分析旋喷注浆法加固地基施工

摘要：旋喷桩加固地基的基本概念,旋喷桩在地基加固应用中的优点。进而探讨了旋喷浆液在土中的喷射形态、喷射流构造,以及高压旋喷成桩机理。详细分析了旋喷浆液在土中的硬化机理。最后,对旋喷注浆法的可靠性进行了探讨。总之,使用优质的注浆材料和采用恰当喷射技术参数以及合理的设计方案,旋喷桩复合地基就能取得良好的加固地基的效果。

关键字：旋喷注浆法; 复合地基;地基加固

Abstract: jet grouting pile foundation reinforcement of the basic concepts, jet grouting pile foundation reinforcement in application merit. And to discuss the rotary spray grout injection form of soil in the jet stream, structure, and high pressure rotary spray pile mechanism. Detailed analysis of the rotary spray in soil slurry of hardening mechanism. Finally, the jet grouting method of reliability are discussed. In short, the use of high quality grouting materials and apply the proper injection technology parameters and rational design scheme, jet grouting pile composite foundation can achieve a good reinforcement effect of the foundation.

Keyword: jet grouting method; Composite foundation; Foundation reinforcement 引言

注浆加固法是利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密的等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”.能显著改善土的物理学性能及水理性能的一种加固方法。

1加固原理

旋喷注浆法是把底部带有特殊喷嘴的注浆管置人土层中预定深度,利用高压水泥浆切割原状土后,借助注浆管的旋转和提升运动,使高压水泥浆与崩落下来的土充分搅拌混合,经过区一段时间凝固在土体中形成圆柱状固结体,从而加固地基的方法.根据注浆的方法,分为单管法、双管法和多重法,这里介绍的是最简便实用的单管旋喷注浆法,其形成的固结体称为旋喷桩,此法对于含有粗糙土、砂砾土的软弱地基加固具有其他方法所不及的优越性,在地铁、污水处理厂等市政基础设施和房屋建筑工程的地基加固施工中得到了广泛应用。

2 旋喷桩加固技术的优点

2.1由于将水泥土与原地基软土就地搅拌混合，因而可最大限度地利用原土；

2.2对周围原有建筑的影响较小；

2.3可按照不同的地基土的性质及工程设计要求，合理选择，设计比较灵活；

2.4施工设备简单，管理方便，施工时无振动，无污染，可在密集的建筑群中进行施工，而且料源广阔，价格低廉；

2.5土体加固后重度变化不大，粘性土固结体比原状土轻约10%，但砂类土固结体可能比原状土重10%左右，基本上轻于或接近原状土的容量，较小的产生附加沉降；

2.6透气透水性差，固结体内虽有一定的孔隙，但这些孔隙并不贯通，为封密型，而且固结体有一层较致密的硬壳，其渗透系数相当高，具有一定的防渗功能；

2.7固结强度高，单桩承载力较高；

2.8与钢筋混凝土桩基比，节省了大量的钢材，降低了造价；

2.9根据上部结构的需要，可灵活采取垂直喷射或倾斜喷射或水平喷射，使之形成柱状、壁状、块状等加固形式。

3.高压喷射注浆法加固地基的施工方法

3.1施工机具

施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。由于喷射种类不同，所使用的机器设备和数量均不相同。

多重管的功能，不但可输送高压水，而且还同时将冲下来的土、石抽出地面。因此管子的外径较大，达到300mm.它由导流器、钻秆和喷头组成。在喷嘴的上方设置了一个超声波传感器，电缆线装在多重管内。

喷嘴是直接明显影响喷射质量的主要因素之一。气液同轴喷嘴的结构一般有圆柱形、收敛圆锥形和流线开头的喷嘴三种。为了保证喷嘴内高压喷射流的巨大能量较集中地在一定距离内有效破坏土体，一般都用收敛圆锥形的喷嘴。流线形喷嘴的射流特性最好，喷射流的压力脉冲经过流线形状的喷嘴的，不存在反射波，因而使喷嘴具有聚能的效能。

3.2施工程序

第一步钻机就位。钻机安放在设计的孔位上并要保持垂直，在施工时旋喷管的允许倾斜不允许大于1.5%;第二步钻孔。单管旋喷较常使用的是旋转振动钻机，钻进深度通常可达30 米以上，适用于标准贯入度小于40 的砂土和粘性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。一般在二重管和三重管旋喷法施工

中都采用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不应大于50mm;第三步插管。插管是将喷管插入地层预定的深度。使用振动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一，就是钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管，并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷觜，要一边射水，一边插管，水压力一般不要超过1MPa.如果压力太高，容易将孔壁射塌；第四步喷射作业。当喷管插入到预定深度后，就开始由下而上进行喷射作业。在作业过程中，值班的技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线；当浆液初凝时间超过20h,应及时停止使用该水泥浆液（正常水灰比1:1 初凝时间为15h 左右）；第五步冲洗。喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆；最后将钻机等机具设备移到新孔位上。

4旋喷浆液在土中的硬化机理

高压喷射所采用的硬化剂主要是水泥，并在其中增添防治沉淀或加速凝固的外加剂。旋喷固结体是一种特殊的水泥－土骨架结构，水泥土的水反应要比纯水泥浆复杂的多。

由于水泥土是一种空间不均匀材料，在高压旋喷搅拌过程中，水泥和土混合在一起，土颗粒间被水泥浆所填满。水泥水化后在土颗粒的周围形成各种水化物的结晶，它们不断生长，特别是钙矾石的针状结晶，很快的生长交织在一起，形成空间的网络结构，土体被分隔包围在这些水泥的骨架中。随着土体的不断被挤密，自由水也不断减少，甚至消失，形成了一种特殊的水泥土骨架结构。

固结体强度随时间增长的机理可分别从水泥的水化硬化作用、水泥—土空间结构的形成、以及水泥与土之间的长期物理化学变化等方面加以解释。水泥中四种基本矿物熟料分别与水发生化学反应，生成一系列结晶，随时间增长结晶过程不断趋于完整，这些结晶是水泥石强度的主要来源。水泥的加入已从根本上改变了土体结构，水泥包裹在土颗粒表面，并把它们粘在一起形成整体。在短时间内，土粒周围充满了水泥凝胶体。随时间增长，水泥凝胶体结晶，并逐渐充满土体的空隙，土体与水泥形成特殊的水泥—土骨架结构，土的强度也随之得以改善。水泥凝胶体的结晶过程是较缓慢的，因此，固结体的强度会在较长时间内持续增长。

由水泥的各种成分所生成的胶质膜逐渐发展连接成胶质体，即表现为水泥的初凝状态，随着水化过程的不断发展，凝胶体吸收水分并不断扩大，产生结晶体。结晶体与胶质体相互包围渗透，并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始。水泥的水化过程是一个长久的过程，水化作用不断的深入到水泥的微粒中，直到水分完全被吸收，胶质体凝固结晶充满为止。在这个过程中，固结体的强度将不断提高。

5旋喷注浆法的可靠性

高压喷射注浆用高达20~40MPa压力，其冲击破坏土体的能量十分巨人，对

粘性上和砂土都能冲切破坏。凡是高压水射流能冲动土粒的土，都能进行高压喷射注浆加固，只要按照正确的顺序施工、使用优质水泥等注浆材料和采用恰当喷射技术参数以及合理的设计，即可获得优良的加固地基和防渗帷幕墙。

5.1固结体的可靠性高

高压喷射注浆是以高压喷射流强力破坏土体，有效破坏的距离较大，待水泥浆与土粒硬化后，即形成一个固结体。固结体的直径(长度)受土层影响外表呈凸凹不规则状，硬土的固结直径(长度)要小一些，高压喷射注浆的整体性、均匀性都要高于一般的静压灌浆。此外，固结体在良好的(对混凝土无侵蚀)环境中，强度不断增加，强度增加率延续至10年以上。经实测10年可增加1.5倍乃至更高。

因此，只要在对混凝土无侵蚀的地下水和不受冻(即冻结温度不低于负200C)的条件下，固结体的质量可靠，可作为永久性地基和防渗帷幕。

6.结束语

旋喷注浆法加困地基施工机具简单、噪音及振动小、施工速度快、成本低,且工艺易于掌握,经对复合地基的沉降观测表明,这种方法加固地段沉降量较砂桩、袋装砂井、插塑板、碎石桩等加固段小得多,这也说明旋喷注浆法加固地基效果是良好的。如果在旋喷桩中插入粗钢筋或型钢,用以实施较大深度的土质基坑、水下基坑的围护,这将使此方法得到更广泛的应用。

参考文献

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4.叶书麟,韩杰,叶观宝. 地基处理与托换技术(第二版).北京:中国建筑工业出版社,1994:17-18.