高压旋喷注浆原理及施工.doc

岩土钻掘设备课程设计课题名称:高压喷射注浆工艺汇报人：孔海潮小组成员：李立辰张田田孔海潮张继超张良余子烨李洲院系：工程学院班级：051123专业：地质工程（岩土钻掘方向）指导老师:卢春华前言错误!未定义书签第一章高压喷射注浆法的定义与种类2第一节高压喷射注浆法的定义2第二节高压喷射注浆法的种类3第二章高压喷射注浆法旳特点及适用条件5第一节高压喷射注浆法的主要特点第二节高压喷射注浆法的适用条件第三章高压喷射注浆法加固机理第一节喷射流的相关性质7第二节高压喷射流对土体的破坏作用9第三节高压喷射流成桩（壁）机理10第四章高压喷射注浆机械12第一节施工机具12第五章施工工艺20第一节高压喷射注浆工艺流程见图20第二节施工要点21第三节常见施工问题及处理22展望22前言I960年日本在中西涉博士发明了单管高压旋喷注浆法（CCP工法）以后，又相继开发了二重管高压旋喷注浆法（JGS工法）、三重管高压旋喷注浆法（GJG工法），他们在三重管高压旋喷注浆法的基础上，开发的555一MAN施工法（SuPer5011stabilizationManagement）和RJP（超高压旋喷注浆法,RodinJetPile）工法，旋喷直径最大可达4m,其研究的全方位高压旋喷注浆法（MJS工法），是一种全方位（水平和倾斜方向）大孔径旋摆喷技术,该技术包括喷头测试装置和排泥处理装置。

近年来,日本又把高压喷射注浆法与深层水泥浆液搅拌法结合起来，同时发挥机械搅拌和射流搅拌两者的优点，形成了深层喷射搅拌混合法.高压喷射注浆技术的发明,完善了注浆技术体系,使施工注浆结构体成为现实低压的渗透注浆可使土体不变形、浆液充填土颗粒间孔隙、附加地应力较小，中压的压密注浆造成土体变形、浆液与土体共同形成似柱状固结体、附加地应力较大,较高压的劈裂注浆能够破坏土体、产生树状固结体、附加地应力较大，而高压喷射注浆利用高压将土体切割后部分获全部排出、浆液在切割范围内均匀搅拌或置换形成高强度的结构体、附加地应力小,注浆技术成为较完整的技术体系.高压喷射注浆技术的发展促进了注浆材料的发展，使成本低廉的水泥浆材逐步替代化学浆材,进一步减小了对环境的污染和降低工程造价.我国注浆技术起步较晚但发展迅速,上世纪50年代开始初步掌握注浆技术,60年代开始在继水电行业进行坝基基础注浆，静压注浆法在许多行业的矿山井巷、软基加固、边坡治理等领域得到应用，70年代末在铁路行业开始进行高压喷射注浆法的研究和应用，随后在冶金、煤炭、水电、建筑、交通等各部门进行了大量的工程应用历经四十余年的发展,我国注浆技术得到了成熟的进步,注浆材料和注浆设备均实现了自行研制和生产,注浆技术水平已可跻身国际先进行列。

第一章高压喷射注浆法的定义与种类第一节高压喷射注浆法的定义高压喷射注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，以20-—40MPa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，当能量大、速度快和动脉状的射流动压大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来一部分细颗粒随浆液或水冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律的重新排列，浆液凝固后,便在土层中形成一个固结体固结体的形状与高压喷射流的作用方向、移动轨迹和持续时间有密切关系•当喷射流作360°旋转（旋喷）时，固结体呈圆形；喷射流束固定一个方向喷射（定喷）时，固结体为条形；喷射流作顺、逆时针方向小于180°往复喷射（摆喷）时，固结体呈扇形.庭喷定啖饪噢（»）⑹s>图U-1注浆僻議功方式五意国第二节高压喷射注浆法的种类高压喷射注浆法按照喷射流的移动方式、注浆管的类型分为不同的种类,如下表：高压喷射注浆法分类表分类依据类型主要特点喷射流的移动方式旋转喷射（旋喷）喷嘴在喷射时，边提升边旋转，固结体呈圆柱状定向喷射（定喷）喷嘴在喷射时，只提升不旋转，固结体呈壁装摆动喷射（摆喷）喷嘴在喷射时，边提升边以一定角度正反转动注浆管类型单（重）管使用单层（根）注浆管喷射浆液（压力20MPa左右）双（重）管使用双层（根）注浆管喷射浆液,气体同轴射流（浆液压力20MPa左右，气体压力0.7MPa左右）三（重）管使用三重（根）注浆管，一个喷射嘴射水，气体同轴射流切割土体，另一个喷嘴喷入浆液（水压20MPa,气体0°7MPa,浆压2—5MPa）作为地基加固，通常采用旋喷注浆的形式使加固在土体中成为均匀的圆柱体或异形圆柱体•现代科学技术的发展，促进了注浆法进一步完善与提高，由于不断的改进工艺和研制新型的机具，旋喷技术有了较快的发展，自单管旋喷法问世以来，在短短的几年内，二重管旋喷法和三重管旋喷法相继达到了实用程度。

到20世纪70年代中期，已经逐渐形成了一套体系，它的基本工艺类型有以下三种：1单管法图14-2单重管雄喷址浆示惹图单管注浆法是利用钻机等设备，把安装在注浆管（单管）底部1S14-3取車管徙瞬注烧示意图3三重管法0闇冷T三重传旄喷注裁不意图第二章高压喷射注浆法旳特点及适用条件第一节高压喷射注浆法的主要特点以高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土体自行搅拌为均匀的固结体的高压喷射注浆法，从施工方法、加固质量到适用范围，不但与静压注射方法有所不同，而且与其他地基处理方法相比，更有独到之处，主要的特点如下：1•适用的范围较2•施工方便3固结体形状可以控制4•确保固结体的强度5有较好的耐久性6•料源广泛，价格低廉7•浆液集中，流失较少8设备简单，管理方便9生产安全10无公害第二节高压喷射注浆法的适用条件一.土质条件高压喷射注浆法适用于处理淤泥、粘性土、黄土、沙土、人工填土和碎石土等地基但当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、大量植物茎或含有过多的有机质时，处理效果较差，有时可能不如静压注浆，故应根据现场试验结果来确定其适用性当地层有地下水径流、永久冻土层和无填充物的岩溶地段，不宜采用二•应用范围高喷灌浆的应用范围如下：（1）已有建筑物和新建建筑的地基处理，提高地基强度，减少或整治建筑物的沉降或不均匀沉降（2）深基坑侧壁挡土或挡水以保护邻近建筑物及保护地下工程建设，见图14—6和图14-7（3）基坑底部加固，防止管涌与隆起，见图14-8（4）坝体的加固及防水帷幕（5）边坡加固及隧道顶部加固，见图14—10口［）訂口□□1!::LU1■曲暑團结CS护聲囲】4-保护祁近建筑，物14-7地下悸逍威溜网护拱图14-8防止基境庇部隆起11-1U边圾加固庚隧诅戊SPM同第三章高压喷射注浆法加固机理第一节喷射流的相关性质⑴单相喷射流的构造单相液体以高压从喷嘴喷出后，所形成的高压喷射流由三个区域构成，即保持出口压力的初期区域A、紊乱发达的主要区域B和喷射流变得不连续的终期区域C.在初期区域中，喷嘴出口处速度分布是均匀的，轴向动压是个常数,随着与喷嘴距离的增加，保持均匀分布的部分越来越窄，知道某一位置，断面上的流速分布不再均匀,速度分布保持均匀的这一部分称为喷射核（E区段），轴向动压有所减小的过度部分称为迁移区（D）。

初期区域的长度是喷射流的一个重要参数，可根据此判断破坏土体和搅拌效果在主要区域，轴向动压陡然减弱，喷射流扩散宽度与距离的平方根成正比，喷射流的混合搅拌在这一部分内进行在终期区域，喷射流能量衰减很大，末端呈雾化状态，当喷射流摄入饱和介质或水中时，这一区域一般不存在，比如当在地下水位下喷浆时，就会出现这种情况喷射流的有效喷射长度为初期区域长度和主要区域长度之和，有效喷射长度愈长，搅拌土的范围愈大，所形成固体的直径也越大予纟?-L1高压畋射溉构造图⑵单相喷射流的动压衰减规律在空气中和水中喷射得到的压力与距离关系如下图:匪1-1-12喷射流在中心轴上的压力赶减師线图證老・守「.岀認僅冷⑶空气帷幕对水（浆）射流动压衰减的影响单相射流喷射射入周围介质后，与周围介质进行动量交换，使动压迅速衰减，其衰减程度与周围介质有关单相射流在水中喷射时，其衰减程度比在空气中喷射时要快的多.见图，如果采用双相同轴射流在水中喷射，即在水射流外围环绕空气射流，空气帷幕将减缓水射流的衰减，使有效喷射长度增加，见图.0.2«.4i90SQIOJ0.5-1离开咚痛的亚高丄加l¥i14-13肘流轴上压力的盍减攢徉在土中喷射时，水高压射流在空气帷幕的保护下，喷射破坏条件得到改善，阻力大大减小，动压衰减变缓，因而增大了高压射流的破坏能力，所形成的加固体的直径也相应增大。

第二节高压喷射流对土体的破坏作用高压射流破坏土体的作用是多方面的，包括射流动压、射流脉动负荷、水锤冲击力、空穴现象、水契效应、挤压力及气流液流搅动等因素，其中以喷射动压作用为主，由动量定理，喷射流在空气中喷射时，其破坏力为：F=flpWn式中，F为破坏力；p为喷射介质的密度；Q为流量；Vm为喷射流的平均速度由上式可知，当喷射流介质密度和喷嘴断面一定时，要取得更大的破坏力,就要增加平均流速,也就要增加喷射压力，一般要求高压泵的工作压力在20MPa以上，使喷射流有足够的能量冲击破坏土体但单纯的依靠增大喷射压力来提高喷射切割效果，在能量上浪费很大，不是获得较大桩径的最好办法在喷射中，有效射流长度内的土体结构被破坏至喷射流的终期区域，能量衰减很大，不能冲击切割土体，但能对有效射流边界的土产生挤压力,有挤密效果，并使部分浆液进入土粒之间的空隙中，使固结体与四周土连接紧密.第三节高压喷射流成桩（壁）机理⑴旋喷成桩机理旋喷时，高压射流边旋转边缓慢上升，对周围的土体进行切削破坏，被切削下来的一部分细小的土颗粒被喷射浆液置换，被液流携带到地表（称为冒浆），其余的土颗粒在喷射动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面按质量大小重新排列，形成一种新型的水泥-—土网络结构，一般小颗粒在中部位置居多，大颗粒多分布在外侧或边缘部分，四周未被切削下来的土体被挤密压缩.在砂类土中还有一部分浆液渗透在压缩层外，形成渗透层。

旋喷施工形成的固结体的横断面结构见图.旋喷桩体各部分的水泥含量和强度不同，一般水泥含量为30%—-50%根据有关实测资料，旋喷桩体的平均抗压强度为0.8倍半径处的强度图H-H旋喷丙结体懂斷囱阳丄~殖槪卡帅臨分总一换捋棍欝那轩卫亠皿锵那分;4一滞遇那甘沾一磴光⑵定（摆）喷成壁机理定喷施工时，喷嘴在逐渐提升的同时，不旋转或按某一角度摆动，在土体中冲出一条沟壑被冲下的土粒一部分被携带流出地面其余土粒与浆液搅拌混合，最后形成一个板状固结体，在砂土中还有一个渗透层•定喷固结体横断面结构，见图.（叭黏性丄中土中图U-丨£定嘴固结侔權断面图I一簞障主悴辞疔必-揽样滙舍部甘F3-潘蓬齒分注一硬瓷第四章高压喷射注浆机械I三1=1第一节施工机具高压喷射注浆的施工机具包括钻孔机械和喷射注浆设备两大类.（一）钻机高压喷射注浆工艺要求所用的钻机除具有一般钻机的功能外，还能带动注浆管以10〜20r/min慢速转动和以5~25cm/min慢速提升若钻机不具备上述两种功能，则施工时应配备旋喷机机配合使用，或只用钻机成孔，下人注浆管后用人工旋转注浆管，卷扬机提升注浆管•表4.11是专门为高压喷射注浆施工而设计的振动钻机技术性能.这类钻机适用于标贯击数N值小于40的淤泥土层、黏性土层、砂类土层和砂砾层。

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