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1、单管旋喷法通过单根管路,利用高压浆液(20~30MPa),喷射冲切破坏土体,成桩直径为40~50cm。
其加固质量好,施工速度快和成本低,但固结体直径较小。
2、二管旋喷法在单管法的基础上又加以压缩空气,并使用双通道的二重灌浆管。
在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴,高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出,在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。
在土体中形成直径明显增加的柱状固结体,达80~150cm。
3、三管旋喷法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。
高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体,在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流,进行水、气同轴喷射,可以减少水射流与周围介质的摩擦,避免水射流过早雾化,增强水射流的切割能力。
喷嘴边旋转喷射,边提升,在地基中形成较大的负压区,携带同时压入的浆液充填空隙,就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体,起到加固地基的作用。
(三)浆液材料
水泥是喷射灌浆的基本材料,水泥类浆液可分为以下几种类型。
1、普通型浆液一般采用普通硅酸盐水泥,不加任何外加剂,水灰比一般为0.8:
1~1.5:
1,固结体的抗压强度(28d)最大可达1.0~20MPa,适应于无特殊要求的工程。
2、速凝-早强型适于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程,需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。
掺入2%氯化钙的水泥-土的固结体的抗压强度为1.6MPa,掺入4%氯化钙后为2.4MPa。
3、高强型喷射固结体的平均抗压强度在20MPa以上。
可以选择高标号的水泥,或选择高效能的扩散剂和无机盐组成的复合配方等。
在水泥浆中掺入2~4%的水玻璃,其抗渗性有明显提高。
如工程以抗渗为目的,最好使用“柔性材料”。
可在水泥浆液中掺入10~50%的膨润土(占水泥重量的面分比)。
此时不宜使用矿渣水泥,如仅有抗渗要求而无抗冻要者,可使用火山灰水泥。
(四)高压喷射灌浆工艺
喷射范围应在现场通过试验确定。
高喷固结体的范围大小与土的种类和其密实程度有较密切的关系,不同的喷射种类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同。
定喷的喷射能量集中,喷射范围较大,参见表5-6。
表5-6高压喷射灌浆固结体的特性
固结体特性
喷灌方法
单管法
二管法
三管法
固结体有效直径(m)
粘性土
0
1.2±
0.2
1.4±
0.3
2.0±
10
0.8±
1.1±
1.5±
20
0.6±
1.0±
砂土
1.6±
2.5±
1.3±
1.8±
砾砂
单向定喷有效长度(m)
1.0~2.5
单桩垂直极限荷载(kN)
500~600
1000~1200
2000
单桩水平极限荷载(kN)
30~40
最大抗压强度(MPa)
砂土10~20,粘性土2~6,砾砂8~20
平均抗折强度/平均抗压强度
1/5~1/10
干土容重(kN/m3)
砂土16~20,粘性土14~15,黄土13~5
渗透系数(cm/s)
砂土、砂砾10-5~10-7,粘性土10-6~10-7
粘聚力(MPa)
砂土0.4~0.5,粘性土0.7~1.0
内摩擦角φ(o)
砂土30~40,粘性土20~30
标准贯入锤击数N
砂土30~50,粘性土20~30
弹性波(km/s)
P波
砂土2~3,粘性土1.5~2.0
S波
砂土1.0~1.5,粘性土0.8~1.0
旋喷粘性土固结强度为0.3~6.0MPa,无粘性土固结强度为4~15MPa。
对于防渗工程多采用定喷、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,使高喷桩形成堵水帷幕。
孔距应为1.73R(R为旋喷固结体半径),排距为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。
高喷防渗效果一般可达10-5~10-6cm/s。
高喷桩桩距应根据上部结构荷载、单桩承载力及土质情况而定。
一般取桩距为S=(3~4)d(d为旋喷桩直径),桩的布置方式可选用矩形或梅花形布置。
高喷灌浆施工钻孔的目的是将灌浆管插入预定的土层中,由下而上进行喷射作业。
近来也有用振冲方式成孔直接进行喷射作业的方法。
喷射时应注意以下事项:
(1)灌浆深度大时,易造成上粗下细的固结体,影响固结体的承载能力或抗渗作用,因而需采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施补救;
(2)当发现喷浆量不足而影响工程质量时,可采用复喷技术;
(3)当冒浆量大于灌浆量的20%时,可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施,对冒出的浆液,可回收利用;
(4)根据工程需要调节喷射压力和灌浆量,改变喷嘴移动方向和速度,控制喷射固结体的形状,即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。
(5)喷灌后的浆液有析水现象,可造成固结体顶部出现凹穴,对地基加固及防渗不利。
为此,可采用静压灌浆或浆液中添加膨胀材料等措施预防。
高压泵是高压喷射灌浆中的关键设备,要求压力和流量能
在一定的范围内调节。
额定流量为85~150L/min;
额定压力为20~50MPa。
表5-7高压喷射灌浆参数一览表
高喷灌浆种类
适用土质
砂土、粘性土、黄土、杂填土、小粒径砂砾
浆液材料及配方
以水泥为主材,加入不同的外加剂后具有速凝、早强、抗腐蚀、防冻等特性,常用水灰比为1:
1,也可使用化学材料。
高喷灌浆参数
水
压力(MPa)
──
流量(L/min)
80~120
喷嘴孔径(mm)及个数
2~3(1~2)
空气
0.7
流量(m3/h)
1~2
喷嘴间隙(mm)及个数
1~2(1~2)
浆液
0.2~3
80~150
2~3
(2)
10~2(1或2)
灌浆管外径(mm)
φ42或φ45
φ42,φ50,φ75
φ75或φ90
提升速度(cm/min)
20~25
10~30
5~20
旋转速度(r/min)
约20
(五)高喷固结体的质量检测
1)开挖检验:
待浆液凝结具有一定的强度后,即可开挖检查固结体垂直度、形状和质量;
2)钻孔检查:
从固结体中钻取岩芯,进行室内物理力学性能试验。
在钻孔中做压水或抽水试验,测定其抗渗能力;
3)标准贯入试验:
在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。
4)载荷试验:
静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种。
试验时,需在受力部位浇筑0.2~0.3m厚的混凝土层;
5)围井试验:
在板墙一侧增加喷孔,与板墙形成封闭围井,在井中进行压水和抽水两种试验,或观测井内外水位,多用于防渗效果检查。
高压喷射灌浆加固地基技术主要适用于第四纪冲积层、残积层及人工填土等。
对于砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能加固。
但对砾石直径过大、含量过多及有大量纤维质的腐植土喷射质量稍差,有时甚至不如静压灌浆的效果。
对地下水流速过大,喷射的浆液无法在灌浆管周围凝结,无填充物的岩溶地段,永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基,均不宜采用高压喷射灌浆法。
(六)高压喷射灌浆的特点
高喷法具有成本较低,施工速度较快,固结体强度大,可靠性高等优点,与普通灌浆法相比又具有以下特点:
高喷法是利用高速水流强制性地破坏土体形成固结体,在覆盖层中一般不存在可灌性问题;
同时由于高速射流被限制在土体破碎范围内,因此浆液不易流失,能保证预期的加固范围和控制固结体的形状;
能在钻孔中任何一段内施工,也可以在孔底或中部喷射,此外,也可以水平方向喷射和倾斜方向喷射施工;
高喷法通常采用水泥浆液,不会造成环境和地下水的污染,且耐久性较好;
施工噪音较小,单管和二管法施工较简便。
二、深层搅拌法技术(水泥土加固法)
深层搅拌法是利用水泥作为固化剂,通过特别的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和水泥(浆液或粉体)强制搅拌后,水泥和软土将产生一系列物理—化学反应,使软土硬结改性。
改性后的软土强度大大高於天然强度,其压缩性,渗水性比天然软土大大降低。
软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理,是基于水泥加固土的物理化学反应过程。
减少了软土中的含水率,增加了颗粒之间的粘结力,增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。
在水泥加固土中,由於水泥的掺量较小,一般占被加固土重的10~15%。
水泥的水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行,所以硬化速度较慢且作用复杂。
(二)水泥土的主要特性
1、物理性质水泥土的容重与天然土的容重相近,但水泥土的比重比天然土的比重稍大。
2、无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压
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