高压喷射注浆

高压喷射注浆报告人：康舜二零一七年六月二、施工设计三、施工一、技术介绍提纲四、质量检验技术介绍20世纪60年代末期，日本NIT公司在日本大阪市地下铁道建设冻结施工中，由于冰冻融化，造成严重事故，后改为灌浆法施工。在灌浆过程中，浆液沿着土层交界面溢走很多，不能完全达到加固地基和止水的目的。在这关键时刻。中西涉博士急中生智，大胆引用了水力采煤技术，浆高压水射流技术应用到灌浆工程中，创造出一种全新的施工方法——高压喷射注浆法。技术介绍1972年铁道部科学研究院率先开发高压喷射注浆法。1975年，我国冶金、水电、煤炭、建工等部门和部分高等院校，也相继进行了试验和施工。已成功应用于已有建筑和新建工程的地基处理、深基坑地下工程的支档和护底、构造地下防水帷幕等。如今，高压喷射注浆法已列人我国现行的地基与基础工程施工及验收规范。起源与发展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。主要特征技术介绍概述：喷射流是利用高压巨能通过一定形状的喷嘴而产生的一束大能量且高度集中的连续脉动运动的浆液。喷射流切削、冲击、破坏土体结构，使水泥浆液与土颗粒置换、搅拌、混合，由于水泥浆的水化作用而凝结，在土层中固结成水泥一土固结体，从而使地基得到加固和封水。适用范围：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。对于硬粘性土、含较多的块石或大量植物根茎的地基，因喷射流可能受到阻挡或削弱，切削范围小或影响处理效果。基本原理技术介绍高压喷射注浆工艺类型对比类型介质有效长度喷射方式单管法水泥浆最短单轴双管法压缩空气、水泥浆适中同轴三管法高压水、压缩空气、低压水泥浆最长水与空气同轴高压喷射流构造水汽同轴喷射流构造注浆工艺及方式技术介绍a)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。技术介绍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。技术介绍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。技术介绍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。技术介绍旋喷注浆方式，喷嘴做圆周运动，按设计技术参数要求，喷嘴一边旋转，一边提升，固结体的形状是圆柱形的，称作旋喷桩。旋喷桩互相交圈，可形成一道连续的帷幕防渗墙，也可形成一块板用于封底防止底部隆起。定喷注浆方式，喷嘴在固定方向上，按设计的技术参数要求，一边喷射，一边提升，喷嘴按此运动轨迹形成板壁状固结体，称作定喷墙。每个钻孔形成的定喷墙按一定的角度折线交接，造成连续的地下定喷连续墙，作为防渗帷幕的工程使用。摆动喷射注浆方式，喷嘴以一定方向为轴心，按一定的角度左右摆动，根据设定的技术参数要求，一边喷射，一边提升，喷嘴按此运动轨迹形成哑铃状或扇形状固结体，摆喷的固结体可折线交接也可对接，用于防渗帷幕与补缺工程。技术介绍施工设计土质改良目的地质条件与环境高压喷射注浆方法的选定固结体尺寸的设定浆液类型与配方选定固体性能设定高压喷射注浆技术参数的设定设备与机具的选择固结体的布置浆液量计算浆液材料的计算现场喷射试验开挖采样或钻孔采样检查室内实验施工稳定性分析施工设计如果工程施工目的主要是为了封水帷幕，侧压力较小，开挖界限距离帷幕封水墙较远或不开挖，在这种情况下，可以选择三重管高压定喷或定摆喷，折线交接造成地下防水连续墙，如水利坝基地下防渗墙。帷幕防水墙距建筑物较近，侧压力较大，或高喷注浆后需要开挖，在这种情况下，应选择高压旋喷注浆。旋喷桩互相交圈，一排或多排旋喷桩组成帷幕地下连续墙，以至于采用钢筋混凝土桩与旋喷桩复合结构。土质改良目的工程性质与施工目的是高压喷射注浆施工设计时首先要考虑的基本要素。该工程是为了加固，还是为了封水，还是加固与封水同时兼顾，注浆后是否要开挖。这些因素是施工设计的基本资料之一。此外，施工场地的地形地貌，建筑物分布情况，地下管线等隐蔽物的坐标、埋藏深度等都是高压喷射注浆法施工设计的调查内容。1)土质改良目的：2)设计前的调查准备：a)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。施工设计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)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。3)固结体的尺寸施工设计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)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。4)固结体的强度竖向承载水泥搅拌桩复合地基承载力特征值：SkPaSPkfmARmf1：复合地基容许承载力特征值(kPa)skfmSPkfaRpA用旋喷桩处理的地基，应按复合地基设计。旋喷桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按公式计算或结合当地情况与其土质相似工程的经验确定。：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（m2）5）承载力计算施工设计单桩容许承载力：：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(m2)：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0.4-0.6pcuaAfRppisipaqAlquRaPcufpApusiqilpq单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定。也可从下两式中取小值：施工设计6）地基变形计算旋喷桩的沉降计算应为桩长范围内复合土层以及下卧层地基变形值之和，计算时应按国家标准建筑地基基础设计规范的有关规定进行计算。施工设计epppesAAEAAEiE)-(sEsi——旋喷桩复合土层压缩模量kPaEs—桩间土的压缩模量，可用天然地基土的压缩模量代替kPa；Ep—桩体的压缩模量，可采用测定混凝土割线模量的方法确定kPa基础和桩之间设置200-300mm褥垫层。6)垫层7)布孔形式及孔距加固地基：正方形、矩形或梅花形布置，孔距一般为旋喷桩径的3-4倍。防渗堵水工程：多采用定喷、摆喷，地层含的粒径较粗时多采用摆喷或旋喷。对处理深度大于20m的复杂地层最好按双排或三排布孔，使旋喷桩形成堵水帷幕。孔距应为1.73R(R为旋喷固结体半径)，排距1.5R时最经济。一般定喷、摆喷孔距为1.2～2.5m，旋喷为0.8～1.2m。防渗效果一般可达10-5～10-6cm/s。施工设计(a)单喷咀单墙首尾连挂；(b)双喷咀单墙前后对接；(c)双喷咀单墙折线连接；(d)双喷咀双墙折线连接；(e)双喷咀夹角单墙连接；(f)单喷咀扇形单墙首尾连接；(e)双喷咀扇形单墙前后对接；(h)双喷咀扇形单墙折线连接。施工设计施工设计8）注浆材料应具备良好的可注性，固结后应有一定的强度、抗渗性、稳定性、耐久性和收缩小的特点，浆液应无毒。注浆材料可采用改性水玻璃浆，普通水泥单液浆，水泥-水玻璃双液浆、超细水泥四种注浆材料。施工设计最常使用的材料是泥浆。一般使用425号普通硅酸盐水泥或425号矿渣硅酸盐水泥。在特殊情况下，在水泥浆中掺加水泥质量30%的粉煤灰。有时在水泥浆中添加水泥质量0.OS%的三乙醇胺和0.5%的氯化钠作复合早强剂。水泥浆的浓度：一般情况下使用水灰比为1，特别软弱地层中，高喷注浆加固后需开挖，应提高加固强度，使用水泥浆的水灰比为0.7一0.8。K2：未旋喷范围土的填充率,0.5-0.75H2：未旋喷长度，m；：损失系数,取5％。H：喷射长度(m)q：单位时间喷射量(m3/min)v：提升速度（m/min)Q：需要用的浆量(m3)De：旋喷体直径(m)Do：注浆管直径(m)K1：填充率,0.75-0.9h1：旋喷长度(m)浆量计算方法有体积法和喷量法两种。取其大者作为设计喷射浆量。2220112414hKDhKDQe9）注浆材料及浆量计算)1(HqvQ体积法计算喷量法计算施工设计根据喷射工艺要求,浆液应具备以下特性。(1)良好的可喷性。目前,国内基本上采用以水泥浆为主剂,掺入少量外加剂的喷射方法。水灰比一般采用1∶1到1.5∶1就能保证较好的喷射效果。(2)足够的稳定性。浆液的稳定性好坏直接影响到固结体质量。以水泥浆液为例,其稳定性好系指浆液在初凝前析水率小、水泥的沉降速度慢、分散性好以及浆液混合后经高压喷射而不改变其物理化学性质。掺入少量外加剂能明显地提高浆液的稳定性,常用的外加剂有膨润土、纯碱、三乙醇胺等。浆液的稳定性可用浆液的析水率来评定。(3)气泡少。若浆液带有大量的气泡,则固结体硬化后就会有许多气孔,从而降低喷射固结体的密度,导致固结体强度及抗渗性能降低。(4)调剂浆液的胶凝时间。胶凝时间是指从浆液开始配置起,到土体混合后逐渐失去其流动性为止的这段时间。胶凝时间由浆液的配方、外加剂的掺量、水灰比和外界温度而定。一般从几分钟到几小时,可根据施工工艺及注浆设备来选择合适的胶凝时间。(5)良好的力学性能。浆材的品种、浆液的浓度、配比和外加剂等直接影响加固体的抗压强度。因此,应选择力学性能优良的浆材品种等。(6)无毒、无臭。浆液对环境不污染及对人体无害,凝胶体为不溶和非易燃、易爆物。浆液对注浆设备、管路无腐蚀性并容易清洗。(7)结石率高。固化后的固结体有一定粘结性,能牢固地与土粒相粘结。要求固结体耐久性好,能长期耐酸、碱、盐及生物细菌等腐蚀,并且不受温度、湿度的影响。施工设计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）抗渗型序号外加剂成分及百分比浆液特性1氯化钙2～4促凝、早强、可灌性好2铝酸钠2促凝、强度增长慢，稠度大3水玻璃2初凝快、终凝时间长、成本低4三乙醇胺0.03～0.05食盐1有早强作用5三乙醇胺0.03～0.05食盐1钙2～4促凝、早强、可喷性好6氯化钠（或水玻璃）2“NNO”0.5促凝、早强、强度高、浆液稳定性好7氯化钠1亚