高压喷射注浆法在地基加固工程中的应用

刘宁怡

摘要:文章分析了高压喷射注浆法的机理,介绍了高压喷射注浆法在地基加固工程中的具体应用技术,并针对施工过程中经常出现的问题提出了处理措施。

关键词:高压喷射注浆法;地基加固工程

中图分类号:TU4文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)08-0068-02

高压喷射注浆法是在注浆法的基础上,应用高压喷射技术而发展起来的一项新的地基加固方法。它与其它地基处理的方法相比,具有适用范围广,施工简便,具有较好的耐久性等特点,不失为众多地基处理方法中的一种好的地基处理方法。

1高压喷射注浆法机理

高压喷射注浆法是利用高压水或浆液射流切割搅拌地层,同时射入水泥浆或复合浆液,形成新的凝结体,改变了原地层的结构或全置换成新复合材料结构,提高承载力或原地基的防渗能力,达到加固地基和防渗的目的。其工艺是利用钻机或其他造孔设备造孔,然后把带有喷头的注浆管下至土层的预定深度,由高压水泵或高压泥浆泵把浆液以10～25Mpa 的高压射流在喷嘴中射出,以冲击和破坏预定深度地层的土体。该射流能量大,速度快,当呈脉动状态的射流动压强度大于土体强度的时候,土粒便从原土体中剥落下来,一部分细小的土粒随着浆液冒出地面,其余较粗的土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下,与随之射入的水泥浆等浆液渗搅混合后,按一定的浆土比 例和质量大小规律地重新排列,在土体中形成凝结体。喷射时,若一面提升一面旋转,则形成柱状体即旋喷桩,若一面提升一面按一定的方向角度摆动,则形成墙状体。

2施工机具

高压喷射注浆的施工机具,主要由高压泥浆泵及钻 机两部分组成。由于采用的喷射方式不同,单管、二重管和三重管旋喷作业所使用的机具类型和数量不同,主要包括钻机、高压泵、泥浆泵、空气压缩机、注浆特种钻杆、注浆管、喷嘴、高压胶管、输浆管、流量计、 浆液搅拌机等。

3施工工艺参数

单管法及双管法的高压水泥浆和三管法高压水的压力原则上应大于20 MPa。高压喷射注浆的主要材料为水泥,宜采用强度等级为30级及以上的普通硅酸盐水泥。根据需要可加入适量的外加剂及掺合料。外加剂和掺合料的用量,通过试验确定。水泥浆液的水灰比视工程地质特点或实际工程要求确定,可取0.8～1.5,常用1.0。高压喷射注浆的施工工序为机具就位、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗等。喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50 m,钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50 mm。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。

当喷射注浆管贯人土中,喷嘴达到设计标高时,即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后,随即分别按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求,提升喷射管,由下而上喷射注浆。喷射管分段提升的搭接长度不得小于l00 mm。根据国内实际工程的应用实例,高压水泥浆液流或高压水射流的压力宜大于20 MPa,气流的压力以空气压缩机的最大压力为限,通常在0.7 MPa左右,低压水泥浆的灌注压力通常在1.0～2.0 MPa左右。采用旋转提升喷射方式时,一般提升速度为0.005～0.25 m/rain,旋转速度可取10 ～20 r/mi n。对需要局部扩大加固范围或提高强度的部位,可采用复喷措施。

4施工程序及要点

尽管各种高压喷射注浆法所注人的介质种类和数量不同, 但其施工程序却基本一致, 均按照自下而上的工序进行施工。

①钻(引)孔。钻孔的目的是为将喷射注浆管插入 预定的地层中,钻孔方法视地层地质情况、加固深度、机具设备等条件而定。钻进深度可达30 m以上,当遇到较坚硬的土层时宜采用地质钻机钻孔,一般在二重管和三重管旋喷法施工中,采用地质钻机钻孔。②插管。钻孔完成后,应及时将喷射注浆管插入地层预定深度,插管与钻孔两道工序一般合二为一,但使用地质钻机钻孔完成后,必须拔出岩芯管,插入喷射管。在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射水、边插管,水压力一般不超过1MPa,压力过高易将孔壁射塌。③喷浆。根据土质、土类、地下水等环境调整喷浆压力、流量、旋转提升速度等,自下而上喷射注浆。根据工程需要进行原位第二次喷射( 复喷),复喷时喷射流冲击的对象为第一次喷射的浆土混合体,喷射流所遇阻力小于第一次喷射,有增加固结体直径的效果。④补浆。喷射的浆液与土搅拌混合后的凝固过程中,由于浆液的析水作用,一般均有不同程度的收缩,造成在固结体顶部凹陷,对地基的加固和防渗堵水极为不利。目前一般采用直接从喷射孔口注入浆液填满收缩空洞,或采用二次注浆的方法对固结体顶部进行第二次注浆。

5常见问题及其处理对策

①冒浆。在喷射注浆过程中,喷射冲击破坏土层所产生的部分细小土粒随一部分浆液沿着注浆管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察,可以及时了解土层状况、喷射的大致效果和喷射参数的合理性等。根据经验,冒浆( 内有土粒、水及浆液) 量小于注浆量20者为正常现象,超过20或完全不冒浆时,应查明原因并采取相应措施。减小冒浆的措施有:一是提高喷射压力;二是适当减小喷嘴直径;三是加快提升和旋转速度等。出现不冒浆或断续冒浆时, 若系土质松软则视为正常现象,可适当进行复喷;若系附近有空洞、通道,则应不提升注浆管继续注浆直至冒浆为止,或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆。②固结体不完整。高压喷射注浆完毕后,或在喷射注浆过程中因故中断, 均可能产生加固地基与建筑物基础不密贴或脱空、桩体不连续现象。防止因浆液凝固收缩,可采用超高喷射( 喷射处理地基的顶面超过建筑物基础底面,其超高量大于收缩高度)、回灌冒浆或第二次注浆等措施。防止因喷射注浆中断导致的断桩,可在每次卸管及重新下注浆管时,保证停顿部位的搭接长度不小于100 mm,以保证固结体的整体性。③ 固结体不垂直。固结体不垂直会导致其承载力降低,更为严重的是使防渗堵水失败。固结体不垂直主要由钻孔不垂直引起,实际施工时,钻机就位应准确、稳固、垂直,引孔前,采用水平尺校正钻机垂直度,确保钻机就位偏差不大于50 mm,垂直度偏差不大于1/100。④建筑物的附加沉降。高压喷射注浆处理地基时,在浆液未硬化前,有效范围内的地基因受到扰动而降低强度,容易产生附加变形。通常采用控制施工速度、顺序和加快浆液凝固时间等方法防止或减小附加变形。⑤固结体强度不均。不同的土层特性对喷射注浆固结体的直径、强度影响较大,如较坚硬土层桩径偏小、含有机质阻碍固结体硬化造成强度偏低、砂类土中固结体强度较高等, 实际工程施工中,宜根据不同土层深度和厚度及时调整喷射参数或进行复喷。

参考文献:

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[2] 叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

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