僅從在一定填充率條件下成樁所需漿液量出發(fā)計算的提升速度,而提升速度還影響到三重管工作介質(zhì)對土體作用的時間,即影響到對土體的破壞能力和成樁