高压旋喷法.doc

高压旋喷法
这种方法与上述几种方法有本质的不同，它完全破坏了土层的结构，并在原有是土层颗粒与浆液混合，得到一个及时固化的均质体。
这种方法使用事无需考虑土层的类型、渗透性能、颗粒尺寸的分布等。从理论上说，大多数地层都可用高压旋喷来处理，无论是软的粘土还是砂层和卵石层。虽然任何类型的浆液都可用于高压旋喷，但实际上经常使用的是水和水泥的混合物，或者遇到高渗透性土层是使用的水-水泥-膨润土混合物。
高压旋喷法有两种基本的形式：
单管系统（CCP）。这种方法是用浆液冲蚀钻杆四周的土层并与土层混合；
三管系统（Kajima）这种方法是用水和空气冲蚀土层并导致较细的颗粒部分被置换，而浆液是独立地通过位于空气/水喷嘴下方的喷嘴注入的。
一种过渡性质的或称为双管系统的形式目前已经开发出来，它可用来改善单管法所影响的范围。
二、单管系统
这种系统的工作原理是：高压泵将浆液通过钻杆送到位于钻头上部的喷嘴。从喷嘴喷出的高速、高能量射流冲蚀钻杆四周的土层并与之混合，形成一个直径从40cm到120cm的有稳定材料组成的柱体。
本系统需要的主要设备有：
1. 高压立、高流量的泵（70Mpa,300L/min）;
2. 配备专用钻杆的钻机和精确控制钻杆提升的计时器；
3. 足以容纳浆液的高效处理池。
本系统的施工工序是：用回转或回转-冲击方法，以清水、压缩空气或泥浆作为冲洗介质江钻孔钻之所需深度。一旦钻到所需处理的土层深度后，关闭冲洗口，将浆液以极高的压力（20Mpa~60Mpa）通过喷嘴注入土层，与此同时钻杆柱边回转边缓慢提升。回转速度为10~20r/min,提升速度在20~50r/min之间。
浆液的高压喷射将冲蚀土层并与之混合，在钻杆柱四周产生一个由稳定材料组成的柱体。
三、三管系统
三管系统与单管系统不同，它是用水而不是浆液的高能量喷射来冲蚀钻柱周围的土层。水射流借助压缩空气在其周围形成同心晕穿过土层。
压缩空气的作用有两个，一个增加水射流的影响半径，二是“轻化”射流影响区内的土和水的混合物，形成气举，从而将水和细小的土粒通过孔壁与钻杆之间的环状空间带出地表。
同时，浆液在大约5Mpa的压力下通过空气-水喷嘴下面的第二个喷嘴注入土-水混合液中。
土语浆液混合后，经过一定的时间就生成一个稳定的主体，其直径有可能超过2m。
这种系统需要的主要设备有：
· 高压力、高流量的水泵（70Mpa、300L/min）;
· 低压水泥浆泵（7Mpa、120L/min）;
· 三通道同轴钻杆柱，包括钻头、钻头接头、装有水泥浆喷嘴的喷嘴接头、装有同轴空气-水喷嘴的高压喷嘴接头、钻杆以及三通道水龙头（如图）；
· 配有计时器的钻机，它能精确控制钻柱提升的孔段；
· 可容纳浆液的高效处理池；
· 清水池。
钻进过程与单管系统相同，清洗介质通过浆液管线泵到钻头。一旦钻到所需深度，水和空气将通过各自的管线注入并破坏钻柱周围的土层。钻杆回转并产生气举作用，将较细的土颗粒排出，然后开始注入浆液并缓慢提升钻杆。
上述两种系统的主要不同点在于形成稳定柱体直径的大小和每个钻孔所处理土层体积的多少。
三管系统的优点在于：在处理相同体积的土层所使用的钻孔数量可以减少，这在钻进困难的地层更明显。
然而三管系统比较复杂，也需要更多的设备，另外还造成了大量的物料从孔内排出，因而这种系统昂贵，使用起来难度也大，特别是在那些空间受限、土层渗透率低的场合下使用。
单管系统适应性较好、应用广，既可用于现有结构的稳定也可用于空间受限的隧道。另外，这种系统还有安装和工作的时间短、成本低、场地干净以及噪声低等优点。
四、双管系统
双管系统是根据单管系统的原理，但在浆液射流周围形成压缩空气同心晕，从而加强了其影响半径。
一般来讲，由于增加了空气成份，可以将单管系统处理的土层柱体从0.8m增加到1.8m.
本系统使用的设备除了增加同心晕双通道钻杆（图）和一台压风机外，其他几乎与单管系统相同。
表1归纳了上述三种高压旋喷系统通常使用的参数范围。