11-高压喷射注浆法

• 高压喷射注浆法的分类、工艺类型和适用范围 • 加固机理 • 设计计算 • 施工工艺 • 质量检验
一、高压喷射注浆法的类型、适用范围 1.高压喷射注浆法的类型
固结体的形态和喷射流移动方向有关，一般分为旋转喷射 (旋喷)、定向喷射(定喷)和摆动喷射(摆喷)三种。
壁
截阻地下水流 治理流砂
形成防渗帷幕
高压喷射流构造
2.加固土的基本形状
(1)直径或长度
旋喷固结体的直径大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。 对粘性土地基加固，单管旋喷注浆加固体直径一般为0.3～0.8m； 三重管旋喷注浆加固体直径可达0.7～1.8m；
二重管旋喷注浆加固体直径介于以上二者之间。
多重管旋喷直径为2.0～4.0m。旋喷桩的设计直径见下表。定喷和 摆喷的有效长度约为旋喷桩直径的1.0～1.5倍。
单管旋喷注浆示意图
2．二重管法
二重管旋喷注浆法是使用双通道的二重注浆管。当二注浆管 钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷 嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。 即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20MPa左右压力的浆液， 从内喷嘴中高速喷出；并用0.7MPa左右压力，把压缩空气从外喷 嘴中喷出。在高压浆液流和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏 土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土 中形成圆柱状固结体。
(4)强度 影响固结体强度的主要因素是土质和浆材，有时使用同一浆材
配方，软粘土的固结强度成倍地小于砂土固结强度。 一般在粘性土和黄土中的固结体，其抗压强度可达(5～10)MPa 砂类土和砂砾层中的固结体其抗压强度可达(8～20)MPa
(5)单桩承载力
旋喷柱状固结体有较高的强度，外形凸凹不平，因此有较大 的承载力，固结体直径愈大，承载力愈高。
2.高压喷射注浆所用的喷射流类型
高压喷射注浆所用的喷射流共有四种 单管喷射流为单一的高压水泥浆喷射流； 二重管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空 气喷射流，组成为复合式高压喷射流； 三重管喷射流由高压水喷射流与其外部环绕的压缩空气 喷射流组成，亦为复合式高压喷射流； 多重管喷射流为高压水喷射流。
二重管旋喷注浆示意图
3．三重管法
三重管旋喷液浆法是使用分别输送水、气、浆3种介质的三重注浆管。 20MPa-30MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右圆筒状气流, 高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入 压力为0.5～3MPa 的液浆填充，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中凝 固为直径较大的圆柱状固结体。
高压喷射注浆法的适用范围
防止涌砂冒水
高压喷射注浆法的适用范围
二、 加固机理
1.高压喷射流对土体破坏作用
高压喷射流破坏土体结构强度的最主要因 素是喷射动压，为了取得更大的破坏力，需要 增加平均流速，也就是需要增加旋喷压力，一 般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上， 这样就使射流象刚体一样，冲击破坏土体，使 土与浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。
四种喷射流破坏土体的效果不同，但其构造可划分为 单液高压喷射流和水(浆）、气同轴喷射流二种类型。
3.高压喷射流构造
高压喷射流可由三个区域所组成： 保持出口压力的初期区域A、 紊流发达的主要区域B 喷射水变成不连续喷流的终期区域C
高压水喷流进行水、气同轴喷射时，空气流使水或浆的高 压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷 射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增 大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大。
桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值应按现行 国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007有关规定计 算，其中，复合土层的压缩模量可根据地区经验确定。
5.防渗堵水设计
旋喷
防渗堵水工程设计时，按双排或三排布孔形成帷幕。 孔距应为1.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5R0最 经济。
(a)
(b)
布孔孔距和旋喷注浆固结体交联图
(a)三排布孔
(b)双排布孔
定喷和摆喷是一种常用的防渗堵水的方法，由于 喷射出的板墙薄而长，不但成本较旋喷低，而且整体 连续性亦高。 定喷
相邻孔定喷连接形式见图:(a)单喷嘴单墙首尾连接；(b)双喷 嘴单墙前后对接；(c)双喷嘴单墙折线连接；(d)双喷嘴双墙折 线连接；(e)双喷嘴夹角单墙连接；(f)单喷嘴扇形单墙首尾连 接；(g)双喷嘴扇形单墙前后对接；(h)双喷嘴扇形单墙折线连 接。
11 高压喷射注浆
高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土 层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20～40MPa的高压 射流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐 渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中 形成一个固结体。
高 压 喷 射 注 浆 法
高压喷射注浆主要内容
表6-3-1
(2)固结体形状
同时因土质和工艺不同而有所差异，按喷嘴的运动规律 不同形成固结体形状：
均匀圆柱状－均质土中 非均匀圆柱状－非均质土或有裂隙土 圆盘状 板墙状 扇形壁状
(3)渗透系数
固结体内虽有一定的孔隙，但这些孔隙并不贯通，而且固结体有 一层较致密的硬壳，其渗透系数达10-6cm/s或更小，故具有一定的 防渗性能。
工程使用范围
增加地基强度,挡土围堰及地下工程建设 增大土的摩擦力和粘聚力 减少振动，防止液化,降低土的含水量 防渗帷幕,防止洪水冲刷
保护邻近建筑物
高压喷射注浆法的适用范围
地下管道或涵洞护拱
高压喷射注浆法的适用范围
防止基坑隆起
高压喷射注浆法的适用范围
防止塌方滑坡
高压喷射注浆法的适用范围
坝基防渗
3.承载力
竖向承载旋喷桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基 载荷试验确定。初步设计时，初步设计时也可按下式估算：
f spk
m
Ra Ap
1 m f sk
单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确 定。也可按式以下两式估算，取其中较小值：
Ra fcuAp
n
Ra u p qsili q p Ap
定喷帷幕型式示意图
摆喷
摆喷连接形式图示方式进行布置 ：
a)直摆型(摆喷) b)折摆型 c)柱墙型
d)微摆型 e)摆定型 f)柱列型
摆喷防渗帷幕型式示意图
谢谢！
三重管旋喷注浆示意图
4．多重管法
在地面钻一个导孔，然置入多重管，用逐渐向下运行的旋转
超高压水射流（压力约40MPa），切削破坏四周的土体，经高压水 冲击下来的土和石成为泥浆，立即用真空泵从多重管中抽出。用浆
液、砂浆、砾石等材料填充之，一个大直径的柱状固结体，
后前 一3 种种 属属 于于 全半 置置 换换 法法 。，
多重管旋喷注浆示意图
3.高压喷射注浆法的目的、适用范围
高压喷射注浆的目的
加固地基，提高地基的抗剪强度 改善土的变形性质，不产生破坏或过大的变形 组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和 治理流砂
适用地层 高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、
流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素 填土和碎石土等地基。
三、设计计算
1.室内配方与现场喷射试验 为了解喷射注浆固结体的性质和浆液的合理配方，
必须取现场各层土样，在室内按不同的含水量和配合 比进行试验，优选出最合理的浆液配方。
对规模较大及性质较重要的工程，设计完成之后， 要在现场进行试验，查明喷射固结体的直径和强度， 验证设计的可靠性和安全度。
2.固结体尺寸 1) 固结体尺寸主要取决于下列因素： a)土的类别及其密实程度； b)高压喷射注浆方法(注浆管的类型)； c)喷射技术参数(包括喷射压力与流量，喷嘴直径与个 数，压缩空气的压力、流量与喷嘴间隙，注浆管的提 升速度与旋转速度)。 2) 在无试验资料的情况下，对小型的或不太重要的工 程，可根据经验选用表6-3-1所列数值。 3) 对于大型的或重要的工程，应通过现场喷射试验后 开挖或钻孔采样确定。
2.高压喷射注浆法的工艺类型
1.单管法； 2.二重管法； 3.三重管法； 设备，把安装在注浆管（单管） 底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装 置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中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，使浆液与从土体上崩落 下来的土搅拌混合，便在土中形成圆柱状的固结体。
i 1
当旋喷桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应按现行国 家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定进 行下卧层承载力验算。
竖向承载旋喷桩复合地基宜在基础和桩顶之间设置褥垫 层。褥垫层厚度可取200~300mm，其材料可选用中砂、粗 砂、级配砂石等，最大粒径不宜大于30mm。 4.地基变形计算