高壓噴射注漿法在地基加固工程中的應(yīng)用

劉寧怡

摘要:文章分析了高壓噴射注漿法的機(jī)理,介紹了高壓噴射注漿法在地基加固工程中的具體應(yīng)用技術(shù),并針對施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題提出了處理措施。

關(guān)鍵詞:高壓噴射注漿法;地基加固工程

中圖分類號:TU4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)08-0068-02

高壓噴射注漿法是在注漿法的基礎(chǔ)上,應(yīng)用高壓噴射技術(shù)而發(fā)展起來的一項新的地基加固方法。它與其它地基處理的方法相比,具有適用范圍廣,施工簡便,具有較好的耐久性等特點,不失為眾多地基處理方法中的一種好的地基處理方法。

1高壓噴射注漿法機(jī)理

高壓噴射注漿法是利用高壓水或漿液射流切割攪拌地層,同時射入水泥漿或復(fù)合漿液,形成新的凝結(jié)體,改變了原地層的結(jié)構(gòu)或全置換成新復(fù)合材料結(jié)構(gòu),提高承載力或原地基的防滲能力,達(dá)到加固地基和防滲的目的。其工藝是利用鉆機(jī)或其他造孔設(shè)備造孔,然后把帶有噴頭的注漿管下至土層的預(yù)定深度,由高壓水泵或高壓泥漿泵把漿液以10～25Mpa 的高壓射流在噴嘴中射出,以沖擊和破壞預(yù)定深度地層的土體。該射流能量大,速度快,當(dāng)呈脈動狀態(tài)的射流動壓強(qiáng)度大于土體強(qiáng)度的時候,土粒便從原土體中剝落下來,一部分細(xì)小的土粒隨著漿液冒出地面,其余較粗的土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下,與隨之射入的水泥漿等漿液滲攪混合后,按一定的漿土比 例和質(zhì)量大小規(guī)律地重新排列,在土體中形成凝結(jié)體。噴射時,若一面提升一面旋轉(zhuǎn),則形成柱狀體即旋噴樁,若一面提升一面按一定的方向角度擺動,則形成墻狀體。

2施工機(jī)具

高壓噴射注漿的施工機(jī)具,主要由高壓泥漿泵及鉆 機(jī)兩部分組成。由于采用的噴射方式不同,單管、二重管和三重管旋噴作業(yè)所使用的機(jī)具類型和數(shù)量不同,主要包括鉆機(jī)、高壓泵、泥漿泵、空氣壓縮機(jī)、注漿特種鉆桿、注漿管、噴嘴、高壓膠管、輸漿管、流量計、 漿液攪拌機(jī)等。

3施工工藝參數(shù)

單管法及雙管法的高壓水泥漿和三管法高壓水的壓力原則上應(yīng)大于20 MPa。高壓噴射注漿的主要材料為水泥,宜采用強(qiáng)度等級為30級及以上的普通硅酸鹽水泥。根據(jù)需要可加入適量的外加劑及摻合料。外加劑和摻合料的用量,通過試驗確定。水泥漿液的水灰比視工程地質(zhì)特點或?qū)嶋H工程要求確定,可取0.8～1.5,常用1.0。高壓噴射注漿的施工工序為機(jī)具就位、貫入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗等。噴射孔與高壓注漿泵的距離不宜大于50 m,鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50 mm。實際孔位、孔深和每個鉆孔內(nèi)的地下障礙物、洞穴、涌水、漏水及與巖土工程勘察報告不符等情況均應(yīng)詳細(xì)記錄。

當(dāng)噴射注漿管貫人土中,噴嘴達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時,即可噴射注漿。在噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后,隨即分別按旋噴、定噴或擺噴的工藝要求,提升噴射管,由下而上噴射注漿。噴射管分段提升的搭接長度不得小于l00 mm。根據(jù)國內(nèi)實際工程的應(yīng)用實例,高壓水泥漿液流或高壓水射流的壓力宜大于20 MPa,氣流的壓力以空氣壓縮機(jī)的最大壓力為限,通常在0.7 MPa左右,低壓水泥漿的灌注壓力通常在1.0～2.0 MPa左右。采用旋轉(zhuǎn)提升噴射方式時,一般提升速度為0.005～0.25 m/rain,旋轉(zhuǎn)速度可取10 ～20 r/mi n。對需要局部擴(kuò)大加固范圍或提高強(qiáng)度的部位,可采用復(fù)噴措施。

4施工程序及要點

盡管各種高壓噴射注漿法所注人的介質(zhì)種類和數(shù)量不同, 但其施工程序卻基本一致, 均按照自下而上的工序進(jìn)行施工。

①鉆(引)孔。鉆孔的目的是為將噴射注漿管插入 預(yù)定的地層中,鉆孔方法視地層地質(zhì)情況、加固深度、機(jī)具設(shè)備等條件而定。鉆進(jìn)深度可達(dá)30 m以上,當(dāng)遇到較堅硬的土層時宜采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,一般在二重管和三重管旋噴法施工中,采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。②插管。鉆孔完成后,應(yīng)及時將噴射注漿管插入地層預(yù)定深度,插管與鉆孔兩道工序一般合二為一,但使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔完成后,必須拔出巖芯管,插入噴射管。在插管過程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水、邊插管,水壓力一般不超過1MPa,壓力過高易將孔壁射塌。③噴漿。根據(jù)土質(zhì)、土類、地下水等環(huán)境調(diào)整噴漿壓力、流量、旋轉(zhuǎn)提升速度等,自下而上噴射注漿。根據(jù)工程需要進(jìn)行原位第二次噴射( 復(fù)噴),復(fù)噴時噴射流沖擊的對象為第一次噴射的漿土混合體,噴射流所遇阻力小于第一次噴射,有增加固結(jié)體直徑的效果。④補(bǔ)漿。噴射的漿液與土攪拌混合后的凝固過程中,由于漿液的析水作用,一般均有不同程度的收縮,造成在固結(jié)體頂部凹陷,對地基的加固和防滲堵水極為不利。目前一般采用直接從噴射孔口注入漿液填滿收縮空洞,或采用二次注漿的方法對固結(jié)體頂部進(jìn)行第二次注漿。

5常見問題及其處理對策

①冒漿。在噴射注漿過程中,噴射沖擊破壞土層所產(chǎn)生的部分細(xì)小土粒隨一部分漿液沿著注漿管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察,可以及時了解土層狀況、噴射的大致效果和噴射參數(shù)的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗,冒漿( 內(nèi)有土粒、水及漿液) 量小于注漿量20者為正?，F(xiàn)象,超過20或完全不冒漿時,應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)措施。減小冒漿的措施有:一是提高噴射壓力;二是適當(dāng)減小噴嘴直徑;三是加快提升和旋轉(zhuǎn)速度等。出現(xiàn)不冒漿或斷續(xù)冒漿時, 若系土質(zhì)松軟則視為正?，F(xiàn)象,可適當(dāng)進(jìn)行復(fù)噴;若系附近有空洞、通道,則應(yīng)不提升注漿管繼續(xù)注漿直至冒漿為止,或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。②固結(jié)體不完整。高壓噴射注漿完畢后,或在噴射注漿過程中因故中斷, 均可能產(chǎn)生加固地基與建筑物基礎(chǔ)不密貼或脫空、樁體不連續(xù)現(xiàn)象。防止因漿液凝固收縮,可采用超高噴射( 噴射處理地基的頂面超過建筑物基礎(chǔ)底面,其超高量大于收縮高度)、回灌冒漿或第二次注漿等措施。防止因噴射注漿中斷導(dǎo)致的斷樁,可在每次卸管及重新下注漿管時,保證停頓部位的搭接長度不小于100 mm,以保證固結(jié)體的整體性。③ 固結(jié)體不垂直。固結(jié)體不垂直會導(dǎo)致其承載力降低,更為嚴(yán)重的是使防滲堵水失敗。固結(jié)體不垂直主要由鉆孔不垂直引起,實際施工時,鉆機(jī)就位應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)固、垂直,引孔前,采用水平尺校正鉆機(jī)垂直度,確保鉆機(jī)就位偏差不大于50 mm,垂直度偏差不大于1/100。④建筑物的附加沉降。高壓噴射注漿處理地基時,在漿液未硬化前,有效范圍內(nèi)的地基因受到擾動而降低強(qiáng)度,容易產(chǎn)生附加變形。通常采用控制施工速度、順序和加快漿液凝固時間等方法防止或減小附加變形。⑤固結(jié)體強(qiáng)度不均。不同的土層特性對噴射注漿固結(jié)體的直徑、強(qiáng)度影響較大,如較堅硬土層樁徑偏小、含有機(jī)質(zhì)阻礙固結(jié)體硬化造成強(qiáng)度偏低、砂類土中固結(jié)體強(qiáng)度較高等, 實際工程施工中,宜根據(jù)不同土層深度和厚度及時調(diào)整噴射參數(shù)或進(jìn)行復(fù)噴。

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