单管双喷嘴交替喷射高压旋喷注浆技术.doc

单管双喷嘴交替喷射高压旋喷注浆 五邑大学邓子胜 广东省第七建筑工程公司谭树光杨永生 摘要：通过改进普通单管高压旋喷注浆法的喷头设计，实现了在不起钻的情况下实施两种介质分别于不同孔径喷嘴的交替喷射，以获得各介质的理想射流，达到扩大桩径，提高工效的目的。介绍了其喷头的设计及工作原理、现场施工工艺和效果。 关键词：单管双喷喷头交替喷射高压旋喷注浆高压旋喷注浆法自20世纪60年代末在日本出现以来，先后出现了单管法、二重管法、三重管法和多重管法等多种高压喷射注浆法。单管法因其施工设备和工艺简单、成本低而获得广泛应用，但其加固体直径较小(0.30.8 m)。为了扩大单管旋喷桩的直径，可采取先用高压清水射流造孔，然后再用高压水泥浆液射流搅拌的施工工艺。由于不同的喷射介质对喷嘴孔径的要求不同，为了分别获得上述两种介质的理想射流，我们在工程中曾采用1.52.5 mm孔径喷嘴喷射高压清水和45 mm孔径喷嘴喷射高压水泥浆液，即先用1.52.5 mm孔径喷嘴喷射高压清水造孔至设计深度后，把喷头提上地面，改换45 mm孔径喷嘴，再把喷头下到原孔深喷射高压水泥浆液搅拌成桩。这种施工工艺虽然可扩大搅拌桩的直径(可达1.0 m以上)，但它费工费时，劳动强度大，设备机具磨损严重，大大增加了生产成本。为了克服上述缺点，我们成功地改进设计了不起钻实施水、浆两种介质分别于不同喷嘴交替喷射的单管双喷喷头，并在工程实践中摸索和完善了其施工工艺。2单管双喷喷头的设计和试验 2.1单管双喷喷头的结构如图1所示，单管双喷喷头主要由上接手、下接手、活塞、上喷嘴、下喷嘴、密封环及合金片构成，此外还配有附件-钢球。上、下接手外侧各设有一个喷嘴座。喷嘴的外形规格尺寸一致，内部结构和孔径根据射流理论按喷射介质的要求设计。活塞外壁开有环形凹槽，内腔直径与注浆管内径相同，内腔底部设有钢球座。上、下接手之间及喷嘴与喷嘴座之间均以丝扣连接，整个喷头与钻杆(兼注浆管)也以丝扣连接，装卸十分方便。图1单管双喷喷头结构示意图1-上接手；2-活塞；3-密封环；4-下接手；5-上喷嘴；6-下喷嘴 2.2单管双喷喷头的工作原理当活塞处于图1的位置时，注浆管、活塞内腔及下喷嘴相通，而上喷嘴被活塞封住。此时，可喷射高压清水。活塞自重及其内腔与水流之间向下的作用力由密封环与上、下接手内壁之间的摩阻力来平衡。此外，活塞底部还受到下接手内腔里高压水的反冲作用，保持活塞不致于下落。密封环的作用除了产生较大的摩阻力外，还防止了高压水沿活塞外壁与接手内腔之间的缝隙向上窜流。当高压清水射流造孔至设计深度后，沿钻杆芯投入钢球，钢球沉落到活塞底部的钢球座上封住水的出路，活塞内腔压力骤然升高，迫使活塞下落而封住下喷嘴，此时上喷嘴开通，从而可喷射高压水泥浆液。 2.3单管双喷喷头的地面试验将按上述设计意图试制的单管双喷喷头安装到旋喷机上，在地面作喷射高压清水试验。泵压由初始值逐渐加大到22MPa时，下喷嘴射流由弱到强，射流质量理想，上喷嘴没有漏水。为模拟现场施工时的机具振动，人为地用2磅重手锤连续敲击喷头，上喷嘴仍没有漏水。停止喷射，投下钢球后，再开通高压水，上喷嘴立即形成射流，而下喷嘴射流消失，且无渗漏。反复试验的结果表明，该单管双喷喷头符合设计要求，能够满足不起钻在地下实施两种介质的交替喷射。3注浆施工工艺单管双喷嘴交替喷射高压旋喷注浆技术与普通单管高压旋喷注浆法的施工工艺基本相同，主要区别在于喷嘴的安装方法及以投放钢球代替起钻更换喷嘴。 3.1喷嘴的安装方法将密封环卡入活塞外壁的环形凹槽后，用力把它们压入上接手内腔，直至活塞上端顶住上接手内腔顶部；然后将下接手拧紧在上接手的丝扣内，此时可观察到上喷嘴座的小孔被活塞封住，而下喷嘴座小孔畅通；再把上、下喷嘴拧紧在上、下喷嘴座里，喷头即成为一个整体。最后把喷头拧入钻杆即可。 3.2钢球的投设当用高压清水旋喷造孔至设计深度后，关闭高压泵，卸开地面上的钻杆。由杆芯投入钢球，然后上回钻杆并开动高压泵，高压水即把钢球冲到活塞底部的钢球座上封住水的出路。活塞下落而开通上喷嘴，继续喷射高压水清洗上喷嘴23 min后，即可改喷高压水泥浆液。4现场应用效果从1996年4月起，应用单管双喷嘴交替喷射高压旋喷注浆技术分别在江门、深圳、中山、广州和东莞等地完成了软基加固工程用旋喷桩共计6 000余延m；完成了深基坑止水桩共计4 000余延m。每个喷头平均可完成约1 360 m的旋喷量，喷头成本平摊仅为0.28元/m。采用普通单管高压旋喷注浆法平均每台班最多只能完成30 m旋喷桩的施工量，而采用单管双喷嘴交替喷射高压旋喷注浆技术平均每台班可完成50多m，台班生产率提高约40%。而且操作简便，可大大减轻工人的劳动强度，具有十分显著的社会经济效益。5旋喷桩质量检验旋喷桩主要用于加固软弱地基和防渗止水。对于地基加固用旋喷桩，可通过钻孔取芯、静载试验和开挖桩头检验。对深圳、中山等地的地基加固工程旋喷桩的检验结果显示：岩芯连续，结石体的整体性、均匀性良好；结石体强度、桩的深度和桩的承载能力均满足或超过设计要求；开挖桩头可观察到旋喷桩痕迹清晰，结石程度好，桩径达1.0 m以上，均大于设计值。对于止水桩，