高压喷射注浆

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1、地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学第七章第七章 浆液固化法浆液固化法7.1 7.1 灌浆法灌浆法 7.2 7.2 水泥土搅拌法水泥土搅拌法7.3 7.3 高压喷射注浆法高压喷射注浆法主要内容地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学7.3 7.3 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 7.3.1 7.3.1 概概 述述 高高压压喷喷射射注注浆浆法法: :是是指指用用高高压压水水泥泥浆浆通通过过钻钻杆杆由由水水平平方方向向的的喷喷嘴嘴喷喷出出，形形成成喷喷射射流流，以以此此切切割割土土体体并并与与土土拌拌和和形形成成水泥土加固体的地基处理方法。水泥土加固体的地基处理方法。 地基处理地基处理湖南科技大

2、学湖南科技大学高高压压喷喷射射注注浆浆法法所所形形成成的的固固结结体体形形状状与与喷喷射射流流移移动动方方向向有有关关。一一般般分分为为: :旋旋转转喷喷射射( (简简称称旋旋喷喷) )、定定向向喷喷射射( (简简称称定定喷喷) )和和摆摆动喷射动喷射( (简称摆喷简称摆喷) )三种型式。三种型式。 旋旋喷喷法法施施工工时时，喷喷嘴嘴一一边边喷喷射射一一边边旋旋转转和和提提升升，固固结结体体呈呈圆圆柱柱状状。主主要要用用于于加加固固地地基基，提提高高地地基基的的抗抗剪剪强强度度，改改善善地地基基土土的的变变形形性性质质，也也可可组组成成闭闭合合的的帷帷幕幕，用用于于截截阻阻地地下下水水流流和和

3、治治理理流砂。流砂。 地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学定喷法定喷法施工时，喷嘴一边喷施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向固定射一边提升，喷射的方向固定不变，不变，固结体形如板状或壁状固结体形如板状或壁状。 摆喷法摆喷法施工时，喷嘴一边喷施工时，喷嘴一边喷射一边提升，喷嘴的方向呈较射一边提升，喷嘴的方向呈较小的角度来回摆动，小的角度来回摆动，固结体形固结体形如较厚的墙板状如较厚的墙板状。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学定喷：定喷：定喷：定喷：适用于粒径适用于粒径适用于粒径适用于粒径 20mm20mm的松散地层，的松散地层，的松散地层，的松散地层，获得获得获得获得壁状加固体壁状

4、加固体壁状加固体壁状加固体。 摆喷：摆喷：摆喷：摆喷：适用于粒径适用于粒径适用于粒径适用于粒径 60mm60mm的松散地层，大角度摆喷适用于的松散地层，大角度摆喷适用于的松散地层，大角度摆喷适用于的松散地层，大角度摆喷适用于粒径粒径粒径粒径 100mm100mm的松散地层，的松散地层，的松散地层，的松散地层，获得获得获得获得块状加固体块状加固体块状加固体块状加固体。 旋喷：旋喷：旋喷：旋喷：适用于卵砾石地层及基岩残坡积层适用于卵砾石地层及基岩残坡积层适用于卵砾石地层及基岩残坡积层适用于卵砾石地层及基岩残坡积层, ,获得获得获得获得柱状加固体柱状加固体柱状加固体柱状加固体。 注意！注意！注意！注

5、意！当土中含当土中含当土中含当土中含有较多的有较多的有较多的有较多的大粒径块石大粒径块石大粒径块石大粒径块石、大量植物根茎大量植物根茎大量植物根茎大量植物根茎或较高或较高或较高或较高的的的的有机质有机质有机质有机质时，以及时，以及时，以及时，以及地地地地下水流速过大下水流速过大下水流速过大下水流速过大和和和和已涌已涌已涌已涌水水水水的工程，应根据现的工程，应根据现的工程，应根据现的工程，应根据现场试验结果确定其适场试验结果确定其适场试验结果确定其适场试验结果确定其适用性。用性。用性。用性。 单管高压旋喷桩单管高压旋喷桩单管高压旋喷桩单管高压旋喷桩地面加固施工地面加固施工地面加固施工地面加固施工

6、7.1 旋喷工艺选择旋喷工艺选择共共70页页 第第62页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 1.1.高压喷射注浆法的工艺类型高压喷射注浆法的工艺类型 高高压压喷喷射射注注浆浆法法的的基基本本工工艺艺类类型型有有：单单管管法法、二二重重管管法法、三三重管法和多重管法等四种方法重管法和多重管法等四种方法。 在粘性土层中，单管旋喷桩径约在粘性土层中，单管旋喷桩径约在粘性土层中，单管旋喷桩径约在粘性土层中，单管旋喷桩径约0.50.50.50.50.8m0.8m0.8m0.8m， 双重管旋喷桩径约双重管旋喷桩径约双重管旋喷桩径约双重管旋喷桩径约0.80.80.80.81m1m1m1m， 三重管旋

7、喷桩径可达三重管旋喷桩径可达三重管旋喷桩径可达三重管旋喷桩径可达1.11.11.11.13.0m3.0m3.0m3.0m。 为获得大直径的旋喷桩，应采用为获得大直径的旋喷桩，应采用为获得大直径的旋喷桩，应采用为获得大直径的旋喷桩，应采用二重管旋喷二重管旋喷二重管旋喷二重管旋喷或或或或三重管旋喷三重管旋喷三重管旋喷三重管旋喷。 地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学单管旋喷法：单管旋喷法： 用高压泥浆泵等装置，以用高压泥浆泵等装置，以20MPa20MPa左右的压力，把左右的压力，把浆液从喷嘴浆液从喷嘴中喷射中喷射出去冲击破坏土体，同时出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，借助注浆管

8、的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体。便在土中形成圆柱状的固结体。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学二重管法：二重管法： 通过在管底部侧面的一个通过在管底部侧面的一个同轴同轴双重喷嘴双重喷嘴，同时喷射出，同时喷射出高压浆液高压浆液和空气两种介质和空气两种介质的喷射流冲击破的喷射流冲击破坏土体。在坏土体。在高压浆液高压浆液和它和它外圈环外圈环绕气流绕气流的共同作用下，破坏土体的共同作用下，破坏土体能量显著增大，喷嘴一边喷射一能量显著增大，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，最后在

9、土体中形边旋转和提升，最后在土体中形成直径明显增加的柱状固结体达成直径明显增加的柱状固结体达8080150cm150cm。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学三重管法三重管法 使用分别输送使用分别输送水水、气气、浆浆三种三种介质的三重注浆管。在以高压泥介质的三重注浆管。在以高压泥浆泵等高压发生装置产生浆泵等高压发生装置产生20-20-30MPa30MPa左右的高压喷射流周围，环左右的高压喷射流周围，环绕一股绕一股0 0.5-0.7MPa.5-0.7MPa左右的圆筒状左右的圆筒状气流，进行气流，进行水、气同轴喷射水、气同轴喷射冲切冲切土体，形成较大的空隙，再另由土体，形成较大的空隙，再另由泥

10、浆泵注入压力为泥浆泵注入压力为2-5MPa2-5MPa的浆液的浆液充填，喷嘴作旋转和提升运动，充填，喷嘴作旋转和提升运动，最会便在土中凝固为较大的固结最会便在土中凝固为较大的固结体体地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 2. 2. 高压喷射注浆法的主要特征高压喷射注浆法的主要特征 适适用用范范围围广广 由由于于固固结结体体的的质质量量明明显显提提高高，它它既既可可用用于于工工程程新新建建之之前前，又又可可用用于于竣竣工工后后的的托托换换工工程程，使使已已有有建建筑筑物物在在施施工工时时使使用功能正常。用功能正常。 施施工工简简便便 施施工工时时只只需需在在土土层层中中钻钻一一个个孔孔径径为

11、为50mm50mm或或300mm300mm的的小小孔孔，便便可可在在土土中中喷喷射射成成直直径径为为0.4-4.0m0.4-4.0m的的固固结结体体，因因而而施施工工时时能贴近已有建筑物，成型灵活。能贴近已有建筑物，成型灵活。 可可控控制制固固结结体体形形状状 在在施施工工中中可可调调整整旋旋喷喷速速度度和和提提升升速速度度、增增减减喷喷射射压压力力或或更更换换喷喷嘴嘴孔孔径径改改变变流流量量，使使固固结结体体形形成成工工程程设设计计所所需要的形状。需要的形状。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 可可垂垂直直、倾倾斜斜和和水水平平喷喷射射 通通常常是是在在地地面面上上进进行行垂垂直直喷喷

12、射射注注浆浆，但但在在隧隧道道、矿矿山山井井巷巷工工程程、地地下下铁铁道道等等建建设设中中，亦亦可可采采用用倾斜倾斜和和水平水平喷射注浆。喷射注浆。 耐久性较好耐久性较好 可用于永久性工程。可用于永久性工程。 料料源源广广阔阔 浆浆液液以以水水泥泥为为主主体体。在在地地下下水水流流速速快快或或含含有有腐腐蚀蚀性性元元素素、土土的的含含水水量量大大或或固固结结体体强强度度要要求求高高的的情情况况下下，则则可可在在水水泥泥中中掺掺入入适适量量的的外外加加剂剂，以以达达到到速速凝凝、高高强强、抗抗冻冻、耐耐蚀蚀和和浆浆液不沉淀等效果。液不沉淀等效果。 设设备备简简单单 高高压压喷喷射射注注浆浆全全套

13、套设设备备结结构构紧紧凑凑、体体积积小小、机机动性强，占地少，能在狭窄和低矮的空间施工。动性强，占地少，能在狭窄和低矮的空间施工。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学3.高压喷射注浆法的适用范围高压喷射注浆法的适用范围土质条件适用范围土质条件适用范围适适用用于于处处理理淤淤泥泥、淤淤泥泥质质土土、流流塑塑、软软塑塑或或可可塑塑粘粘性性土土、粉粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。工程使用范围工程使用范围a. a. 提提高高地地基基强强度度; ; b. b. 挡挡土土围围堰堰及及地地下下工程建设工程建设 c. c. 增大土的摩擦力和粘聚力增大土的摩擦力

14、和粘聚力; d. ; d. 减少振动，防液化减少振动，防液化 e. e. 降低土的含水量降低土的含水量; f. ; f. 防渗帷幕防渗帷幕 g. g. 防止洪水冲刷防止洪水冲刷地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学b.挡土围堰及地下工程建设挡土围堰及地下工程建设地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学c.增大土的摩擦力和粘聚力增大土的摩擦力和粘聚力地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学f.防渗帷幕防渗帷幕地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学f.防渗帷幕防渗帷幕地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学7.3.2 7.3.2 加固机理加固机理 1. 1. 高压水喷射流的性质高压水喷射流的性

15、质 高高压压水水喷喷射射流流是是通通过过高高压压发发生生设设备备，使使它它获获得得巨巨大大能能量量后后，从一定形状的喷嘴，从一定形状的喷嘴，能量高度集中的一股液流能量高度集中的一股液流。 2. 2. 高压喷射流的种类和构造高压喷射流的种类和构造 高压喷射流的种类高压喷射流的种类 a. a. 单管喷射流为单管喷射流为单一高压水泥浆喷射流单一高压水泥浆喷射流； b. b. 二二重重管管喷喷射射流流为为高高压压浆浆液液喷喷射射流流与与其其外外部部环环绕绕的的压压缩空气喷射流缩空气喷射流组成，组成为组成，组成为复合式高压喷射流复合式高压喷射流； c. c. 三三重重管管喷喷射射流流为为高高压压水水喷喷

16、射射流流与与其其外外部部环环绕绕的的压压缩缩空气喷射空气喷射流组成，亦为流组成，亦为复合式高压喷射流复合式高压喷射流； d. d. 多重管喷射流为多重管喷射流为高压水喷射流高压水喷射流。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 高压喷射流的构造高压喷射流的构造 1 1） 单液高压喷射流的构造单液高压喷射流的构造 在空气中喷射，初在空气中喷射，初期区域为期区域为 在水中喷射在水中喷射, ,初期区初期区域为域为 在空气中射流的初在空气中射流的初期区域的长度比在水中期区域的长度比在水中约大约大1010倍。倍。初期区域初期区域地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学主要区域主要区域轴向动压陡然减弱，喷

17、射轴向动压陡然减弱，喷射流速度进一步降低，流速度进一步降低，它的它的扩散率为常数，扩散宽度扩散率为常数，扩散宽度和距离的平方根呈正比和距离的平方根呈正比。在土中喷射时，喷射流与在土中喷射时，喷射流与土在本区域内搅拌混合。土在本区域内搅拌混合。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学喷射流处于喷射流处于能量衰竭状能量衰竭状态态，喷射流宽度很大，喷射流宽度很大，雾化度高，水滴成雾化雾化度高，水滴成雾化状，与空气混合在一状，与空气混合在一起，最后消散在大气起，最后消散在大气中。中。终期区域终期区域有效喷射长度为有效喷射长度为初期区域初期区域和和主要区域长度主要区域长度之和之和。有效喷射长有效喷射长度

18、愈长，则劈裂土的距离越大，喷射加固体的直径也愈大度愈长，则劈裂土的距离越大，喷射加固体的直径也愈大。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 2) 2) 水（浆）、气同轴喷射的构造水（浆）、气同轴喷射的构造 在在初初期期区区域域，由由于于水水喷喷射射流流与与空空气气流流相相冲冲撞撞及及喷喷嘴嘴内内部部表表面面不不够够光光滑滑，致致使使从从喷喷嘴嘴射射出出的的水水流流较较紊紊乱乱，再再加加以以空空气气和和水水流流的的相相互互作作用用，在在高高压压喷喷射射水水流流中中形形成成气气泡泡，喷喷射射流流受受到到干干扰扰，在在初初期期区区域域的的末末端端，气气泡泡与与水水喷喷射射流流的的宽宽度度一一样样。

19、在在迁迁移移区区域域，高高压压水水喷喷射射流流与空气开始混合，出现较多的气泡。与空气开始混合，出现较多的气泡。 主主要要区区域域内内，高高压压水水喷喷射射流流衰衰减减，内内部部的的大大量量气气泡泡逐逐渐渐分分裂裂为为不连续的细水滴状，同轴喷射流的宽度迅速扩大。不连续的细水滴状，同轴喷射流的宽度迅速扩大。 水（浆）、气同轴喷射流初期区域长度可用以下经验公式表示：水（浆）、气同轴喷射流初期区域长度可用以下经验公式表示：地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 3. 3. 加固地基的机理加固地基的机理 高压喷射流对土体的破坏作用高压喷射流对土体的破坏作用 破破坏坏土土体体结结构构强强度度的的最最主主

20、要要因因素素是是喷喷射射动动压压，根根据据动动量量定定律律，在空气中喷射时的在空气中喷射时的破坏力破坏力为：为： 在喷嘴断面积在喷嘴断面积A A一定的条件下，如果要获得大的破坏力，一定的条件下，如果要获得大的破坏力，则需要通过高压产生大的流速则需要通过高压产生大的流速地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 水（浆）、气同轴喷射流对土体的破坏作用水（浆）、气同轴喷射流对土体的破坏作用 单单液液喷喷射射流流虽虽具具有有巨巨大大的的能能量量，但但由由于于压压力力在在土土中中急急剧剧衰衰减减，因此破坏土的，因此破坏土的有效射程短有效射程短，致使旋喷固结体的直径较小致使旋喷固结体的直径较小。 水水（浆

21、浆）、气气同同轴轴喷喷射射时时，空空气气流流使使水水或或浆浆的的高高压压喷喷射射流流从从破破坏坏土土体体上上将将土土粒粒迅迅速速吹吹散散，使使高高压压喷喷射射流流的的喷喷射射破破坏坏条条件件得得到到改改善善，阻阻力力大大大大减减少少，能能量量消消耗耗降降低低，因因而而增增大大了了高高压压喷喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体直径较大。射流的破坏能力，形成的旋喷固结体直径较大。 地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学旋喷时旋喷时，高压喷射流在地基中，把土体切削破坏，其加固范围就是喷射距离加上渗透部分或压缩部分的长度为半径的圆柱体。 图7-36 旋喷固结体横断面结构示意图1浆液主体部分；2搅拌混合

22、部分；3压缩部分； 3渗透部分。2134砂性土粘性土地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学定喷时，高压喷射注浆的喷嘴不旋转，只作水平的固定方向喷射，并逐渐向上提升，便在土中冲成一条沟槽，并把浆液灌进槽中，最后形成一个板状固结体。固结体在砂性土中有部分渗透层，而在粘性土中无这一部分渗透层。浆液主体部分搅拌混合部分硬壳浆液渗透部分砂性土粘性土图7-37 定喷固结体横断面结构示意图地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 水泥与土的固结机理水泥与土的固结机理 水泥各成分在不缺水、不干涸的情况下，继续不断地按水泥各成分在不缺水、不干涸的情况下，继续不断地按水化程序发展、增强和扩大，从而产生下列现象：

23、水化程序发展、增强和扩大，从而产生下列现象： 1) 1) 胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速，结合更密；胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速，结合更密； 2) 2) 由于微晶（结晶核）的产生进而产生出结晶体，结晶体由于微晶（结晶核）的产生进而产生出结晶体，结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始；始； 3) 3) 水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但

24、无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完毕，所以水化过程是一个长久的过程。水化完毕，所以水化过程是一个长久的过程。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 4. 4. 加固土的基本性状加固土的基本性状 直径较大直径较大 对对粘粘性性土土地地基基加加固固，单单管管旋旋喷喷注注浆浆加加固固体体直直径径一一般般为为0.3-0.3-0.8m0.8m；三三重重管管旋旋喷喷注注浆浆加加固固体体直直径径可可达达0.7-1.8m0.7-1.8m；二二重重管管旋旋喷喷注注浆浆加加固固体体直直径径介介于于以以上上两两者者之之间间。多多重重管管旋旋喷喷

25、注注浆浆加加固固体体直直径为径为2.0-4.0m2.0-4.0m。 固结体形状可不同固结体形状可不同 在在匀匀质质土土中中，旋旋喷喷的的圆圆柱柱体体比比较较匀匀称称；而而在在非非匀匀质质土土中中或或有有裂隙土中，旋喷的圆柱体不匀称，甚至在圆柱体旁长出翼片。裂隙土中，旋喷的圆柱体不匀称，甚至在圆柱体旁长出翼片。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 重重量量轻轻: : 固固结结体体内内部部土土粒粒少少并并含含有有一一定定数数量量的的气气泡泡。因因此此，固结体的重量较轻，轻于或接近原状土的密度固结体的重量较轻，轻于或接近原状土的密度。 渗渗透透系系数数小小: : 固固结结体体虽虽有有一一定定的的

26、孔孔隙隙，但但这这些些孔孔隙隙并并不不贯贯通通，而而且且固固结结体体有有一一层层较较致致密密的的硬硬壳壳，其其渗渗透透系系数数达达1010-6-6cm/scm/s或或更更小，故具有一定的防渗性能。小，故具有一定的防渗性能。 固固结结强强度度高高: : 土土体体经经过过喷喷射射后后，土土粒粒重重新新排排列列，水水泥泥等等浆浆液液含含量量大大。由由于于一一般般外外侧侧土土颗颗粒粒直直径径大大，数数量量多多，浆浆液液成成分分也也多多，因因此此在在横横断断面面上上中中心心强强度度低低，外外侧侧强强度度高高，与与土土交交换换的的边边缘缘有有处处有有一圈坚硬的外壳。一圈坚硬的外壳。 单单桩桩承承载载力力高

27、高: : 旋旋喷喷柱柱状状固固结结体体有有较较高高的的强强度度，外外形形凹凹凸凸不平，因此有较大的承载力，固结体直径愈大，承载力愈高。不平，因此有较大的承载力，固结体直径愈大，承载力愈高。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学7.3.3 7.3.3 设计计算设计计算 1. 1. 室内配方与现场喷射试验室内配方与现场喷射试验 为为了了解解喷喷射射注注浆浆固固结结体体的的性性质质和和浆浆液液的的合合理理配配方方，必必须须取取现现场场各各层层土土样样，在在室室内内按按不不同同的的含含水水量量和和配配合合比比进进行行试试验验，优优选出最合理的浆液配方。选出最合理的浆液配方。 2. 2. 固结体尺寸固

28、结体尺寸 a. a. 固结体尺寸主要取决于下列因素：固结体尺寸主要取决于下列因素： 1) 1) 土的类别及其密实程度；土的类别及其密实程度； 2) 2) 高压喷射注浆方法（注浆管的类型）；高压喷射注浆方法（注浆管的类型）； 3) 3) 喷喷射射技技术术参参数数( (包包括括喷喷射射压压力力与与流流量量，喷喷嘴嘴直直径径与与个个数数，压压缩缩空空气气的的压压力力、流流量量与与喷喷嘴嘴间间隙隙，注注浆浆管管的的提提升升速速度度与与旋旋转转速度速度) )。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 b. b. 在在无无试试验验资资料料的的情情况况下下，对对小小型型的的或或不不太太重重要要的的工工程程，

29、可根据经验选用表可根据经验选用表7-97-9所列数值。所列数值。 c. c. 对对于于大大型型的的或或重重要要的的工工程程，应应通通过过现现场场喷喷射射试试验验后后开开挖挖或钻孔采样确定。或钻孔采样确定。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 3. 3. 固结体强度固结体强度 固结体强度主要取决于固结体强度主要取决于下列因素下列因素： a. a. 土质；土质； b. b. 喷射材料及水灰比；喷射材料及水灰比； c. c. 注浆管类型和提升速度；注浆管类型和提升速度；d. d. 单位时间的注浆量。单位时间的注浆量。 固固结结体体强强度度设设计计规规定定按按28d28d强强度度计计算算。试试验验

30、证证明明，在在粘粘性性土土中中，由由于于水水泥泥水水化化物物与与粘粘土土矿矿物物继继续续发发生生作作用用，故故28d28d后后的的强强度度将会继续增长，这种强度的增长作为安全储备。将会继续增长，这种强度的增长作为安全储备。 注注浆浆材材料料为为水水泥泥时时，固固结结体体抗抗压压强强度度的的初初步步设设定定可可参参考考表表7-117-11。 对对于于大大型型的的或或重重要要的的工工程程，应应通通过过现现场场喷喷射射试试验验后后采采样样测测试来确定固结体的强度和渗透性等性质。试来确定固结体的强度和渗透性等性质。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 4. 4. 竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值

31、竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值 用用旋旋喷喷桩桩处处理理的的地地基基，应应按按复复合合地地基基设设计计。竖竖向向承承载载旋旋喷喷桩桩复复台台地地基基承承载载力力特特征征值值应应通通过过现现场场复复合合地地基基载载荷荷试试验验确确定定。初初步步设设计计时时，也可按下式计算：也可按下式计算：地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 5. 5. 沉降计算沉降计算: : 桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形应按桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形应按现行国家标准现行国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2012GB50007-2012）的有关）的有关规定计算。规定计算。

32、 6. 6. 垫层垫层: : 褥垫层厚度可取褥垫层厚度可取200-300mm200-300mm，其材料可选用中砂、，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于粗砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于30mm. 30mm. 7. 7. 布孔形式和孔距。布孔形式和孔距。 加固地基竖向承载加固地基竖向承载 竖向承载旋喷桩的平面布置可根据上部结构和基础特点确定。竖向承载旋喷桩的平面布置可根据上部结构和基础特点确定。独立基础下的桩数一般不应少于独立基础下的桩数一般不应少于4 4根。根。 堵水防渗堵水防渗 堵水防渗工程，最好按双排或三排布孔形成帷幕（图堵水防渗工程，最好按双排或三排布孔形成帷幕（图7-

33、387-38）。）。孔距应为孔距应为L L=1.73=1.73R R0 0( (R R0 0为旋喷桩设计半径为旋喷桩设计半径) )，排距为，排距为l.5l.5R R0 0最为经济。最为经济。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学图图7-38 7-38 布孔孔距和旋喷注浆固结体交联图布孔孔距和旋喷注浆固结体交联图地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学图图7-39 7-39 定喷防渗帷幕定喷防渗帷幕形式示意图形式示意图图图7-40 7-40 摆喷防渗帷幕摆喷防渗帷幕形式示意图形式示意图地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 8. 8. 浆量计算浆量计算 浆浆量量计计算算有有两两种种方方法法，

34、即即体体积积法法和和喷喷量量法法，取取其其大大者者作作为为设设计喷射浆量计喷射浆量。 体积法体积法 喷量法喷量法 地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 a. a. 有良好的可喷性有良好的可喷性 目目前前，国国内内基基本本上上采采用用以以水水泥泥浆浆为为主主剂剂，掺掺入入少少量量外外加加剂剂的的喷喷射射方方法法，水水灰灰比比一一般般采采用用1:1-1.5:11:1-1.5:1就就能能保保证证较较好好的的喷喷射射效效果。浆液的可喷性用果。浆液的可喷性用流动度流动度和和粘度粘度来评定。来评定。 b. b. 有足够的稳定性有足够的稳定性 浆浆液液的的稳稳定定性性好好坏坏直直接接影影响响到到固固结结

35、体体的的质质量量。以以水水泥泥浆浆为为例例，其其稳稳定定性性好好系系指指浆浆液液在在初初凝凝前前析析水水率率小小、水水泥泥的的沉沉降降速速度度慢慢、分分散散性性好好以以及及浆浆液液混混合合后后经经高高压压喷喷射射而而不不改改变变其其物物理理化化学学性性质质。掺掺入入少少量量外外加加剂剂能能明明显显地地提提高高浆浆液液的的稳稳定定性性，常常用用的的外外加加剂剂有有：膨膨润润土土、纯纯碱碱、三三乙乙醇醇胺胺等等。浆浆液液的的稳稳定定性性可可用用浆浆液液的析水率来评定。的析水率来评定。9.浆液材料与配方浆液材料与配方 浆液特性浆液特性地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 c. c. 气泡少气泡少

36、 若若固固结结体体硬硬化化后后有有许许多多气气孔孔，会会降降低低喷喷射射固固结结体体的的密密度度，导导致致固结体强度及抗渗性能降低。固结体强度及抗渗性能降低。 d. d. 调剂浆液的胶凝时间调剂浆液的胶凝时间 胶胶凝凝时时间间是是指指从从浆浆液液开开始始配配制制起起，到到与与土土体体混混合合后后逐逐渐渐失失去去其其流流动动性性为为止止的的这这段段时时间间。胶胶凝凝时时间间由由浆浆液液的的配配方方、外外加加剂剂的的掺掺量量、水灰比水灰比和和外界温度外界温度而定。而定。 e. e. 有良好的力学性能有良好的力学性能 影影响响抗抗压压强强度度的的因因素素很很多多，如如材材料料的的品品种种、浆浆液液的

37、的浓浓度度、配配比比和外加剂等。和外加剂等。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 f. f. 无毒、无臭无毒、无臭 浆浆液液对对环环境境不不污污染染，对对人人体体无无害害，属属非非易易燃燃易易爆爆物物品品；浆浆液液对对注浆设备、管路无腐蚀性并容易清洗。注浆设备、管路无腐蚀性并容易清洗。 g. g. 结石率高结石率高 固固化化后后的的固固结结体体有有一一定定的的粘粘结结性性，能能牢牢固固地地与与土土粒粒相相粘粘结结。要要求求固固结结体体耐耐久久性性好好，能能长长期期耐耐酸酸、碱碱、盐盐及及生生物物细细菌菌等等腐腐蚀蚀，并并且不受温度、湿度的变化而变化。且不受温度、湿度的变化而变化。 地基处理

38、地基处理湖南科技大学湖南科技大学 浆液配方浆液配方 a. a. 普通型：普通型： 一般采用强度等级为一般采用强度等级为32.532.5号硅酸盐水泥浆号硅酸盐水泥浆，不加任何外加剂，水灰比为不加任何外加剂，水灰比为1:1-1.5:11:1-1.5:1，固结体，固结体28d28d的抗压强度最的抗压强度最大可达大可达1.0-20MPa1.0-20MPa。 b b. . 速凝早强型：速凝早强型：对对地下水发达地下水发达的工程需要在水泥浆中掺入的工程需要在水泥浆中掺入速凝早强剂，速凝早强剂，因纯水泥浆的凝固时间太长，浆液易被冲蚀而不固因纯水泥浆的凝固时间太长，浆液易被冲蚀而不固结。结。常用的早强剂有氯化

39、钙、水玻璃和三乙醇胺等，用量为水泥常用的早强剂有氯化钙、水玻璃和三乙醇胺等，用量为水泥用量的用量的2%-4%2%-4%。 c.c.高强型高强型：喷射固结体的平均抗压强度在喷射固结体的平均抗压强度在20MPa20MPa以以上称为高上称为高强型。强型。 提高固结体强度的方法有：提高固结体强度的方法有： 1) 1) 选择高标号水泥选择高标号水泥 2) 2) 选择高效能的扩散剂和无机盐组成的配方。选择高效能的扩散剂和无机盐组成的配方。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 d. d. 填填充充剂剂型型: : 把把粉粉煤煤灰灰等等材材料料作作为为填填充充剂剂加加入入水水泥泥浆浆中中会会极极大大地地降降

40、低低工工程程造造价价，它它的的特特点点是是早早期期强强度度低低，而而后后期期强强度度增增长长率率高高、水化热低。水化热低。 e. e. 抗抗冻冻型型: : 在在冻冻土土带带未未冻冻前前对对土土进进行行喷喷射射注注浆浆，并并在在所所用用的的喷射浆液中加入抗冻剂，可防止土体冻胀。一般使用的抗冻剂为：喷射浆液中加入抗冻剂，可防止土体冻胀。一般使用的抗冻剂为： 1) 1) 水泥水泥沸石粉浆液沸石粉浆液; ; 2) 2) 水泥水泥三乙醇胺、亚硝酸钠浆液三乙醇胺、亚硝酸钠浆液; ; 3) 3) 水泥水泥扩散剂扩散剂NNONNO浆液。浆液。 f. f. 抗抗渗渗型型: : 在在水水泥泥浆浆中中掺掺入入2%4

41、%2%4%的的水水玻玻璃璃，其其抗抗渗渗性性能能就就有有明明显显提提高高，如如表表7-127-12所所示示，使使用用的的水水玻玻璃璃模模数数要要求求在在2.43.42.43.4之之间较为合适，浓度要求间较为合适，浓度要求30403040波美度为宜。波美度为宜。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学7.3.4 7.3.4 施施 工工 1. 1. 施工机具施工机具 施工机具主要由施工机具主要由钻机钻机和和高压发生设备高压发生设备两大部分组成。两大部分组成。 2. 2. 施工工艺施工工艺 施工程序施工程序 a. a. 钻机就位钻机就位 钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允钻机安放在

42、设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于许倾斜度不得大于1.51.5。 b. b. 钻孔钻孔 单管旋喷常使用单管旋喷常使用7676型旋转振动钻机，钻进深度可达型旋转振动钻机，钻进深度可达30m30m以上，以上，适用于标准贯入击数小于适用于标准贯入击数小于4040的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。的地层时宜用地质钻机钻孔。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 c. c. 插管插管 插管是将喷管插入地层预定的深度。插管是将喷管插入地层预定的深度。 d. d. 喷射作业喷射作业 当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。

43、当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。 e. e. 冲洗冲洗 喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。 f. f. 移动机具移动机具 将钻机等机具设备移到下一个孔位上。将钻机等机具设备移到下一个孔位上。地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学7.3.4 7.3.4 质量检验质量检验 1. 1. 检验内容检验内容 检验内容包括：检验内容包

44、括： 固结体的整体性和均匀性；固结体的整体性和均匀性； 固结体的有效直径；固结体的有效直径； 固结体的垂直度；固结体的垂直度； 固结体的强度特性固结体的强度特性( (包括桩的轴向压力、水平力、包括桩的轴向压力、水平力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等) )； 固结体的溶蚀和耐久性能。固结体的溶蚀和耐久性能。 2. 2. 检验点布置检验点布置 有代表性的桩位；有代表性的桩位；地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学 施工中出现异常情况的部位；施工中出现异常情况的部位； 地地基基情情况况复复杂杂，可可能能对对高高压压喷喷射射注注浆浆质质量量产产生生影影响响的的部部位。位。 3.

45、 3. 抽检数量抽检数量 检检验验点点的的数数量量为为施施工工孔孔数数的的1%1%，并并不不应应少少于于3 3点点。检检验验宜在高压喷射注浆结束宜在高压喷射注浆结束28d28d后进行。后进行。 竖竖向向承承载载旋旋喷喷桩桩地地基基竣竣工工验验收收时时，承承载载力力检检验验应应采采用用复复合合地地基基载载荷荷试试验验和和单单桩桩载载荷荷试试验验。载载荷荷试试验验必必须须在在桩桩身身强强度度满满足足试试验验条条件件，并并宜宜在在成成桩桩28d28d后后进进行行。检检验验数数量量为为桩桩总总数数的的0.50.51 1，且每项单体工程且每项单体工程不应少于不应少于3 3点。点。地基处理地基处理湖南科技

46、大学湖南科技大学旋喷桩质量检验旋喷桩质量检验7 高压高压旋喷桩旋喷桩 旋旋旋旋喷喷喷喷桩桩桩桩质质质质量量量量检检检检验验验验宜宜宜宜在在在在喷喷喷喷射射射射注注注注浆浆浆浆结结结结束束束束28d28d后后后后进进进进行行行行，可可可可根根根根据据据据工工工工程程程程要要要要求求求求和和和和当当当当地地地地经经经经验验验验采采采采用用用用开开开开挖挖挖挖检检检检查查查查、取取取取芯芯芯芯、标标标标准准准准贯贯贯贯入入入入试试试试验验验验、载载载载荷荷荷荷试试试试验验验验等等等等方方方方法法法法进进进进行行行行。检检检检验验验验点点点点的的的的数量为施工孔数的数量为施工孔数的数量为施工孔数的数量

47、为施工孔数的1%1%，并不少于，并不少于，并不少于，并不少于3 3点。点。点。点。 竖向承载旋喷桩的承载力检验应采用竖向承载旋喷桩的承载力检验应采用竖向承载旋喷桩的承载力检验应采用竖向承载旋喷桩的承载力检验应采用复合地基载荷试验复合地基载荷试验复合地基载荷试验复合地基载荷试验和和和和单桩载荷试验单桩载荷试验单桩载荷试验单桩载荷试验。宜在成桩宜在成桩宜在成桩宜在成桩28d28d后进行。检验数量为桩总数的后进行。检验数量为桩总数的后进行。检验数量为桩总数的后进行。检验数量为桩总数的0.5%0.5%1%1%，且每项单体工程不，且每项单体工程不，且每项单体工程不，且每项单体工程不应少于应少于应少于应少

48、于3 3点。点。点。点。 检查试桩桩径检查试桩桩径检查试桩桩径检查试桩桩径壁状旋挖桩的开挖验证壁状旋挖桩的开挖验证壁状旋挖桩的开挖验证壁状旋挖桩的开挖验证旋挖桩的标准贯入试验旋挖桩的标准贯入试验旋挖桩的标准贯入试验旋挖桩的标准贯入试验共共70页页 第第70页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学高高高高压压压压旋旋旋旋喷喷喷喷桩桩桩桩施施施施工工工工工艺参数工艺参数 旋喷桩属于隐蔽性工程，只有选择合适的工艺参数，才能保旋喷桩属于隐蔽性工程，只有选择合适的工艺参数，才能保旋喷桩属于隐蔽性工程，只有选择合适的工艺参数，才能保旋喷桩属于隐蔽性工程，只有选择合适的工艺参数，才能保证施工质量，施工时

49、应根据工程的实际地质情况选用：证施工质量，施工时应根据工程的实际地质情况选用：证施工质量，施工时应根据工程的实际地质情况选用：证施工质量，施工时应根据工程的实际地质情况选用：旋喷桩直径：旋喷桩直径：旋喷桩直径：旋喷桩直径： 500mm500mm；浆液制备：浆液制备：浆液制备：浆液制备：采用不低于采用不低于采用不低于采用不低于P.O32.5P.O32.5级普通硅酸盐水泥；级普通硅酸盐水泥；级普通硅酸盐水泥；级普通硅酸盐水泥；水灰比可取水灰比可取水灰比可取水灰比可取0.80.81.51.5，常用，常用，常用，常用1.01.0；浆液比重浆液比重浆液比重浆液比重1.41.41.51.5；高压水压力：高

50、压水压力：高压水压力：高压水压力： 20MPa20MPa；气压力：气压力：气压力：气压力：0.7MPa0.7MPa；提升速度：提升速度：提升速度：提升速度： 70cm/min70cm/min；旋转速度：旋转速度：旋转速度：旋转速度：6060转转转转/min/min。7.1 旋喷工艺选择旋喷工艺选择共共70页页 第第63页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学高压旋喷设备及机具高压旋喷设备及机具滑撬式旋喷钻机滑撬式旋喷钻机滑撬式旋喷钻机滑撬式旋喷钻机 履带式旋喷钻机履带式旋喷钻机履带式旋喷钻机履带式旋喷钻机 高压注浆泵高压注浆泵高压注浆泵高压注浆泵单重管喷具单重管喷具单重管喷具单重管喷具 双

51、重管喷具双重管喷具双重管喷具双重管喷具 三重管喷具三重管喷具三重管喷具三重管喷具 灰浆搅拌机灰浆搅拌机灰浆搅拌机灰浆搅拌机泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵7 高压高压旋喷桩旋喷桩共共70页页 第第64页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学钻孔钻孔钻孔钻孔7.3旋喷施工流程旋喷施工流程下喷射管下喷射管下喷射管下喷射管喷射注浆喷射注浆喷射注浆喷射注浆拔管拔管拔管拔管回灌回灌回灌回灌浆液冲洗浆液冲洗浆液冲洗浆液冲洗7 高压高压旋喷桩旋喷桩共共70页页 第第65页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学钻机钻机造孔造孔7 高压高压旋喷桩旋喷桩钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机垫平稳固。

52、钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机垫平稳固。钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机垫平稳固。钻杆对准孔位，用水平尺测量机体水平、立轴垂直，钻机垫平稳固。钻钻钻钻孔直径应大于喷射管外径孔直径应大于喷射管外径孔直径应大于喷射管外径孔直径应大于喷射管外径202050mm50mm，以保证，以保证，以保证，以保证喷射时正常返浆喷射时正常返浆喷射时正常返浆喷射时正常返浆、冒浆冒浆冒浆冒浆。钻进。钻进。钻进。钻进过程中为防止塌孔采用泥浆护壁，泥浆容重过程中为防止塌孔采用泥浆护壁，泥浆容重过程中为防止塌孔采用泥浆护壁，泥浆容重过程中为防止塌孔采用泥浆护壁，泥浆容重1.11.11.2

53、51.25。孔位允许偏差。孔位允许偏差。孔位允许偏差。孔位允许偏差 50mm50mm，终孔深度以设计要求为准。，终孔深度以设计要求为准。，终孔深度以设计要求为准。，终孔深度以设计要求为准。钻机成孔钻机成孔钻机成孔钻机成孔 钻机退杆钻机退杆钻机退杆钻机退杆 合金钢钻头合金钢钻头合金钢钻头合金钢钻头共共70页页 第第66页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学下喷射管下喷射管喷射台车先喷射台车先喷射台车先喷射台车先在地面进行浆在地面进行浆在地面进行浆在地面进行浆、气试喷气试喷气试喷气试喷，各项工艺参，各项工艺参，各项工艺参，各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，喷射孔与高数符合设计要

54、求后将喷射管下至设计深度，喷射孔与高数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，喷射孔与高数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，喷射孔与高压注浆泵的距离压注浆泵的距离压注浆泵的距离压注浆泵的距离 50m50m。下下下下喷喷喷喷射射射射管管管管 旋旋旋旋喷喷喷喷头头头头7.4 旋喷桩的施工旋喷桩的施工制浆制浆浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液须连续浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液须连续浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液须连续浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液须连续均匀，均匀，均匀，均匀，搅拌时间搅拌时间搅拌时间搅拌时间 30S30S，一次搅拌，一次搅拌，一次搅拌，一次搅拌使用的时间亦使用的时间亦使用的时间亦使用的时

55、间亦控制在控制在控制在控制在4h4h以内以内以内以内。浆浆浆浆、气气气气试试试试喷喷喷喷浆浆浆浆液液液液制制制制备备备备共共70页页 第第67页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。当喷射喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。当喷射喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。当喷射喷嘴达到设计标高时，即可喷射注浆。当喷射注浆注浆注浆注浆参数达到规定值参数达到规定值参数达到规定值参数达到规定值后，随即分别按后，随即分别按后，随即分别按后，随即分别按旋喷旋喷旋喷旋喷、定喷定喷定喷定喷或或或或摆喷摆喷摆喷摆喷的工艺要求，的工艺要求，的工艺要求，的工艺要求，提升喷射管提升喷射管

56、提升喷射管提升喷射管, ,由下而上喷射注浆由下而上喷射注浆由下而上喷射注浆由下而上喷射注浆。喷射管分段提升的搭接长度喷射管分段提升的搭接长度喷射管分段提升的搭接长度喷射管分段提升的搭接长度 100mm100mm。7.4 旋喷桩的施工旋喷桩的施工注浆作业注浆作业注浆压力表注浆压力表注浆压力表注浆压力表注浆作业注浆作业注浆作业注浆作业 旋喷桩回转、提升旋喷桩回转、提升旋喷桩回转、提升旋喷桩回转、提升 旋喷后台之高压泵站旋喷后台之高压泵站旋喷后台之高压泵站旋喷后台之高压泵站旋喷机控制台旋喷机控制台旋喷机控制台旋喷机控制台共共70页页 第第68页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学喷射结束后，随

57、即在喷射喷射结束后，随即在喷射喷射结束后，随即在喷射喷射结束后，随即在喷射孔内进行孔内进行孔内进行孔内进行静压充填灌浆静压充填灌浆静压充填灌浆静压充填灌浆，直到，直到，直到，直到浆面不再下沉为止。浆面不再下沉为止。浆面不再下沉为止。浆面不再下沉为止。7.4 旋喷桩的施工旋喷桩的施工回灌结束的旋喷桩回灌结束的旋喷桩回灌结束的旋喷桩回灌结束的旋喷桩施工完毕的柱状旋喷桩施工完毕的柱状旋喷桩施工完毕的柱状旋喷桩施工完毕的柱状旋喷桩回灌回灌浆液冲洗浆液冲洗喷浆结束后，立即清洗高压泵、输喷浆结束后，立即清洗高压泵、输喷浆结束后，立即清洗高压泵、输喷浆结束后，立即清洗高压泵、输浆管路，注浆管及喷头，以免堵塞管浆管路，注浆管及喷头，以免堵塞管浆管路，注浆管及喷头，以免堵塞管浆管路，注浆管及喷头，以免堵塞管路。路。路。路。共共70页页 第第69页页地基处理地基处理湖南科技大学湖南科技大学本章结束