高压旋喷桩复合地基

1、本节主要内容本节主要内容发展历史及现状定义及其种类工艺类型结构特性主要优点成桩加固机理适用范围高压喷射注浆法的发展历史高压喷射注浆法的发展历史日本中西涉博士日本中西涉博士创造新施工方法创造新施工方法中国引进喷射中国引进喷射注浆技术注浆技术中国自主研究工中国自主研究工法及设备、机具法及设备、机具广泛应用于各个广泛应用于各个建设领域，成为建设领域，成为我国地基处理最我国地基处理最常用的方法之一常用的方法之一2020世纪世纪6060年代年代末期末期2020世纪世纪7070年年代代2020世纪世纪8080年代年代19871987年以来年以来高压喷射注浆法高压喷射注浆法所谓高压喷射注浆即利用钻机把带有喷

2、嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以20MPa70 MPa的压力从喷嘴喷出射流(水、浆液或空气)冲击和破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与注入的浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列，在土体中形成固结体。”“旋转喷射（旋喷）定向喷射（定喷）摆动喷射（摆喷）高压喷射注浆法的分类高压喷射注浆法的分类010203定喷摆喷喷嘴一边喷射一边旋转并提升，固结体呈圆柱状。旋喷应用定喷摆喷喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向始终固定不变，固结体呈板状或壁状

3、。旋喷应用定喷摆喷喷嘴一边喷射一边提升，喷射的方向呈较小角度来回摆动，固结体呈较厚墙状或扇状。旋喷应用定喷摆喷旋喷主要用于地基加固，提高地基的承载力，改善土的变形性质；也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流沙。定喷和摆喷通常用于基础防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。 旋喷应用高压旋喷法的工艺类型高压旋喷法的工艺类型单管法（单管法（CCPCCP工法）工法）A二重管法（二重管法（JGSJGS工法）工法）B三重管法（三重管法（CJGCJG工法）工法）C多重管法（多重管法（SSS-MANSSS-MAN工法）工法）D二重管法三重管法利用高压泥浆泵等装置，以20MPa30MPa的压力，将浆

4、液从喷嘴中喷射出去，冲击破坏土体，同时借助注浆管的提升和旋转，使浆液与崩落下来的土混合搅拌，经过一定时间的凝固，在土中形成圆柱状的固结体。单管法形成的固结体直径较小。单管法多重管法二重管法三重管法使用同轴二重注浆管同时输送两种介质，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射高压浆液(20MPa30MPa)和空气(0.7MPa0.8MPa)两种介质，在高压浆液流和它外围环绕气流的共同作用下冲击破坏土体，破坏土体的能量显著增大。固结体的直径比单管法有明显增加。单管法多重管法二重管法三重管法三重管法使用分别输送气、水、浆三种介质的三重注浆管，在压力 20MPa 50MPa 的高压或超高压水射流的周

5、围环绕 0.7MPa 左右的圆筒状气流，利用高压水气同轴喷射流冲切土体，形成较大的空隙，另由泥浆泵注入压力为 2MPa5MPa 的浆液充填。当采用不同的喷射方式时，可形成各种形状的凝固体。单管法多重管法二重管法三重管法多重管法是先在地面钻一个导孔，然后置入多重管，用旋转超高压水射流(压力约40MPa)切削破坏四周土体，冲击下来的土和石随着泥浆用真空泵从多重管中抽出。如此反复冲抽，在土体中形成一个较大的空间。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料充填。固结体的旋喷直径一般达2.0m4.0m，并可做到智能化管理。单管法多重管法旋喷时,高压喷射流

6、是水泥浆液,边旋转边以一定的速度缓慢提升,被切削下来的一部分细小土粒被浆液置换发生升扬置换作用,随着液流以泥浆的形式被带到地面（称为冒浆）。其余的土颗粒在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下,在横断面上按质量大小有规律地重新排列并与浆液搅拌混合形成一种新型的水泥土网络结构。随着喷射流在终了区域失去了冲切力,四周的土体未被切削下来,不能与浆液发生混合搅拌,但它仍有挤压力,对周围土体有挤密压缩作用。高压旋喷桩的成桩机理高压旋喷桩的成桩机理对于砂类土来说,浆液还可渗透到压缩层外一定的厚度,形成渗透层。所形成的旋喷体经过一定时间后便凝固成强度较高、渗透系数较小的固结体。由于旋喷体不是等颗粒的单体结构,

7、固结体不太均匀,通常中心的强度低,边缘部分强度高。高压旋喷桩的成桩机理高压旋喷桩的成桩机理在纵断面上,当地层呈多层分布时,各层土颗粒的质量不均,其中质量大的土粒,在固化之前,受重力作用而下沉,部分小土粒会上浮,作垂直交换。若上部土层为砂砾,下部为黏土,旋喷后,黏性土部位的旋喷桩不是土一浆混合体而是砂一土和浆的混合物。因此,无论横断面还是纵断面上,固结体各部分的水泥含量和强度都不相同。高压旋喷桩的成桩机理高压旋喷桩的成桩机理(1)(1)高压喷射流切割破坏土体的作用高压喷射流切割破坏土体的作用喷射动压以脉冲形式冲击土体,使土体结构破坏出现空洞。(2)(2)置换作用置换作用高压喷射流边旋转边以一定的

8、速度缓慢提升,被切削下来的一部分细小土粒被浆液置换发生升扬作用。(3)(3)混合搅拌作用混合搅拌作用钻杆在旋转和提升的过程中,在射流后面形成空隙,在喷射压力作用下,迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动,与浆液搅拌混合后形成固结体。(4)(4)充填、渗透固结作用充填、渗透固结作用高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙后,析水固结。(5)(5)压密作用压密作用高压喷射流在切割破碎土体的过程中,在破碎带边缘还有剩余压力,这种压力对土层产生一定的压密作用,使高压旋喷桩桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。高压旋喷桩的成桩机理高压旋喷桩的成桩机理(1)(1)直径大直径大 (2)(2)固结体形状

9、不同固结体形状不同 旋喷固结体的形状随土质的不同而不同，在均质土中，旋喷的圆柱体比较匀称，在非均质或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不匀称，甚至在圆柱体旁长出翼片。 (3)(3)固结体重量轻固结体重量轻 旋喷固结体内部的土粒较少并含有一定量的气泡，因此结体的重量轻于或接近于原状土的密度。(4)(4)透气透水性差透气透水性差 高压旋喷固结体的渗透参数可达10-6cm/s或更小，具有很好的止水防渗性。 (5)(5)固结体强度高但不均匀固结体强度高但不均匀 高压旋喷固结体由于喷射流的作用，使土体中土粒重新排列，一般外侧土颗粒直径大些，数量也多些，浆液成分多，因此，在横断面上，中心强度低，外侧强度高。(6)(

10、6)单桩承载力高单桩承载力高 高压旋喷固结体具有较高的强度，且外形凸凹不平，因此有较大的承载力。高压旋喷桩的固结体特性高压旋喷桩的固结体特性当基础承受垂直荷载时,土的模量大,桩比土的变形小,由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层,桩可以向上刺入,伴随这一变化过程,垫层材料不断调整补充到桩间土上,以保证在任一荷载作用下桩和桩间土都始终参与工作。复合地基的桩土受力特性复合地基的桩土受力特性桩周土摩阻力的分析桩周土摩阻力的分析特点：1.当荷载较小时,摩阻力随荷载的增加而增加,当荷载达到某一数值后,则摩阻力不再随荷载增大,而趋于一个常数,这段桩身在孔壁中滑动一样。2.沿着桩长,桩壁与桩周土之间的摩阻力,由

11、上到下逐级发挥出来。当第一段桩周的摩阻力趋于一个常数后,第二段的摩阻力便急剧增加,彼此循环,桩周土逐步参与工作,最后才将外力传到桩底,摩阻力的作用呈阶梯状发挥。桩周土摩阻力的分析桩周土摩阻力的分析成因：高压旋喷桩桩壁与桩周土的接触方式与其他方法所成的桩不同,它在成桩过程中,高压水流边旋转切割土体边向上提升,因此它的形状像“葫芦状”,每隔一段距离(5080cm)桩径便由小到大,使桩壁分段嵌入桩周土中。因此所成的桩在荷载作用下发生沉降时,在沉降过程中所产生的摩阻力远大于仅靠“摩擦”所产生的阻力,所以它的摩阻力要比一般桩基大的多。另外,由于它的“葫芦状”,因此使它的摩阻力形成了阶梯性的作用方式。桩周

12、土摩阻力的分析桩周土摩阻力的分析桩周土摩阻力的分析桩周土摩阻力的分析单管旋喷注浆二重管旋喷注浆三重管旋喷注浆1.因旋喷桩的存在,使得软弱土层在荷载作用下由原来的无侧限状态转变为有一定边界条件的应力状态,由于旋喷桩对周围土体的挤压、扰动,即使桩间土中出现了超孔隙水压力,土体强度暂时有所降低,但复合地基施工完成后,随着超孔隙水压力的消散,桩间土的有效应力增大,从而提高了桩间土的强度;2.由于旋喷桩在设置过程中对周围土体有一定的挤密压实作用,即桩的侧摩阻力,也使得桩周围的软弱土层承载力提高。高压旋喷桩复合地基的加固机理高压旋喷桩复合地基的加固机理高压旋喷注浆法适用土质广泛。由于高压喷射注浆法固结体高

13、压旋喷注浆法适用土质广泛。由于高压喷射注浆法固结体的存在使地基土的质量明显提高，它即可用于新建工程地基的存在使地基土的质量明显提高，它即可用于新建工程地基加固，又可用于竣工后的托换工程，可以不损坏建筑物上部加固，又可用于竣工后的托换工程，可以不损坏建筑物上部结构，且能使已有建筑物在施工时正常使用。结构，且能使已有建筑物在施工时正常使用。 适用范围广1 1高压喷射注浆设备轻便、机动性大，操作简单，并可在狭窄高压喷射注浆设备轻便、机动性大，操作简单，并可在狭窄和低矮的空间内施工。喷射注浆施工质量容易控制，在施工和低矮的空间内施工。喷射注浆施工质量容易控制，在施工过程中，通过对喷射压力、冒浆量等情况

14、的观测，即可了解过程中，通过对喷射压力、冒浆量等情况的观测，即可了解旋喷桩的加固效果，以便及时调整施工参数，保证施工质量。旋喷桩的加固效果，以便及时调整施工参数，保证施工质量。施工简便灵活安全2 2压喷射固结体可根据工程的需要调整喷射速度、旋转角度压喷射固结体可根据工程的需要调整喷射速度、旋转角度和提升速度、增减喷射压力或变化喷嘴直径改变流量，改和提升速度、增减喷射压力或变化喷嘴直径改变流量，改变固结体形状。随喷射参数和方法的不同，固结体形状有变固结体形状。随喷射参数和方法的不同，固结体形状有均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状及扇形等。均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状及扇形等。

15、固结体形状可控制 3 3高压旋喷桩的主要优点高压旋喷桩的主要优点喷射注浆浆液材料主要以水泥为主，化学材料为辅，造价喷射注浆浆液材料主要以水泥为主，化学材料为辅，造价低廉、无公害、材料来源广泛。当地基土情况比较特殊时，低廉、无公害、材料来源广泛。当地基土情况比较特殊时，可根据具体情况在水泥中掺入适量外加剂，以达到加固效可根据具体情况在水泥中掺入适量外加剂，以达到加固效果。果。 浆材来源广泛4 4高压喷射固结体具有比重低，承载力大、渗透系数小等特性，高压喷射固结体具有比重低，承载力大、渗透系数小等特性，可以极大的改善原地基土强度。软弱地基加固时，在高压喷可以极大的改善原地基土强度。软弱地基加固时，

16、在高压喷射注浆的喷射流范围外，受喷射压力的作用，会出现多条水射注浆的喷射流范围外，受喷射压力的作用，会出现多条水泥翼板，加强了桩间土的固化，提高了桩间土的强度。泥翼板，加强了桩间土的固化，提高了桩间土的强度。固结体强度高5 5高压喷射注浆施工时机具震动小、噪声低，不会对周围高压喷射注浆施工时机具震动小、噪声低，不会对周围的建筑物带来影响及噪声公害。三重管施工中，冒出的的建筑物带来影响及噪声公害。三重管施工中，冒出的浆液可回收再利用，大量节约了水泥用量，并对环境无浆液可回收再利用，大量节约了水泥用量，并对环境无污染。污染。 无污染可回收6 6高压旋喷桩的主要优点高压旋喷桩的主要优点土质条件适用范围土质条件适用范围（1）高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土