第三章 高压喷射灌浆第一节 概 述高压喷射灌浆技术是通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高速射流 ＜水、浆液或 空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌 注的水泥浆或其它浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而 构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构筑物，以满足项 目需要的一种技术措施高压喷射灌浆于二十世纪六十年代首创于日本七十年代初，我国铁路、煤 炭、水电及冶金系统相继引进，开始研究和应用高压喷射灌浆技术，目前已广泛地应用 于各种建筑物地基的加固项目中八十年代初，我国水利系统于将此项技术应用于山东 白浪河土坝防渗并取得良好效果本章主要阐述高喷灌浆防渗项目的有关技术问题1 高喷灌浆的适用范围高压喷射灌浆防渗和加固技术适用于软弱土层，如第四纪的冲＜淤）积层、残积 层以及人工填土等＜图 3-1-1）我国的实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥等地层 均能进行喷射加固，效果较好对粒径过大的含量过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐 殖土地层，一般应通过现场实验确定施工方法对含有较多漂石或块石的地层，应慎重 使用对于地下水流速过大喷射浆液无法在喷射管周围凝固、无填充物的岩溶地段、永冻 土和对水泥有严重腐蚀的地基，不宜采用高压喷射灌浆。
在水利水电建设中，高喷灌浆广泛应用于低水头土石坝坝基、堤防、临时围堰的防 渗，边坡挡土，基础防冲，地下项目缺陷的修补等项目2 高喷灌浆的方法高压喷射灌浆方法常用的有单管、两管、三管三种，多管法国内尚少应用编写：涂建湘、何培章、李志斌审稿：张福贤单管高喷灌浆的工艺流程如图3-1-2所示单管法是用高压泥浆泵以 20~25MPa 或更高的压力，从喷嘴中喷射出水泥浆液射 流，冲击破坏土体，同时提升或旋转喷射管，使浆液与被剥落下来的土石颗粒掺搅混 合，经一定时间后凝固，在土中形成凝结体这种方法形成凝结体的范围 ＜桩径或延伸 长度）较小一般桩径为0.5〜0.9m,板状凝结体的延伸长度可达1〜2m加固质量较好，施工速度较快，成本较低分类浆材名称卵石 碎石粗粒组细粒组砾砂粒粉 粒一粘粒粗中细粗中细极 细高压 喷射旋 喷纯水泥浆摆 喷纯水泥浆定 喷纯水泥浆1粒径＜ mm) °00 00 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0_图3-1-1高喷灌浆对地层的适应范围示意图仞 ⑹ （c） ⑷图 3-1-2 单管旋喷法施工工艺流程＜a ）钻机就位钻孔；＜b ）钻孔至设计标高；＜c）旋喷开始；＜d）边旋喷边提升；＜e ）旋喷结束成桩；1—钻孔机械；2—高压泥浆泵；3—高压胶管二管法是用高压泥浆泵产生 20〜25MPa 或更高压力的浆液,用压缩空气机产生0.7〜0.8MPa 压力的压缩空气,浆液和压缩空气通过具有两个通道的喷射管,在喷射管底 部侧面的同轴双重喷嘴中同时喷射出高压浆液和空气两种射流，冲击破坏土体，在高压 浆液射流和它外围环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量比单管法显著增大，喷嘴一 边喷射一边旋转和提升，最后在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，其直径达80〜150cm。
除上述情况外，二管法也有采用高压水和低压浆液两种介质的二管法使用 的喷射管初期都是一种同轴的双重钢管，内管内输浆，内管和外管之间的环形通道输 气，故又称为二重管法，至今工业民用建筑行业仍沿用此名三管法是使用能输送水、气、浆的三个通道的喷射管，从内喷嘴中喷射出压力为 30〜40MPa 或更高的超高压水流，水流周围环绕着从外喷嘴中喷射出的圆管状气流，同 轴喷射的水流与气流冲击破坏土体由泥浆泵灌注较低压力的水泥浆液进行充填置换 这种方法的水压力一般很高，在高压水射流和压缩空气的共同作用下，喷射流破坏土体 的有效射程显著增大喷嘴边旋转喷射边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时 压入的浆液进入被破坏的地层进行混合、充填，在地基中形成直径较大、强度较高的旋 喷桩凝结体，起到防渗或加固地基的作用其直径一般有1.0〜2.0 m,较二管法大，较单 管法要大 1〜2倍新三管法是先用高压水和气冲击切割地层土体，然后再用较高压力的水泥浆对土体 进行二次切割和喷入水、气喷嘴和浆、气喷嘴铅直间距约0.5〜0.6m因为水的粘滞 性小，易于进入较小空隙中产生水楔劈裂效应，对于冲切置换细颗粒有较好的作用高 压浆液射流对地层二次喷射不仅增大了喷射半径，使浆液均匀注入被破坏的地层，而且 因为浆、气喷嘴和水、气喷嘴间距较大，水对浆液的稀释作用减小，使实际灌入的浆量 增多，提高了凝结体的结石率和强度。
该法高喷质量优于三管法，适用于含较多密实性 充填物的大粒径地层近几年，在上述几种基本的喷射灌浆工法的基础上，日本、意大利等国又先后开发 出了具有大直径的M・M・M工法、交叉射流工法、多管＜九管）工法以及改变技术参 数的工法它们各有特色，但多处于初始阶段根据喷射介质不同，高压喷射灌浆又可分为单介质喷射、双介质喷射及多介质喷射 等类别后两种在国内尚少应用第二节 高喷凝结体和高喷墙1 高喷凝结体的形状高喷凝结体的形状与喷射形式有关一般喷射形式有旋转喷射 ＜旋）、摆动喷射＜ 摆）和定向喷射 ＜定）三种旋转喷射时，喷嘴一面提升、一面旋转，形成柱状凝结 体摆动喷射时，喷嘴一面提升、一面摆动，形成似亚铃状凝结体定向喷射时，喷嘴一面提升、一面定向喷射，形成板状凝结体三种凝结体如图 3-2-1 所示图中延伸长 度A是喷射中心至凝结体边缘的最大长度有效长度B是喷射中心至凝结体的均匀连续 长度在相同地质条件下不同水压力和水量形成凝结体的延伸长度和有效长度见表 3-2- 1在不同地层中定喷时形成的墙厚范围见表3-2-2表 3-2-1 三管法高喷凝结体的尺寸压力＜ MPa)15 〜2020 〜3030 〜40水量＜ L/min)90 〜12075 〜10075 〜100凝结体 尺寸
表 3-2-2 不同土层中高喷墙的厚度喷嘴直径〈mm)23黏土层墙厚〈cm)4~76~9渗透凝结层厚〈cm)00砂层墙厚〈cm)6~98~12渗透凝结层厚〈cm)2~72~7砂砾石层墙厚〈cm)10~1512~30渗透凝结层厚〈cm)7~507~50图 3-2-1 高喷凝结体的形式＜a）旋喷体＜桩）＜b）摆喷体＜薄墙）＜c）定喷体＜薄墙）A—延伸长度；B—有效长度图 3-2-2 高喷凝结体结构＜a ）旋喷，＜b ）摆喷，＜c ）定喷1—渗透凝结层＜粘性土中无此层）；2—挤压层；3—搅拌混合层；4—浆液主体层定向喷射是喷射流固定在一定方向的喷射，能量集中，自下而上切割地层，形成一 条沟槽，射流使较大颗粒挤压在沟槽周边，沟槽内充填着浆液和土中的细颗粒料，形成 了均质板状凝结体板状凝结体通常用于坝基防渗，改善地基土体的渗透性质和稳定边 坡项目等旋转喷射时，有自下而上和旋转的双重作用，除对地层切割剥蚀、升扬置 换、强制掺搅、凝结硬化、充填挤压、移动包裹外，还有旋转的离心力搅拌作用，柱状 凝结体在横断面上的土粒按粒径大小排列，小粒在中间，大粒多集中在外侧，形成了浆 液主体层、搅拌混合层、挤压层和渗透凝结层。
柱状凝结体主要用于加固地基，提高地 基强度，改善变形性质，不致产生破坏变形或过大变形；也可用作组合闭合帷幕，用以 截阻地下水流摆动喷射的凝结体介于定喷与旋喷之间，如图3-2-2所示2 高喷凝结体的特性高喷凝结体的物理力学性质取决于工艺参数、灌浆材料及地层组成条件纯水泥浆 在砂砾石层中喷射，经升扬置换和搅拌混合成水泥砂浆凝结体，而在黏土层中的凝结体 的性状相当于水泥土高压喷射灌浆凝结体的组成不均匀，定喷凝结体结构中板体层、 浆皮层、渗透凝结层的性质指标如表3-2-3一般凝结体的各项特性如下述表 3-2-3 定喷凝结体的性质指标值范围部位喷射材料水泥成分 百分数<%)抗压强度
<1)抗冻和抗干湿循环凝结体抗冻和抗干湿循环在-20° C条件下是稳定的因此在冻结温度不低于-20° C 条件下，高喷凝结体可用于永久性项目<2)渗透系数喷射凝结体的渗透系数可达10-6〜10-7cm/s，具有良好的防渗性能 <3)凝结体直径旋喷凝结体直径的大小与土的种类和密实程度有较密切的关系旋喷灌浆凝结体直 径见表3-2-4单管法旋喷灌浆凝结体直径0.5〜0.9m，三管法旋喷灌浆凝结体直径达 0.8〜1.5m，两管法旋喷灌浆凝结体直径介于二者之间表 3-2-4 旋喷灌浆凝结体的直径旋喷 、\方喷体直、法< X土 质单管法两管法三管法粘性土0
<4）凝结体形状在均质土中，旋喷的圆柱体比较均称在非均质或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不均 称，甚至在圆柱体旁凸出翼片因为喷射流脉动和提升速度不均匀，固结体的外表很粗 糙，三管法旋喷凝结体受水、气流影响，在黏砂土中外表格外粗糙凝结体的形状可以 通过改变喷射方法、喷射参数来控制，大致可喷成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘 状、板墙状及扇形状在深度大的土层中，因受。