高壓旋噴法加固地基機(jī)理與方法

摘要：旋噴注漿法可在地層深處將水泥漿液等以高壓旋轉(zhuǎn)沖切土體，以達(dá)到加固地基，提高承載力和減少建筑物的沉降和不均勻沉降的目的。目前在我國(guó)建筑工程、公路橋梁、煤礦和鐵路路基等建設(shè)工程中應(yīng)用極為廣泛。鑒于此，本文對(duì)高壓旋噴法加固地基機(jī)理與方法進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：高壓旋噴法；地基加固；施工

一、前言

高壓噴射注漿法是以高壓噴射流為加固地基的主要作用，是以高壓噴射流直接沖擊破壞土體，漿液與土以半置換或全置換凝固為固結(jié)體。由于高壓噴射注漿法固結(jié)體的質(zhì)量明顯提高，有強(qiáng)化地基的作用，它既可用于工程建設(shè)之前、工程建設(shè)之中，還可用于竣工后的托換工程，可以不損壞建筑物的上部結(jié)構(gòu)，能在狹窄和較低矮的現(xiàn)場(chǎng)貼近建筑物施工，甚至可以不影響運(yùn)營(yíng)使用。高壓噴射注漿法除能強(qiáng)化地基之外，還有防水止?jié)B的作用，可用于深基坑地下工程的支擋和護(hù)底、筑造地下防水帷幕、減振、防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防比基礎(chǔ)沖刷等方面。而且高壓噴射注漿施工較為安全，這是因?yàn)楦鞣N高壓設(shè)備如高壓水泵、高壓水漿泵等均有安全閥門和超壓自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)泄壓裝置，即當(dāng)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)．閥門便白動(dòng)開(kāi)啟，泄?jié){降壓或自動(dòng)停機(jī)，不會(huì)因堵孔升壓造成爆破事故。

二、高壓旋噴法加固地基機(jī)理分析

高壓旋噴法加固地基機(jī)理可以主要?dú)w納為以TA類：1、流動(dòng)壓一高壓射流沖擊土體時(shí)，由于能量高度集中地作用于一個(gè)很小的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)受到很大的壓力作用，當(dāng)這些外力超過(guò)土的臨界破壞壓力時(shí)，土體便發(fā)生破壞。2、噴射流的脈動(dòng)負(fù)荷一當(dāng)噴射流不停的脈動(dòng)式?jīng)_擊土體時(shí)，土粒表面受到脈動(dòng)負(fù)荷的影響，逐漸積累起殘余變形，使土粒失去平衡而發(fā)生破壞。3、水塊的沖擊力一由于噴射流繼續(xù)錘擊土體產(chǎn)生沖擊力，促進(jìn)破壞的進(jìn)一步發(fā)展。4、空穴現(xiàn)象一當(dāng)土體沒(méi)有被射出孔洞時(shí)，噴射流沖擊土體以沖擊面大氣壓為基礎(chǔ)，產(chǎn)生壓力變動(dòng)，在壓力差大的部位產(chǎn)生空洞，呈現(xiàn)出類似空穴的現(xiàn)象，在沖擊面上的

土體被氣泡的破壞力所腐蝕，使沖擊力破壞。5、水楔效應(yīng)—當(dāng)噴射流充滿土層，由于噴射流的反作用力，產(chǎn)生水楔，楔人士體裂隙或薄弱部分，這時(shí)噴射流的動(dòng)壓變成靜壓，使土體發(fā)生剝落裂隙加寬。6、擠壓力一噴射流在終期區(qū)域能量衰減很大，不能直接破壞土體，但能對(duì)有效射程的邊界土產(chǎn)生擠壓力，對(duì)四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙里，使固結(jié)體與四周緊密相依，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。7、氣流攪動(dòng)一空氣流具有將己被水或漿液的高壓噴射流破壞了的土體，從土的表面迅速吹散的作用，使噴射流的作用得以保持，能量消耗得以減少，因增大了高壓噴射流的破壞能力。

三、高壓旋噴法加固地基方法

1、施工程序

(1)鉆孔就位。旋噴注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機(jī)安置在設(shè)計(jì)孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位的中心。同時(shí)為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，在鉆機(jī)就位之后，必須作水平校正，以保證鉆桿軸線正對(duì)準(zhǔn)鉆孔的中心位置。 (2)鉆孔。鉆孔的目的是為了將旋噴注漿噴嘴插入預(yù)定的地層中。施工方法很多，主要視地層中地質(zhì)清況、加固深度、機(jī)具設(shè)備等條件而定。通常單管旋噴多使用70型或柄型旋轉(zhuǎn)震動(dòng)鉆機(jī)，鉆進(jìn)深度可達(dá)30m以上，適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于40的砂類土和粘性土層，當(dāng)遇到比較堅(jiān)硬的地層時(shí)宜用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。在二重管和三重管旋噴法施工中，一般多采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。(3)插管。插管就是將旋噴注漿管插入地層預(yù)定的深度，插管與鉆孔兩道工序合二而一，鉆孔完畢，插管作業(yè)即完成。使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔完畢，必須拔出巖芯管，并換上旋噴管插入到預(yù)定的深度。在插管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞噴口可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過(guò)IMPa。如壓力過(guò)高，容易將孔壁射塌。(4)旋噴作業(yè)。當(dāng)旋噴管插入預(yù)定深度之后，立即按設(shè)計(jì)配合比攪拌漿液，指揮人員宣布旋噴開(kāi)始時(shí)，即旋轉(zhuǎn)提升旋噴90值班技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過(guò)程曲線。(5)沖洗。當(dāng)旋噴提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)。旋噴結(jié)束。施工完畢應(yīng)把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管軟管內(nèi)的漿液全部排出。(6)移動(dòng)機(jī)具。把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

2、旋噴工藝

(1)旋噴深層長(zhǎng)樁固結(jié)體。從當(dāng)前施工情況來(lái)看，由于天然地基的地層土質(zhì)情況隨深度變化較大，土質(zhì)種類、密實(shí)程度、地下水狀態(tài)等都有明顯的差異。所以在旋噴深層長(zhǎng)樁固結(jié)體時(shí)，如果只采用單一的固定旋噴參數(shù)，勢(shì)必形成直徑不勻的上部較粗下部較細(xì)的固結(jié)體，將嚴(yán)重影響旋噴固結(jié)體的承載或抗?jié)B作用。因此對(duì)旋噴深層長(zhǎng)樁，為獲得均勻密實(shí)的長(zhǎng)固結(jié)體應(yīng)按地質(zhì)剖面圖及地下水等資料，在不同深度，針對(duì)不同地層土質(zhì)情況，選用合適的旋噴參數(shù)。在一般情況下，對(duì)深層硬土，可采用增加壓力和流量或適當(dāng)降低旋轉(zhuǎn)和提升速度等方法。(2)重復(fù)噴射。由旋噴機(jī)理可知，在不同的介質(zhì)環(huán)境中有效噴射長(zhǎng)度差別很大。對(duì)土體進(jìn)行第一次旋噴時(shí)，噴射流沖擊對(duì)象為破壞的原狀結(jié)構(gòu)士。若在原位進(jìn)行第二次噴射(即重復(fù)唆射)，則噴射流沖擊破壞對(duì)象業(yè)己改變，成為漿土混合液體。沖擊破壞所遇到的阻力減小，因此在一般情況下，重復(fù)噴射有增加固結(jié)體直徑的效果，增大的數(shù)值隨土質(zhì)密度變化而變化。松散土層的復(fù)噴效果往往不及比較密實(shí)的土層明顯。其主要原因是由于土質(zhì)松軟，在第一次旋噴時(shí)就已經(jīng)接近其最大破壞范圍，重復(fù)噴射時(shí)，介質(zhì)環(huán)境改變不大，因此增徑率較低。一般的，重復(fù)噴射有增徑效果，由于增徑率難以控制和影響施工速度，因此在實(shí)際中不把它作為增徑的主要措施。通常在發(fā)現(xiàn)漿液噴不足影鄉(xiāng)固結(jié)質(zhì)量時(shí)或工程要求較大的直徑時(shí)才進(jìn)行重復(fù)噴射。(3)冒漿的處理。在旋噴過(guò)程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面。通過(guò)對(duì)冒漿的觀察，可以及時(shí)了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿(內(nèi)有土粒、水及漿液)量小于注漿量20％者為正常現(xiàn)象，超過(guò)20％或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。

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