高壓噴射注漿法在地基加固工程中的應用

劉寧怡

摘要:文章分析了高壓噴射注漿法的機理,介紹了高壓噴射注漿法在地基加固工程中的具體應用技術,并針對施工過程中經常出現的問題提出了處理措施。

關鍵詞:高壓噴射注漿法;地基加固工程

中圖分類號:TU4文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)08-0068-02

高壓噴射注漿法是在注漿法的基礎上,應用高壓噴射技術而發展起來的一項新的地基加固方法。它與其它地基處理的方法相比,具有適用范圍廣,施工簡便,具有較好的耐久性等特點,不失為眾多地基處理方法中的一種好的地基處理方法。

1高壓噴射注漿法機理

高壓噴射注漿法是利用高壓水或漿液射流切割攪拌地層,同時射入水泥漿或復合漿液,形成新的凝結體,改變了原地層的結構或全置換成新復合材料結構,提高承載力或原地基的防滲能力,達到加固地基和防滲的目的。其工藝是利用鉆機或其他造孔設備造孔,然后把帶有噴頭的注漿管下至土層的預定深度,由高壓水泵或高壓泥漿泵把漿液以10～25Mpa 的高壓射流在噴嘴中射出,以沖擊和破壞預定深度地層的土體。該射流能量大,速度快,當呈脈動狀態的射流動壓強度大于土體強度的時候,土粒便從原土體中剝落下來,一部分細小的土粒隨著漿液冒出地面,其余較粗的土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下,與隨之射入的水泥漿等漿液滲攪混合后,按一定的漿土比 例和質量大小規律地重新排列,在土體中形成凝結體。噴射時,若一面提升一面旋轉,則形成柱狀體即旋噴樁,若一面提升一面按一定的方向角度擺動,則形成墻狀體。

2施工機具

高壓噴射注漿的施工機具,主要由高壓泥漿泵及鉆 機兩部分組成。由于采用的噴射方式不同,單管、二重管和三重管旋噴作業所使用的機具類型和數量不同,主要包括鉆機、高壓泵、泥漿泵、空氣壓縮機、注漿特種鉆桿、注漿管、噴嘴、高壓膠管、輸漿管、流量計、 漿液攪拌機等。

3施工工藝參數

單管法及雙管法的高壓水泥漿和三管法高壓水的壓力原則上應大于20 MPa。高壓噴射注漿的主要材料為水泥,宜采用強度等級為30級及以上的普通硅酸鹽水泥。根據需要可加入適量的外加劑及摻合料。外加劑和摻合料的用量,通過試驗確定。水泥漿液的水灰比視工程地質特點或實際工程要求確定,可取0.8～1.5,常用1.0。高壓噴射注漿的施工工序為機具就位、貫入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗等。噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50 m,鉆孔的位置與設計位置的偏差不得大于50 mm。實際孔位、孔深和每個鉆孔內的地下障礙物、洞穴、涌水、漏水及與巖土工程勘察報告不符等情況均應詳細記錄。

當噴射注漿管貫人土中,噴嘴達到設計標高時,即可噴射注漿。在噴射注漿參數達到規定值后,隨即分別按旋噴、定噴或擺噴的工藝要求,提升噴射管,由下而上噴射注漿。噴射管分段提升的搭接長度不得小于l00 mm。根據國內實際工程的應用實例,高壓水泥漿液流或高壓水射流的壓力宜大于20 MPa,氣流的壓力以空氣壓縮機的最大壓力為限,通常在0.7 MPa左右,低壓水泥漿的灌注壓力通常在1.0～2.0 MPa左右。采用旋轉提升噴射方式時,一般提升速度為0.005～0.25 m/rain,旋轉速度可取10 ～20 r/mi n。對需要局部擴大加固范圍或提高強度的部位,可采用復噴措施。

4施工程序及要點

盡管各種高壓噴射注漿法所注人的介質種類和數量不同, 但其施工程序卻基本一致, 均按照自下而上的工序進行施工。

①鉆(引)孔。鉆孔的目的是為將噴射注漿管插入 預定的地層中,鉆孔方法視地層地質情況、加固深度、機具設備等條件而定。鉆進深度可達30 m以上,當遇到較堅硬的土層時宜采用地質鉆機鉆孔,一般在二重管和三重管旋噴法施工中,采用地質鉆機鉆孔。②插管。鉆孔完成后,應及時將噴射注漿管插入地層預定深度,插管與鉆孔兩道工序一般合二為一,但使用地質鉆機鉆孔完成后,必須拔出巖芯管,插入噴射管。在插管過程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水、邊插管,水壓力一般不超過1MPa,壓力過高易將孔壁射塌。③噴漿。根據土質、土類、地下水等環境調整噴漿壓力、流量、旋轉提升速度等,自下而上噴射注漿。根據工程需要進行原位第二次噴射( 復噴),復噴時噴射流沖擊的對象為第一次噴射的漿土混合體,噴射流所遇阻力小于第一次噴射,有增加固結體直徑的效果。④補漿。噴射的漿液與土攪拌混合后的凝固過程中,由于漿液的析水作用,一般均有不同程度的收縮,造成在固結體頂部凹陷,對地基的加固和防滲堵水極為不利。目前一般采用直接從噴射孔口注入漿液填滿收縮空洞,或采用二次注漿的方法對固結體頂部進行第二次注漿。

5常見問題及其處理對策

①冒漿。在噴射注漿過程中,噴射沖擊破壞土層所產生的部分細小土粒隨一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察,可以及時了解土層狀況、噴射的大致效果和噴射參數的合理性等。根據經驗,冒漿( 內有土粒、水及漿液) 量小于注漿量20者為正?，F象,超過20或完全不冒漿時,應查明原因并采取相應措施。減小冒漿的措施有:一是提高噴射壓力;二是適當減小噴嘴直徑;三是加快提升和旋轉速度等。出現不冒漿或斷續冒漿時, 若系土質松軟則視為正?，F象,可適當進行復噴;若系附近有空洞、通道,則應不提升注漿管繼續注漿直至冒漿為止,或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。②固結體不完整。高壓噴射注漿完畢后,或在噴射注漿過程中因故中斷, 均可能產生加固地基與建筑物基礎不密貼或脫空、樁體不連續現象。防止因漿液凝固收縮,可采用超高噴射( 噴射處理地基的頂面超過建筑物基礎底面,其超高量大于收縮高度)、回灌冒漿或第二次注漿等措施。防止因噴射注漿中斷導致的斷樁,可在每次卸管及重新下注漿管時,保證停頓部位的搭接長度不小于100 mm,以保證固結體的整體性。③ 固結體不垂直。固結體不垂直會導致其承載力降低,更為嚴重的是使防滲堵水失敗。固結體不垂直主要由鉆孔不垂直引起,實際施工時,鉆機就位應準確、穩固、垂直,引孔前,采用水平尺校正鉆機垂直度,確保鉆機就位偏差不大于50 mm,垂直度偏差不大于1/100。④建筑物的附加沉降。高壓噴射注漿處理地基時,在漿液未硬化前,有效范圍內的地基因受到擾動而降低強度,容易產生附加變形。通常采用控制施工速度、順序和加快漿液凝固時間等方法防止或減小附加變形。⑤固結體強度不均。不同的土層特性對噴射注漿固結體的直徑、強度影響較大,如較堅硬土層樁徑偏小、含有機質阻礙固結體硬化造成強度偏低、砂類土中固結體強度較高等, 實際工程施工中,宜根據不同土層深度和厚度及時調整噴射參數或進行復噴。

參考文獻:

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