高压喷射技术.ppt

Henan Polytechnic University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,Henan Polytechnic University,Henan Polytechnic University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,地基处理技术,Technical of Soil Improvement,浆液固化法,1,.,6.3,高压喷射注浆法,1.,概述,2.,加固机理,3.,设计计算,4.,施工,5.,质量检验,6.3,高压喷射注浆法,6.3.1,概述,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。当土中含有较多的,大粒径块石、大量植物根茎或有较高的有机质时,，以及地下水流速过大和已涌水的工程，应根据现场试验结果确定其适用性。,高压喷射注浆法一般分为,旋转喷射,(,简称旋喷,),、,定向喷射,(,简称定喷,),和,摆动喷射,(,简称摆喷,),三种形式,。,定喷及摆喷两种方法通常用于,基坑防渗,、,改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程,。,1.,单管法：喷射,高压水泥浆液一种介质,；,2.,双管法：喷射,高压水泥浆液和压缩空气,二种介质；,3.,三管法：,喷射高压水流、压缩空气及水泥浆液,等三种介质由于上述,3,种喷射流的结构和喷射的介质不同，有效处理长度也不同，以,三管法最长，双管法次之，单管法最短。,实践表明，,旋喷形式可采用单管法、双管法和三管法,中的任何一种方法。,定喷和摆喷注浆常用双管法和三管法。,4.,多重管法：,高压水流,和超高压水射流，被冲下的土全部抽出地面再用,其他材料充填。,1.,高压喷射注浆法的工艺类型,分类依据,类 别,主 要 特 点,喷射流的,移动方式,定向喷射,(,定喷,),喷射时喷嘴只提升，喷射的方向固定不变，固结体呈板壁状,摆动喷射,(,摆喷,),喷射时喷嘴边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体呈较厚墙状,旋转喷射,(,旋喷,),喷射时喷嘴边旋转边提升，固结体呈圆柱状,注浆管,类型,单管法,用单层注浆管，只喷射浆液,二重管法,用双层注浆管，,喷射浆、气同轴射流,三重管法,用三层注浆管，,喷射水、气同轴射流，同时注入浆液,多重管法,用多层注浆管，喷射超高压水射流，被冲下的土全部抽出地面再用其他材料充填,置换的,程度,半置换法,被冲下的土,部分排出地表,，余下的和浆液搅拌混合凝固,全置换法,被冲下的土,全部排出地表,，形成的空间用其他材料充填,高压喷射注浆法分类,单管旋喷注浆法：,是利用钻机等设备，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,，经过一定时间凝固，便在土中形成,圆柱状的固结体,。日本称为,CCP,工法。,a),单管法：,b,）二重管法：,使用双通道的,二重注浆管,。当二重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,，最后在土体中形成直径明显增加的柱状固结体。,日本称为,JSG,工法。,c,）三重管法：,使用分别输送,水、气、浆,三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生,20MPa,左右的,高压水喷射流的周围,，环绕一股,0.7MPa,左右的圆筒状气流,，进行,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,2,5MPa,的浆液填查,，并将喷嘴作旋转和提升，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体见图。,日本称,CJP,工法,。,d,）多重管法：,首先在地面钻一个导孔，然后置入,多重管,，用逐渐向下运动的旋转,高速压力水射流（,40MPa),切削破坏四周土体,，经,高压水冲击下来的土和石成为泥浆,后，立即用,真空,泵从多重管抽出,。如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个,较大的空间,。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出,空间的直径和形状,，最后根据工程需要选用,浆液，砂浆，砾石等材料进行充填,。于是形成一个大直径固结体，在砂性土中,最大直径达,4m,.,日本称为,SSS-MAN,工法,1.,适用的范围较广,。,2,.,施工简便,。,3,.,固结体形状可以控制,。,4,.,既可垂直喷射也可倾斜和水平喷射,。,5,.,有较好的耐久性,。,6,.,料源广阔,，,价格低廉。,7.,设备简单,，,管理方便。,2.,高压喷射注浆法的主要特征,1.,高压喷射注浆法适用于下列哪些地基土,?,（,A,）淤泥,(B),粘性土,(C),砂土,(D),碎石土,(E),有机质土,2.,高压喷射注浆法根据喷射流移动方向可分为:,(A)定喷 (B)摆喷 (C)旋喷,3.,高压喷射注浆法根据工艺可分为:,(A)单管法 (B)二重管法 (C)三重管法 (D)多重管法,4.,单重管法的喷射流由以下哪些部分组成?,5.,二重管法的喷射流由以下哪些部分组成?,6.,三重管法的喷射流由以下哪些部分组成?,7.,多重管法的喷射流由以下哪些部分组成?,(A)高压水泥浆液(B)高压水流(C)压缩空气(D)水泥浆液(E)其他材料,8.,定喷和摆喷形式可采用下列哪几种工艺方法?,(A)单管法 (B)二重管法 (C)三重管法 (D)多重管法,1.A,B,C,D,;,2.A,B,C,；,3.A,B,C,D,；,4.A,;,5.A,C,;,6.B,C,D,;7.B,E;,8.B,C,a),土质条件：,主要适用于,软弱土层,，,如第四纪的冲,(,洪,),积层,、,残积层及人工填土等,。,对于地下水流速过大喷射浆液无法在注浆管周围凝固,、,无填充物的岩溶地段,、冻土,和对水泥有严重腐蚀的地基,，,均不宜采用高压喷射注浆法,。,b),工程适用范围：,提高地基强度，保护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，防渗帷幕工程，防止洪水冲刷等工程。,2.,高压喷射注浆法的,适用范围,1,、增加地基强度。,提高地基承载力,，整治已有建筑物沉降和不均匀沉降的托换工程；,减少建筑物沉降,，加固持力层或软弱下卧层；,加强盾构法和顶管法的后座,，形成反力后座基础。,2,、挡土围堰及地下工程建设。,保护邻近建、构筑物,；,保护地下工程建设,；,防止基坑底部隆起,。,适用范围,3,、增大土的,摩擦力和粘聚力,。,防止小型坍方滑坡；,锚固基础。,4,、,减少振动、防止液化,。,减少设备基础振动；,防止砂土地基液化。,5,、降低土的含水量。,整治路基翻浆冒泥；,防止地基冻隆。,6,、防渗帷幕。,河堤水池的防漏及坝基防渗；,帷幕井筒；,防止盾构和地下管道漏水漏气；,地下连续墙补缺；,防止涌砂冒水。,1),高压喷射流的性质：,高压水喷射流是通过,高压发生设备,，使它获得巨大能量后，从一定形状的喷嘴，用一种特定的,流体运动方式,，以很高的速度连续喷射出来的，,能量高度集中的一股液流,。,6.3.2,加固机理,喷嘴压力,p,a,/Mpa,喷嘴出口孔径,d,0,(cm),流速系数,流量系数,射流速度,v,0,(m/s),喷射功率,N(kW),10,0.30,0.963,0.946,136,8.5,20,192,24.1,30,243,44.4,40,280,68.3,50,313,95.4,喷射流的速度与功率,2),高压喷射流的种类和构造,:,1.,高压喷射流的种类：,(1),单喷射流：单一的高压水泥浆喷射流；,(2),二重管喷射流：,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；,(3),三重管喷射流：,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；,(4),多重管喷射流：,高压水喷射流,。,以上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。,2.,高压喷射流的构造：,单液高压喷射流的构造：,水（浆）气同轴喷射的构造：,3,）加固地基的机理：,(,一,),高压喷射流对土体的破坏作用,破坏土体的结构强度的最主要因素是喷射动压，根据动量定律，在,空气中喷射时的破坏力为,：,P,：破坏力，,kgm,s,2,；,：密度，,kg,m,3,；,Q,：流量，,m,3,s,，,Q=V,m,A,；,V,m,：喷射流的平均速度，,m,s,。,A,：喷咀断面积，,m2,（二）水（浆）气同轴喷射流对土体的作用：,单射流虽然具有巨大的能量，但由于,压力在土中急剧衰减，因此破坏土的有效射程较短，致使旋喷固结体的直径较小,。,当在喷嘴出口的高压水喷流的周围,加上圆筒状空气射流,，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,，,(,三,).,水泥与土的固结机理：,4),加固土的基本性状：,1.,直径较大：,单管一般为,0.3-0.8m,三重管为,0.7-1.8m,多重管为,2.0-4.0m,2.,固结体形状可不同：,固结体的形状可通过喷射参数来控制，大致可喷成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状及扇形状。,3.,重量轻：固结体内部土粒少并含有一定数量的气泡,粘性土固结体比,原状土轻约,10,，,但砂类土固结体也可能比原状土重,10,。,4.,渗透系数小：,固结体有一层较致密的硬壳，其渗透数达,10,-6,cm,s,或更小，故具有一定的防渗性能。,5.,固结强度高：,横断面上中心强度低，外侧强度高，与土交换的边缘处有一圈坚硬的外壳。,6.,单桩承载力高：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。,1.,高压喷射注浆法加固地基的机理有：,(A),高压喷射流对土体的破坏作用,(B),水浆、气同轴喷射流对土的破坏作用,(C),水泥与土的固结机理,(D),排水固结作用,(E),置换作用,3.,高压喷射注浆法的有效处理长度应按下列哪个次序依次排列?,(A)三重管二重管单管(B)三重管二重管单管,(C)三重管单管,2.,压喷射注浆法的有效喷射长度由哪几个区域组成?,(A)初期区域 (B)主要区域 (C)终期区域,1.A,B,C,E,;,2.A,B,；,3.A,；,a),工程地质勘测和土质调查：基岩形态，深度和物理力学特性，各土层层面的状态，土 的种类及特性,b),水文地质情况：水位，土层的渗透性，附近地沟，暗河，地下水分布情况。,c),环境调查：地形，地貌，施工现场的空间及地下埋设物状态等,d),室内配方与现场喷射试验：为了决定注浆后固结体可能具有的强度和决定合理的配合比，采用现场的土样进行配比试验，优选合理的浆液配方。对规模大及重要的工程，要在现场进行试验，查明固结体的直径，强度等。,6.3.3,设计计算,1),设计前的调查准备：,a),尺寸取决与土的类别,及其密实程度，注浆管的类型，喷射技术参数,(,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等）,b),无试验资料的情况下，可对小型或不太重要的工程，可根据经验选用表,7-9,所列数值。,c),对大型或重要的工程，应通过现场喷射试验后开挖获钻孔采样确定。,2),固结体的尺寸,a),强度取决与土质，,喷射材料及水灰比，注浆管的类型，提升速度及注浆量。,b),固结强度以,28,天强度计算,。,c),注浆材料为水泥时，固结体强度初步设计可参考表,7-11.,c),对大型或重要的工程，应通过现场喷射试验后采样测试来确定强度及渗透性等性质。,3),固结体的强度,4),竖向承载水泥搅拌桩复合地基承载力特征值,：复合地基容许承载力特征值,(kPa),：桩间天然地基土容许承载力,(kPa),；,：桩土面积置换率；,：桩间土承载力折减系数。当桩端为软土时,可取,0.5-1.0,；当桩端为硬土时，可取,0.1-0.4,：单桩竖向承载力特征值,(kPa),：桩的截面积（,m,2,）,设计要求基底下复合地基承载力特征值达到,280kPa,，现拟采用,桩径为,0.5m,的旋喷桩,，桩身试块的,立方体抗压强度平均值为,7.0MPa,，强度折减系数取,0.33,。已知桩间土承载力特征值,120kPa,，承载力折减系数 取,0.45,。若采用等边三角形布桩，依据,建筑地基处理技术规范,(JGJ79-2002),，旋喷桩的桩距最接近下列哪个值,?,(A)1.0m (B)1.2m (C)1.5m (D)1.8m,旋喷桩复合地基设计,首先计算旋喷桩的单桩承载力。由于题中未提土的侧阻力和端阻力，只能理解由土抗力计算的单桩承载力特征值高于按桩身材料强度控制的单桩承载力特征值。,单桩容许承载力,：单桩容许承载力,(kN),；,：水泥土,90d,龄期的抗压强度平均值,(kPa),；,：桩的截面积,(m,2,),：桩身强度折减系数，可取,0.3-0.4,；,：桩的周长,(m),；,：桩周第,i,层土的容许摩阻力。对淤泥可取,5-8kPa,；,对淤泥质土可取,8-12kPa,；对粘性土可取,12-15kPa,：桩周第,i,层土的厚度,(m),；,：桩端天然地基土的承载力,(kPa),；,：桩端天然地基土的承载力折减系数，可取,0.4-0.6,桩长以内复合土层及吓我地基变形应按,GB5007-2002,有关规定计算，其中复合地基的压缩模量可根据地区经验确定。,),5),沉降计算,a),加固地基竖向承载：平面布置根据上部结构和基础确定。一般不少于,4,根。,b),堵水防渗：最好按双排或三排布孔形成帷幕。定喷和摆喷也是一种常用的堵水防渗方法，由于喷射出的板墙薄而长，不但成本较旋喷低，而且整体连续性也高。,7),布孔形式及孔距,基础和桩之间设置200-300mm褥垫层。,6),垫层,定喷帷幕形式示意,(a),为单喷嘴单墙首尾连接,；,(b),为双喷嘴单墙前后对接,；,(c),为双喷嘴单墙折线连接,；,(d),为双喷嘴双墙折线连接,；,(e),为双喷嘴夹角单墙连接,；,(f),为单喷嘴扇形单墙首尾连接,；,(g),为双喷嘴扇形单墙前后对接,；,(h),为双喷嘴扇形单墙折线连接,。,K,2,：,未旋喷范围土的填充率,0.5,-,0.75,H,2,：,未旋喷长度,，,m,；,：,损失系数,0.1,0.2,。,H,：喷射长度,(m),q,：单位时间喷射量,(m,3,/min),v,：提升速度（,m/min),Q,：,需要用的浆量,(,m,3,),D,e,：,旋喷体直径,(,m,),D,o,：,注浆管直径,(,m,),K,1,：,填充率,0.75,-,0,.,9,h,1,：,旋喷长度,(m),水泥是最便宜的注浆材料,，,种类也较多,，,是旋喷注浆的基本浆液。浆量计算方法有体积法和喷量法两种,。,8,）注浆材料及浆量计算,体积法计算,喷量法计算,1,）浆液特性：,有良好的可喷性；,有足够的稳定性；,气泡少；,调剂浆液的胶凝时间；,有良好的力学性能；,无毒，无臭；,结石率高；,9,）浆液材料与配方,2,）浆液配方：,a),普通型,;,b),速凝早强型；,c),高强型；,d),填充剂型,;,e),抗冻型,;,f,）抗渗型；,高压喷射注浆施工程序如下,：,打管,旋喷浆开始,喷浆,喷浆结束,移位重新喷射,施工机具有钻机和高压发生设备组成，由于喷射种类不同机器设备和数量均不同。,6.3.4,施工,施工注意事项：,1.,施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。施工前，应对照设计图纸核实设计孔位处有无妨碍施工和影响安全的障碍物。如遇有上水管、下水管、电缆线、煤气管、人防工程、旧建筑基础和其他地下埋设物等障碍物影响施工时，则应与有关单位协商清除或搬移障碍物或更改设计孔位。,2.,喷射注浆前要检查高压设备和管路系统,3.,水泥浆液的水灰比应按工程要求确定，可取,0.8,1.5,，常用,1.0,。,4.,为了加大固结体尺寸，或在深层硬土中为了避免固结体尺寸减小，可以提高喷射压力，泵量，降低回转与提升速度，也可以采用复喷工艺。,5.,在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。,6.,当高压喷射注浆完毕后，或在喷射注浆过程中因故中断，短时间（小于或等于浆液初凝时间）内不能继续喷浆时，均应立即拔出注浆管清洗备用，以防浆液凝固后拔不出管来。,7.,当处理既有建筑地基时，应采用速凝浆液或跳孔喷射和冒浆回灌等措施，以防喷射过程中地基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象。同时，应对建筑物进行变形监测。,8.,喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于,50m.,钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于,50mm,。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,高压喷射注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯（常规取芯或软取芯）、标准贯入试验、载荷试验或围井注水试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。,1,）检验内容,1,、,固结体的整体性和均匀性；,2,、固结体的有效直径；,3,、固结体的垂直度；,4,、固结体的强度特性,(,包括桩的轴向压力、水平力、抗酸,碱性、抗冻性和抗渗性等,),；,5,、固结体的溶蚀和耐久性能。,6,、喷射质量的检验：,6.3.5,质量检验,2,）,检验点应布置,1.,有代表性的桩位,；,2.,施工中出现异常情况的部位,；,3.,地基情况复杂,，,可能对高压喷射注浆质量产生影响,的部位,。,3,）抽检数量,1.,检验点的数量为施工孔数的,1%,，并不应少于,3,点。质量检验宜在高压喷射注浆结束,28d,后进行。,2.,竖向承载旋喷桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地墓载荷试验和单桩载荷试验。载荷试验必须在桩身强度满足试验条件时，并宜在成桩,28d,后进行。检验数量为桩总数的,0.5%,1%,，且每项单体工程不应少于,3,点,双高压三重管试验桩（桩径为,1.7,米）,两重管试验桩（桩径为,1.2,米）,