三重管高压喷射注浆技术参数的选择

三重管高压喷射注浆技术参数的选择

刘宝亨

【提要】三重管高压喷射注浆技术参数分为设计工程参数和施工技术参数两类，文中探讨了各项设计工程参数的实质及各项施工技术参数的关系，分析了各项技术参数对高压喷射工程质量、成本的影响，提出了选择各项技术参数的方法。

【关键词】高压喷射注浆三重管法旋喷桩

【Abstract】 Technical parameters for high pressure jet grouting by triple tube are classified into 2 categories:parameters for designing and parameters for construction. Properties of all those parameters and relationship among them are discussed. The influence of those parameters on the quality and cost of project are analyzed. Ways to select those technical parameters are proposed.

【Key words】 high pressure jet grouting triple tube method spiral jet pile

1 前言

高压喷射注浆(简称高喷)技术从70年代中后期在我国试验和应用成功以来，已在软弱地基加固、水利工程防渗、矿山井巷加固与防渗等方面得到越来越多的应用。近几年在上海、广州、武汉等大城市，随着地铁建设和众多高层建筑的崛起，不少深基坑工程都采用了高喷技术来处理深基坑的止水防渗问题。

高压喷射注浆按注浆管类型可分为单管、二重管和三重管三种方法。单管以单纯喷射水泥浆液；二重管在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射，来破坏土层结构，同时完成置换、填充；而三重管则是以包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构，再以水泥浆液进行置换、填充。

高压喷射注浆的效果，不仅与地质条件有关，而且更与施工所采用的高喷技术参数和施工工艺有关。特别是三重管高压喷射注浆，施工工艺复杂，技术参数多，参数之间相互关联，必须正确选择这些参数，才能保证高喷工程的质量。

三重管高压喷射注浆的参数可分为两类，一类是根据工程设计需要确定的工程参数，包括旋喷桩直径、桩体抗压强度和渗透系数，以及据此确定的浆液配方、水灰比和浆液用量；另一类是高喷施工的技术参数，包括高压水、压缩空气、浆液三种工作介质的压力、流量、喷咀直径和注浆管的提升速度、旋转速度，以及回浆的数量、比重等。施工技术参数应根据设计工程参数选定，施工各种设备的性能、规格应满足施工技术参数的要求。若施工设备已定型，则应根据设备性能调整施工技术参数，但调整后的技术参数必须满足已确定的各项工程参数的要求。

然而目前在三重管高喷工程实践中，对各项技术参数的选择和应用还时有未尽合理的情况；有些标准、手册中部份规定的有关应用条件不够明确，都可能影响到高喷工程的质量和成本；也有时由于建设、设计和施工单位对标准的不同理解而产生争执。因此探讨各项参数的实质及相互关系，明确选择参数的方法是必要的。

2 高喷工程参数的选择

旋喷桩与深层搅拌桩或钻孔灌注桩等机械成型的桩有很大不同，确定高喷工程参数，必须注意到旋喷桩的以下特点：

(1)旋喷桩是以水、气、浆液作为工作介质，切割和搅拌土体形成的水泥土固结桩体；

(2)旋喷桩的横截面常常不是规则的“圆形”，其截面大小随土质的不同和工作技术条件的不同，沿桩身常有较大变化；

(3)旋喷桩横截面的结构是不均匀的，一般呈环形构造，如图1；

图1 旋喷桩横载面结构

(4)各构造部份也常因土质的不均匀及施工设备工作状态的不稳定，形成不均匀结构，尤其是在杂填土及粘性土地层中较明显。

2.1 旋喷桩直径

旋喷桩直径是十分重要的工程参数，直接关系到桩的承载力和工程数量计算，在防渗帷幕设计中，关系到桩间距离和排间距离的选择。但由于旋喷桩的特点，它不是一个标准的圆形，因此应考虑以下条件选定旋喷桩直径(D)：

(1)D相当于旋喷桩有效横载面面积S的圆的直径,参见图1；

(2)旋喷桩有效横截面积，一般应以浆液部分①与搅拌混合部份②的面积和为准，而把压缩部份③与渗透部份④作为安全储备；

(3)因地层不同沿桩身不同深度的横截面积常有变化，应根据设计旋喷桩的用途，如地基处理、边坡支护、止水防渗等，选用起主要作用的地层段的有效横截面积，若起主要作用的地层段不只一个，应取横截面积较小的；

(4)设计旋喷桩直径应以现场试验取得的数据为准，在未取得试验数据前，可根据经验选用旋喷桩直径先行设计，但最终仍应以现场试验数据来修改设计。

2.2 旋喷桩固结体的抗压强度

旋喷桩结构的不均匀性，直接表现为不同构造部份具有不同的抗压强度，通常搅拌混合部份最高，渗透部份强度最低，其强度有时可以相差数倍，甚至数十倍。例如在粉砂地层中形成的旋喷桩，其搅拌混合部份抗压强度可达10～15 MPa，而渗透部份只有1～2MPa，或更低。鉴于旋喷桩的不均匀性，选用旋喷桩桩体的抗压强度，一般应以有效横截面内的结石体的平均强度为准。在砂性地层中，旋喷桩的渗透部份有时可以达到较大范围，作为防渗帷幕应用时，其有效横截面有时可以包括一定的渗透部份，这样帷幕旋喷桩的平均强度将较低。实际上水平帷幕抗渗设计，主要考虑了帷幕重度与地下水浮力的平衡，与帷幕强度关系不大，因此帷幕仅起抗渗作用时，其抗压强度可以较低。

旋喷桩固结体的强度决定于原土体的岩性、水泥含量及水泥标号，并与地层含水量、温度及成桩龄期有关。一般砂质土固结体90d龄期的抗压强度约3～5MPa,最高可达10～15MPa，而渗透部份只有1～2MPa；粘性土固结体抗压强度约0.7～2MPa，最高可达5～7MPa。