高压喷射注浆法

3. 高压喷射注浆法在砾石层中的成桩机理
在大砾石中，喷射流因砾石的体大量重， 不能切削颗粒或使其移动和重新排列，喷射 流只能通过其空隙，充满四周。浆液向四周 挤压，其固化机理接近静压灌浆理论中的渗 透理论。
2.5.3 高压喷射注 浆参数的设计计算
1. 设计思想及计 算程序 高压喷射注浆 法的设计程序：
2.5.2 高压喷射注浆法的成桩机理
1. 旋喷成桩机理
在喷射动压、离心力和重力的共同 作用下，在横断面上土粒按其质量的 大小有规律的排列起来，小颗粒土在 中部居多，大颗粒土多在外侧和边缘 部分，四周未被剥落的土粒则被挤密 压缩，形成浆液主体、搅拌混合、压 缩和渗透层等部分，成为一种新型的 水泥土网状结构。固结体各部分的水 泥含量和强度不同。 经实测资料表 明，旋喷桩的平均抗压强度为半径的 0.8倍处的强度。
长螺旋钻孔灌注成桩：适用于地下水位以上的粘性土、粉土、 和填土地基；
振动沉管成桩：适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土 及无密实厚砂层等；
长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩：适用于粘性土、粉土、 砂土及对噪音和泥浆污染要严格要求的场地。
2.7 刚性复合桩地基法
竖向增强体复合地基中，当桩土相对刚度较大时，称为刚性 复合桩。常用的刚性复合桩有疏桩基础和微型桩。
3）堵水防渗组合式孔位布置
高压喷射注浆法可分别与灌注桩、钢板桩、混凝土预制桩等组合 为一体，构成防水帷幕，它们整体效果好，防水效果亦佳，是目前 我国建筑工程深基坑防水常采用的一种形式。
3. 浆液使用量的计算
浆液使用量计算有两种方法，体积法和喷量法，取大者作为喷射浆量。
1）体积法
wk.baidu.com
Q


4
De2
K1h1 (1
6）搅拌喷射（超长喷嘴）法
SWING最新地基加固工法是台湾高仕工程公司与日本大成建设技术合作的成果。 它的技术特点是：钻头是一个可以做90转动的搅拌翼，搅拌翼一端装有喷嘴。钻 进时搅拌翼竖立在支架内起钻头作用，当开始喷射时油压缸和链条把搅拌翼推成 水平状进行搅拌喷射注浆。固结体为复合体，有搅拌桩和旋喷桩两部分组成，最 大搅拌旋喷直径3m，最大钻深60m。
2.10.2 加筋土法
1. 基本机理及筋体材料 在地基土体中设置水平向筋体，最早使用金属带，
然后使用土工布、土工格栅等土工合成材料，形成复 合土体——加筋土。
加筋土法的基本原理是通过土体与筋体的摩擦作用， 使土体中的拉应力传递到筋体上，筋体承受拉力，而 筋间土承受压应力及剪应力，使加筋土中的筋体和土 体都能发挥自己的潜能。
在粘性土中和砂类土中所形成的固结体横断面结构不尽相同。在砂土中，旋 喷桩外圈有一浆液渗透层，在粘性土中的旋喷桩没有渗透层。
在纵断面上，当地层不均匀呈多层分布时，部分质量大的土粒在固化之前，受 重力影响而下沉，部分小土粒会上浮作垂直交换。
2.定喷成桩机理
定喷时，高压喷射注浆的喷嘴不旋转只作固定方向喷射，并逐渐 提升，在土中冲成一条沟槽把浆液灌进槽中，形成一个板状固结体。 固结体在砂质土中有一部分渗透层，粘土中则没有。
4.高压喷射注浆法的分类（按注浆管的类型）
1）单管法：利用钻机等设备将安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层一 定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴喷射出去 冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与土体混合，形成水 泥土固体，其直径一般为0.3 ~ 0.8m，如图所示。
2.9 石灰桩法
石灰桩是指用人工或机械在土中成孔，然后灌入生石灰块 （还可掺入其它活性与非活性材料），并进行振密或夯实形成 石灰桩桩体。
同济大学80年代在浙江湖州做了等长（3m）的石灰桩、砂 桩、碎石桩和混凝土灌注桩的复合地基承载力对比试验，结果 是石灰桩复合地基承载力最高。
石灰桩适用于加固杂填土、素填土、和粘性土地基，有经验 时也可用于淤泥质地基。国内外还广泛应用于公路、铁路、地 铁、城市下水管工程、油罐地基及桥台，8层以内住宅建筑地 基处理。
h D
D2

t
2 0
h 0.2m
2）单向摆动交联形布孔：用一个喷嘴定向摆动喷射注浆，单孔成扇形，重叠
宽度r0和有效厚度t0用下式计算：
t0 = 2r0sin θ/2
r0= (D/2) – lB
3) 双向摆动交联形布孔：孔距 lc= 1.8lB
(3)定喷堵水防水布孔：
(a)一字形定喷要求定向准确；（b）菱形定喷防水墙可靠性较高；（c）折线形定 喷和V形定喷防水性能高于一字形定喷。
疏桩基础是将全部由桩承担的荷载改为由桩土共同承担荷载。 疏桩基础中的桩是摩擦桩。疏桩基础的桩数确定要根据建筑物 允许的沉降量来确定，即采用“控制沉降量设计法” 代替传 统的“按承载力桩基设计法”。
微型桩一般是指直径小于300mm的钢筋混凝土桩，包括灌 注桩和预制桩，常用作摩擦桩。微型桩有时可倾斜设置，呈树 根状，称为树根桩。主要用于古建筑修复工程，修建地铁原有 建筑物地基加固，楼房加层改造工程和危房加固工程的地基加 固。
以 上 几 种 高 压 喷 射 注 浆 法 中 ， 只 有 多 重 管 法 （ SSSMAN）属于全置换法，即高压水（浆）冲下来的土，全 部被抽出地面而在地层中形成一个空洞（空间），以喷射 材料充填之，成为全置换状态。其余的方法都属于半置换 法，即高压水（浆）携带一部分土颗粒流出地面余下的土 和浆液搅拌混合凝固，形成半置换状态。
70年代瑞典取得了深层石灰搅拌工艺即“石灰柱法”的专利， 与石灰桩法相比，石灰柱法具有增加土反应，节约用灰量和加 固深度大、机械化施工程度高等特点。日本加固深度可达60m， 成柱直径800 ~1750mm，常用于码头、岸墙隧道和地铁等工程。
2.10 其它地基处理方法
在这一节中简要介绍灌浆法、加筋土法、土钉墙法、 泡沫苯乙烯（EPS）轻质料填土法、冷热处理法等地 基处理方法。

)


4
D02 K 2h2
式中 Q——需要的用浆量（m3）；
De 、 D0——旋喷体直径、注浆管直径（m）； K1 K2——旋喷范围土的填充率（0.75 ~0.90），未旋喷范围土的填充率（0. 50 ~0.75）；
h1、h2——旋喷长度、未旋喷长度（m）； β——损失率（0.1~0.2）。
也可按下式计算用浆量
2.5高压喷射 注浆法
2.5.1 概述
1. 高压喷射注浆法 是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定 深度，以高压喷射流使固化浆液与土体混合、凝固硬化加固 地基的方法。
2. 高压喷射注浆法适用条件：从淤泥、淤泥质土到碎石类土， 均有良好的加固效果，适用范围广。
3. 高压喷射注浆法作用 1）可用于工程建设之前、之中、及竣工之后的托换工程； 2）高压喷射注浆具有防水止渗作用，可用于止水帷幕、深 基坑支挡和护底。 3） 水平高压喷射注浆可用于地下铁道、民防工程、隧道、 矿山工程等地下工程施工中的超前支护及塌方事故处理。
3）三重管法
（1）三重管CJG (Column Jet Grout)工法：使用分别输送水、气、浆三种介质的 三通道注浆管。在20 ~ 40MPa的水射流，并外环绕0.7MPa空气流组成高压水与气 的复合喷射流，冲切土体，以形成较大的孔隙，另外再由泥浆泵注入压力为 2MPa ~5MPa的浆液填充，形成固结体，国内主要采用这种三重管法。
D——固结体直径（m）； H——旋喷长度（m）； α——折减系数。
Q D2 H(1 )
4
2）喷量法 以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间计算出 浆量，计算公式为：
Q H q(1 )
v
式中 v——提升速度（m/min）； q——单位时间的喷浆量（m3/min）；
2.6 低强度混凝土桩复合地基法
2）二重管法：使用双通道的二重注浆管，同时喷出高压浆液和空气两种介质的 射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等发生装置喷射出20MPa左右的浆液，从内 喷嘴中高速冲出，并用0.7MPa左右的压力把压缩空气从外喷嘴喷出。在高压浆液 流和外环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，形成固结体的直径显 然大于单管法。一般为1.0 ~2.0m。
2. 喷射孔距及布孔形式
1）加固地基喷射注浆孔布设 （1）正方形布孔 l1=l2=D，各旋喷桩相切； （2）三角形布孔 l1=D， l2=0.866D，各旋喷桩相切； （3）分散群桩布孔，一般用作复合地基， l1=2~3D；
2）堵水防渗帷幕基本孔位布置
（1）旋喷堵水防渗布孔 堵水防渗工程设计时，最后按双排或三排布孔形成 帷幕，孔距应为1.73R0，排距为1.5R0最经济。
5) 多孔管法（MJS工法）
MJS是Metro Jet System的缩写，即地下喷射注浆系统，亦称全方位高压喷射 工法，是日本最新开发出的。 MJS工法分别以高压水喷射流和高压水泥浆加四周 环绕空气流的复合喷射流，两次冲刷破坏土体，固结体直径较大。浆液凝固时间 可通过速凝剂喷嘴注入速凝剂液量调控，最短凝固时间可做到瞬间凝固。施工时 可根据地压的变化，调整喷射压力、喷射量、空气压力和空气量，就可增大固结 效果。
（2）三重管
RJP (Rod Jet Pile)法： 水泥浆采用高 压喷射，并在 其外围环绕空 气流进行第二 次冲击切削土 体，此种方法 形成的固结体 直径大于前一 种方法。
4. 多重管法（3s法）（全置换法）
这种施工方法需要先打一个导孔置入多重管，利用大于或等于40MPa的高压 水流，旋转运动切削破坏土体，被冲刷下来的土、砂和砾石等，立即用真空泵从 管中抽到地面，如此反复冲切土 体和抽泥，并以自身的泥浆护壁， 边在土中冲出一个较大的空洞， 装在喷头上的超声波传感器，及 时测出空洞的直径和形状。当空 洞的形状、大小和高度符合要求 后，立即通过多重管充填洞穴。 充填的材料根据工程需要随意选 择，水泥浆、水泥砂浆、混凝土、 砾石等均可，于是在地层中形成 一个大直径的柱状固结体。在砂 层中，最大直径可达4.0m。这种 方法可做到信息管理，施工人员 完全掌握固结体的直径和质量。
2.8 土桩和灰土桩法
土桩和灰土桩法是利用成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内 的土被挤向四周，使桩间土挤密，将素土（粘性土）或灰土分 层填入孔内，并分层夯填密实至设计标高。前者为土桩挤密法， 后者为灰土桩挤密法。
土桩和灰土桩法适用于处理地下水以上的湿陷性黄土、素填 土、杂填土等地基。当土的含水量大于23%及其饱和度超过 0.65时，成孔及拔管过程中，桩孔及其周围容易径缩或隆起， 挤密效果差，这种方法不适合在地下水位以下使用。处理深度 一般5～15m。
1. 概述 凡是竖向增强体是由低强度混凝土形成的复合地基，统称为
低强度混凝土桩复合地基。它的强度介于碎石桩与钢筋混凝土 桩之间，一般处于5MPa ~15MPa范围内 。有代表性的桩体由 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），二灰混凝土复合桩。 2.低强度混凝土复合桩的适用性
低强度混凝土桩复合地基法常使用于一般民用住宅、堆场及 道路工程等软粘土地基加固，特别适用于深厚软粘土地基加固。
CFG桩复合地基既适用于条形基础、独立基础、也适用于筏 基、箱形基础。就土性而言，适用于处理粘性土、粉土、砂土、 人工填土和淤泥质土地基。可加固从多层建筑到30层以下的高 层建筑，从民用建筑到工业厂房均可使用。
3. 各种施工方法的适用性 常用的施工方法有：振动沉管成桩，长螺旋钻孔灌注成桩、
长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩等。
筋体材料主要有以下种类：
（1）土工织物 编织型（有纺）：径纬编织、针织；
非编织型（无纺）：机械粘结、热粘、化粘；
（2）加筋制品 加筋制品包括土工格栅、土工网、土工垫、土工格室、和条
带筋材。这类制品一般具有较高的抗拉强度和较低的延伸率， 它们与筋间土相互作用好，界面咬合力高，摩阻力大。
（3）加筋复合制品 例如以聚脂、玻璃纤维或钢筋作为加筋料制成条带与土工织
若想增加每一排旋喷桩的交圈厚度，可适当缩小孔距，按下式计算孔距：
e 2
R02

(L)2 2
交联宽度可按下式计算
h D
(2R0 )2 e2
(h 0.2m)
（2）摆喷堵水防渗布孔
1）交联半圆形布孔：各孔摆动喷成半圆形交联，其有效厚度t0与重叠宽度h用下 式计算
t0

1 2
D2

l
2 A