软基处理方法高压旋喷高压喷射注浆ppt课件.ppt

高压旋喷 高压喷射注浆 高压旋喷是利用钻机把带有高压喷嘴的注浆管钻入地层预定位置 让浆液以高压射流的形式从喷嘴喷射出来 冲击破坏土体 同时钻杆以一定的速度逐渐提升 使浆液与土体颗粒搅拌混合 浆液凝固后 在地层中形成固结体 从而达到提高地基性能的目的 1 方法 单管法 浆液高压射流 20MPa 2 二重管法浆液高压射流 20MPa 压缩空气 0 7MPa 3 三重管法水高压射流 20MPa 浆液高压射流 5MPa 压缩空气 0 7MPa 4 使用范围主要适用于处理淤泥 粘性土 粉土 黄土 砂 碎石土人工填土 5 第三节设计计算 一 旋喷直径 二 地基承载力 三 地基变形 四 防渗 五 浆量 六 配方 6 旋喷直径 根据经验或者现场试验确定 影响旋喷直径因素 地层喷射压力喷嘴直径浆液性能施工工艺 7 防渗 在防渗工程中 一般按三排或双排标准桩 在这种情况下 孔距为1 73R0 R0为旋喷设计半径 排距为1 5R0时最经济 每一排桩之间的交圈厚度e可以按下式计算 e 旋喷桩的交圈厚度 m L 旋喷桩孔位间距 m 8 浆量 体积法 Q 需要的浆量 m3 De 旋喷体直径 m D0 注浆管直径 m K1 充填率 取0 75 0 9 h1 旋喷桩长度 m h2 未喷长度 m K2 未喷范围土的充填率 取0 5 0 75 损失系数 取0 1 0 2 工艺法 提升速度 m3 min H 喷射长度 m q 单位时间喷浆量 m3 min 9 配方 良好的可喷性 足够的稳定性 气泡少 凝固时间可调范围宽 良好的力学性能 安全无污染 结石率高 10 深层搅拌 利用水泥 或石灰 等材料作为固化剂 通过搅拌机械 在地层深处就地将软土和固化剂 浆液或者粉体 搅拌 由固化剂和软土之间的物理 化学反应 使软土固结 从而提高地基的性能 深层搅拌法 CDM CementDeepMixture 11 特点 1 固化剂与软土就地搅拌 地基土层利用率高 2 对周围建筑物影响小 3 施工噪音小 4 加固后的土体重度变化小 对下部地层的附加应力小 5 加固桩形状可以多样 柱状 壁状 格栅状和块状等 深层搅拌 12 适用范围 1 建筑物地基 高填方路基 2 码头施工 深基坑开挖支护 3 防渗围幕 13 第二节加固机理 一 水泥水解与水化水泥中含有硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙以及硫酸钙的水泥矿物 水泥水解与水化产生时 生成氢氧化钙 含水硅酸钙 含水铝酸钙以及含水铁酸钙等硬化矿物 二 粘土与水泥的作用1 离子交换与团粒化作用 2 硬凝反应 生成不溶于水的稳定化合物 SiO2 Ca OH 2 nH2O CaO SiO2 n 1 H2O Al2O3 Ca OH 2 nH2O CaO Al2O3 n 1 H2O 三 碳酸化作用水泥中游离出的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O 14 设计计算 柱状加固地基 单桩竖向承载力设计计算按照以下两式计算 取小值 桩土间平均摩擦力 kPa Up 桩周长 m l 桩长 m qp 桩端天然地基土承载力标准值 kPa 桩端天然地基土承载力折减系数 0 4 0 6 单桩竖向承载力标准值 kN Ap 桩的截面积 m2 强度折减系数 0 35 0 5 fcu k 与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块 边长70 7mm的立方体 的90天龄期无侧限抗压强度 kPa 15 fsp k 复合地基承载力标准值 kPa m 面积置换率 fs k 桩间天然地基土承载力标准值 kPa 桩间天然地基土承载力折减系数 0 1 1 0 复合地基设计计算 复合地基承载力标准值 16 置换率m和总桩数n可以按下式求得 A 地基被加固面积 m2 fsp k 复合地基承载力标准值 kPa m 面积置换率 fs k 桩间天然地基土承载力标准值 kPa 桩间天然地基土承载力折减系数 0 1 1 0 单桩竖向承载力标准值 kN Ap 桩的截面积 m2 17 5 7高压喷射注浆法 5 7 1高压喷射注浆法概况 5 7 2高压喷射注浆法概念及适用性 5 7 6设计要点 5 7 3高压喷射注浆法的分类 5 7 4高压喷射注浆法的特征 5 7 5加固机理 18 5 7高压喷射注浆法 5 7 1高压喷射注浆法概况高压喷射注浆法在20世纪60年代末期创始于日本 它是将高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出 形成喷射流 以此切削土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法 我国于1975年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用 1977年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功 1986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺 干喷法 19 经过多年的实践和发展 高压喷射注浆法已成为我国常用的一种施工方法 这种地基处理方法已分别列入我国两个标准 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2002 和 建筑地基处理技术规范 JGJ79 1999 中 20 1 概念它是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后 以20MPa左右的高压将加固用浆液 一般为水泥浆 从喷嘴喷射出冲击土层 土层在高压喷射流的冲击力 离心力和重力等作用下 与浆液搅拌混合 浆液凝固后 便在土中形成一个固结体 5 7 2高压喷射注浆法概念及适用性 21 2 适用性 高压喷射注浆法适用于砂类土 粘性土 湿陷性黄土 淤泥和人工填土等多种土类 加固直径 厚度 为0 5m 1 5m 固结体抗压强度 325号水泥三个月龄期 加固软土为 5 10 MPa 加固砂类土为 10 20 MPa 对于砾石粒径过大 含腐殖质过多的土加固效果较差 对地下水流较大 对水泥有严重腐蚀的地基土也不宜采用 22 5 7 3高压喷射注浆法的分类 1 根据喷射流的移动方式 高压喷射注浆法可分为旋转喷射 简称旋喷 定向喷射 简称定喷 和摆动喷射 简称摆喷 三种类别 高压喷射注浆法所形成的加固体形状与喷射流的移动方式有关 旋喷法施工时 喷嘴一边喷射一边提升并旋转 加固体呈圆柱状或圆盘状 定喷法施工时 喷嘴一边喷射一边提升 喷射的方向固定不变 加固体呈板状或壁状 摆喷法施工时 喷嘴一边喷射一边提升 喷射的方向呈较小角度来回摆动 加固体呈较厚墙状 23 24 2 根据注浆管的类型 高压喷射注浆法又可分为单管法 双管法 三管法和多管法等四种施工方法 单管法的特点是用单层注浆管喷射 只喷射水泥浆液一种介质 由于喷射流在土中衰减快 破碎土的射程较短 成桩直径较小 一般为0 3 0 8m 双管法的特点是用双层注浆管喷射 喷射高压水泥浆液和压缩空气 或喷射高压水泥浆液和高压水两种介质 成桩直径1 0m左右 25 多管法的特点是用多重管喷射 喷射超高压力水射流 切削破坏四周的土体 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中抽出 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 最后根据工程要求选用浆液 砂浆 砾石等材料进行填充 成桩直径可达4m 三管法的特点是用三层注浆管喷射 喷射高压水流与气流复合喷射流 喷射高压水 压缩空气及高压水泥浆液三种介质由于高压水流和气流的作用 使地基中一部分土粒随着水 气排出地面 高压水泥浆流随之填充空隙 成桩直径较大 一般有1 0 2 0m 但成桩强度较低 26 5 7 4高压喷射注浆法的特征 1 适用范围较广 可用于既有建筑和新建建筑的地基加固 深基坑 地铁等工程的土层加固或防水 2 适用土层较多 适用范围从淤泥 淤泥质土到碎石土 均有良好的加固效果 3 施工简便灵活 设备较简单 轻便 机械化程度高 全套设备紧凑 体积小 机动性强 占地少 能在狭窄场地施工 操作容易 管理方便 速度快 效率高 用途广泛 成本低 4 可控制加固体的形状和加固范围 5 耐久性好 可用于永久性工程中 6 环保效果好 用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体 施工噪声低 振动小 27 1 加固机理 1 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 为了取得更大的破坏力 需要增加平均流速 也就是需要增加旋喷压力 一般要求高压脉冲泵的工作压力在20MPa以上 这样就使射流象刚体一样 冲击破坏土体 使土与浆液搅拌混合 凝固成圆柱状的固结体 5 7 5加固机理及其性质 28 喷射流在终期区域 能量衰减很大 不能直接冲击土体使土颗粒剥落 但能对有效射程的边界土产生挤压力 对四周土有压密作用 并使部分浆液进入土粒之间的空隙里 使固结体与四周土紧密相依 不产生脱离现象 2 水泥与土的固结机理水泥与水拌合后 首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙 它们可溶于水中 但溶解度不高 很快就达到饱和 这种化学反应连续不断地进行 就析出一种胶质物体 这种胶质物体有一部分混在水中悬浮 后来就包围在水泥微粒的表面 形成一层胶凝薄膜 所生成的硅酸二钙水化物几乎不溶于水 只能以无定形体的胶质包围在水泥微粒的表层 另 29 一部分渗入水中 由水泥各种成分所生成的胶凝膜 逐渐发展起来成为胶凝体 此时表现为水泥的初凝状态 开始有胶粘的性质 此后 水泥各成分在不缺水 不干涸的情况下 继续不断地按上述水化程序发展 增强和扩大 30 加固机理 就地形成 混合浆液 水泥浆 粉 饱和软土 团粒结构 二氧化硅 土 铝 硅 酸钙盐结晶化合物 致密 充分搅拌 水硬性胶凝材料 与周围土体反应 自身水泥石骨架 胶凝颗粒悬浮液 水泥土 未被粉碎的大小土团 水稳定性整体性一定强度 31 2 影响水泥土强度的主要因素 水泥系深层搅拌法所形成的固化土称为水泥土 水泥加固土 影响水泥土强度的主要因素有 1 水泥掺入比 水泥土的无侧限抗压强度随水泥掺入比的增大而增大 当aw 5 时 由于水泥与土的固化反应过弱 对于提高地基土的强度效果不明显 工程上常用的aw约为7 25 32 水泥土的强度增长率在不同的掺入量区域 不同的龄期时段内是不相同的 而且原状土不同 水泥土的强度增长率也不同 33 2 龄期水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大 其强度增长规律不同于混凝土 一般在T 28d后强度仍有较大增长 直到90d后其强度增长率逐渐变缓 所以 以龄期90天作为标准强度 34 3 地基土的含水量当水泥掺入比相同时 水泥土的无侧限抗压强度随着含水量的降低而增大 含水量的降低使水泥土的密实性得到增强 从而提高了强度 4 水泥标号水泥土的强度随水泥标号的提高而增大 在水泥掺入比相同的条件下 水泥标号每提高100号 水泥土的无侧限抗压强度约增大20 30 35 5 添加剂不同的添加剂对水泥土强度有着不同的影响 选用合适的添加剂可以提高水泥土强度或节省水泥用量 在水泥系深层搅拌法中 常选用木质素磺酸钙 石膏和三乙醇胺等添加剂 添加剂对水泥土强度的影响程度可通过试验来确定 36 6 土中的有机质含量由于有机质使土壤具有较大的水容量和塑性 较大的膨胀性和低渗透性 并使土壤具有酸性 这些因素都会阻碍水泥水化反应的进行 影响水泥土的固化 从而降低水泥土的强度 因此 有机质含量的增高将会明显地降低水泥土的强度 37 38 5 7 6设计要点 1 加固体强度和范围高压喷射注浆形成的加固体强度和范围 应通过现场试验