起底高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)(圖文)
高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)相似，其主要差別在于采用不同的加料拌和手段,。
一,、高壓噴射灌漿技術(shù)
高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過(guò)安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周?chē)馏w高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液)，同時(shí)鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升,，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，并強(qiáng)制與固化漿液混合,，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體,。
固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴),，定向噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)定噴)和擺動(dòng)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)擺噴),。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度,，改善地基土的變形性能,，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過(guò)大的變形,。定噴固結(jié)體呈壁狀,，擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體。定噴和擺噴通常用于地基防滲,，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程,。
（一）加固機(jī)理
高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動(dòng)土體，同時(shí)用低壓灌漿泵灌入漿液,，漿液被高壓水,、氣射流卷吸帶入，同時(shí)與被攪動(dòng)土體混合形成固結(jié)體,。加固地基，形成樁,、板,、墻的機(jī)理可用五種作用來(lái)說(shuō)明：
1.高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞,。
2.混合攪拌作用 鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過(guò)程中,，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下,，迫使土粒向與噴嘴移動(dòng)相反的方向(即阻力小的方向)移動(dòng),，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。
3.置換作用 三重管高噴法又稱(chēng)置換法,，高速水射流切割土體的同時(shí),，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔,，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入。
4.充填,、滲透固結(jié)作用 高壓漿液充填沖開(kāi)的和原有的土體空隙,，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體,。
5.壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過(guò)程中,，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用,，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分,。
（二）基本種類(lèi)
按噴射介質(zhì)及其管路多少可分為單管法、二管法,、三管法等,，見(jiàn)圖5－7。
圖5－7 高壓噴射灌漿示意圖
1.單管旋噴法 通過(guò)單根管路,，利用高壓漿液（20～30MPa）,，噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm,。其加固質(zhì)量好,，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小,。
2.二管旋噴法 在單管法的基礎(chǔ)上又加以壓縮空氣,，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴,，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速?lài)姵?，在射流的外圍加?.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體,，達(dá)80～150cm,。
3.三管旋噴法 使用分別輸送水、氣,、漿三種介質(zhì)的三重灌漿管,。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周?chē)由蠄A筒狀的空氣射流,，進(jìn)行水,、氣同軸噴射，可以減少水射流與周?chē)橘|(zhì)的摩擦,，避免水射流過(guò)早霧化,，增強(qiáng)水射流的切割能力。噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射，邊提升,，在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū),，攜帶同時(shí)壓入的漿液充填空隙，就會(huì)在地基中形成直徑較大,、強(qiáng)度較高的固結(jié)體,，起到加固地基的作用。
（三）漿液材料
水泥是噴射灌漿的基本材料,，水泥類(lèi)漿液可分為以下幾種類(lèi)型,。
1.普通型漿液 一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑,，水灰比一般為0.8：1～1.5:1,，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度(28d)最大可達(dá)1.0～20MPa，適應(yīng)于無(wú)特殊要求的工程,。
2.速凝－早強(qiáng)型 適于地下水位較高或要求早期承擔(dān)荷載的工程,，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強(qiáng)劑,。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為1.6MPa,，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa。
3.高強(qiáng)型 噴射固結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度在20MPa以上,?？梢赃x擇高標(biāo)號(hào)的水泥，或選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 選擇高效能的擴(kuò)散劑和無(wú)機(jī)鹽組成的復(fù)合配方等,。
在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃,，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的,，最好使用“柔性材料”,。可在水泥漿液中摻入10～50%的膨潤(rùn)土(占水泥重量的面分比),。此時(shí)不宜使用礦渣水泥,，如僅有抗?jié)B要求而無(wú)抗凍要者，可使用火山灰水泥,。
（四）高壓噴射灌漿工藝
噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定,。高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類(lèi)和其密實(shí)程度有較密切的關(guān)系，不同的噴射種類(lèi)和噴射方式所形成的固結(jié)體大小也不相同,。定噴的噴射能量集中，噴射范圍較大,，參見(jiàn)表5－6,。
表5－6 高壓噴射灌漿固結(jié)體的特性
旋噴粘性土固結(jié)強(qiáng)度為0.3～6.0MPa，無(wú)粘性土固結(jié)強(qiáng)度為4～15MPa。
對(duì)于防滲工程多采用定噴,、擺噴,，地層含的粒徑較粗時(shí)多采用擺噴或旋噴。對(duì)處理深度大于20m的復(fù)雜地層最好按雙排或三排布孔,，使高噴樁形成堵水帷幕,。孔距應(yīng)為1.73R(R為旋噴固結(jié)體半徑),，排距為1.5R時(shí)最經(jīng)濟(jì),。一般定噴、擺噴孔距為1.2～2.5m,，旋噴為0.8～1.2m,。高噴防滲效果一般可達(dá)10-5～10-6cm/s。
高噴樁樁距應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載,、單樁承載力及土質(zhì)情況而定,。一般取樁距為S＝(3～4)d(d為旋噴樁直徑)，樁的布置方式可選用矩形或梅花形布置,。
高噴灌漿施工鉆孔的目的是將灌漿管插入預(yù)定的土層中,，由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)。近來(lái)也有用振沖方式成孔直接進(jìn)行噴射作業(yè)的方法,。噴射時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
（1）灌漿深度大時(shí),，易造成上粗下細(xì)的固結(jié)體，影響固結(jié)體的承載能力或抗?jié)B作用,，因而需采用增大壓力和流量或降低旋轉(zhuǎn)和提升速度等措施補(bǔ)救,；
（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴漿量不足而影響工程質(zhì)量時(shí)，可采用復(fù)噴技術(shù),；
（3）當(dāng)冒漿量大于灌漿量的20%時(shí),，可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑,、加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等措施,，對(duì)冒出的漿液，可回收利用,；
（4）根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)噴射壓力和灌漿量,，改變噴嘴移動(dòng)方向和速度，控制噴射固結(jié)體的形狀,，即圓盤(pán)狀,、圓柱狀、大底狀,、糖糊蘆狀,、大帽狀和墻壁狀,。
（5）噴灌后的漿液有析水現(xiàn)象，可造成固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴,，對(duì)地基加固及防滲不利,。為此，可采用靜壓灌漿或漿液中添加膨脹材料等措施預(yù)防,。
高壓泵是高壓噴射灌漿中的關(guān)鍵設(shè)備,，要求壓力和流量能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。額定流量為85～150L/min,；額定壓力為20～50MPa,。
（五）高噴固結(jié)體的質(zhì)量檢測(cè)
1）開(kāi)挖檢驗(yàn)：待漿液凝結(jié)具有一定的強(qiáng)度后，即可開(kāi)挖檢查固結(jié)體垂直度,、形狀和質(zhì)量,；
2）鉆孔檢查：從固結(jié)體中鉆取巖芯，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn),。在鉆孔中做壓水或抽水試驗(yàn),，測(cè)定其抗?jié)B能力；
3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：在旋噴固結(jié)體的中部可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),。
4）載荷試驗(yàn)：靜載荷試驗(yàn)分垂直和水平靜載荷試驗(yàn)兩種,。試驗(yàn)時(shí)，需在受力部位澆筑0.2～0.3m厚的混凝土層,；
5）圍井試驗(yàn)：在板墻一側(cè)增加噴孔,，與板墻形成封閉圍井，在井中進(jìn)行壓水和抽水兩種試驗(yàn),，或觀測(cè)井內(nèi)外水位,，多用于防滲效果檢查。
高壓噴射灌漿加固地基技術(shù)主要適用于第四紀(jì)沖積層,、殘積層及人工填土等,。對(duì)于砂類(lèi)土、粘性土,、黃土和淤泥等都能加固,。但對(duì)礫石直徑過(guò)大、含量過(guò)多及有大量纖維質(zhì)的腐植土噴射質(zhì)量稍差,，有時(shí)甚至不如靜壓灌漿的效果,。
對(duì)地下水流速過(guò)大，噴射的漿液無(wú)法在灌漿管周?chē)Y(jié),，無(wú)填充物的巖溶地段,，永凍土和對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基，均不宜采用高壓噴射灌漿法,。
（六）高壓噴射灌漿的特點(diǎn)
高噴法具有成本較低,，施工速度較快,，固結(jié)體強(qiáng)度大，可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，與普通灌漿法相比又具有以下特點(diǎn)：
高噴法是利用高速水流強(qiáng)制性地破壞土體形成固結(jié)體，在覆蓋層中一般不存在可灌性問(wèn)題,；同時(shí)由于高速射流被限制在土體破碎范圍內(nèi),，因此漿液不易流失，能保證預(yù)期的加固范圍和控制固結(jié)體的形狀,；能在鉆孔中任何一段內(nèi)施工,，也可以在孔底或中部噴射，此外,，也可以水平方向噴射和傾斜方向噴射施工,；高噴法通常采用水泥漿液，不會(huì)造成環(huán)境和地下水的污染,，且耐久性較好,；施工噪音較小，單管和二管法施工較簡(jiǎn)便,。
二,、深層攪拌法技術(shù)（水泥土加固法）
深層攪拌法是利用水泥作為固化劑，通過(guò)特別的深層攪拌機(jī)械,，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后,，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理— 化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性,。改性后的軟土強(qiáng)度大大高於天然強(qiáng)度,，其壓縮性，滲水性比天然軟土大大降低,。
（一）加固機(jī)理
軟土與水泥采用機(jī)械攪拌加固的基本原理,，是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。減少了軟土中的含水率,，增加了顆粒之間的粘結(jié)力,，增加了水泥土的強(qiáng)度和足夠的水穩(wěn)定性。在水泥加固土中,，由於水泥的摻量較小,，一般占被加固土重的10～15％。水泥的水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)— — 土的圍繞下進(jìn)行,，所以硬化速度較慢且作用復(fù)雜,。
（二）水泥土的主要特性
1.物理性質(zhì) 水泥土的容重與天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大,。
2.無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為300～400kPa,，比天然軟土大幾十倍至百倍,，但影響水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素很多，如水泥摻入量,、齡期,、水泥標(biāo)號(hào)、土樣含水率和有機(jī)質(zhì)含量以及外摻劑等等,。
為了降低工程造價(jià),，可以采用摻加粉煤灰的措施。摻加粉煤灰的水泥土,，其強(qiáng)度一般比不摻粉煤灰的高,。不同水泥摻入比的水泥土，當(dāng)摻入與水泥等量的粉煤灰后,，強(qiáng)度均比不摻粉煤灰的提高10％,，因此采用深層攪拌法加固軟土?xí)r摻入粉煤灰，不僅可消耗工業(yè)廢料,，還可提高水泥土的強(qiáng)度,。
（三）施工技術(shù)
1. 加固型式
根據(jù)目前的深層攪拌法施工工藝，攪拌樁可布置成柱狀,、壁狀和塊狀三種型式,，在堤防上用于地基加固，主要采用樁式,，而用于防滲加固,，應(yīng)采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌樁部分重疊搭接即成為壁狀加固型式,，組成水泥土擋墻,，這種擋墻具有較高的抗?jié)B性能，可以形成良好的隔水帷幕,。
2.施工工藝
（1）濕法施工
主要的施工機(jī)械為深層攪拌機(jī),。深層攪拌法的施工主要可分為定位、預(yù)攪下沉,、制備水泥漿,、提升噴漿攪拌、重復(fù)上下攪拌,、清洗等幾個(gè)步驟,，見(jiàn)圖5— 8。
圖5— 8 深層攪拌加固工藝流程
（2）干法施工
干法是采用水泥粉料,，由空氣輸送,，通過(guò)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴出，并隨著攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)均勻分布在整個(gè)空隙軌道面內(nèi),，進(jìn)而和原位地基土攪拌并混合在一起,。施工機(jī)械主要是鉆機(jī),、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī),、攪拌鉆頭等,。
施工工序主要為 1）柱體對(duì)位 2）下鉆 3）鉆進(jìn)結(jié)束 4）提升噴粉 5）提升結(jié)束樁形成體等幾個(gè)步驟，見(jiàn)圖5—9,。
圖5—9 粉體噴射攪拌法施工順序
（四）適用范圍
深層攪拌法最適宜加固各種成因的飽和軟粘土,，常用于淤泥、淤泥質(zhì)土,、粘土、亞粘土等地質(zhì)的加固,，成樁深度可達(dá)30m,，采用多頭小直徑樁成墻深度可達(dá)18m。
在堤防除險(xiǎn)加固工程中,，深層攪拌樁適用于處理軟基堤防上滑坡段的,。同時(shí)，還可以組成截滲墻,，取得較好的防滲效果,。
（五）深層攪拌法主要優(yōu)點(diǎn)
1.加固效果好，加固方式靈活,，適用面廣
深層攪拌法可采用不同的加固型式,、不同的樁長(zhǎng)和置換率以滿(mǎn)足不同土質(zhì)條件和不同荷載要求的加固目的。對(duì)河道這種區(qū)域狹長(zhǎng),、地質(zhì)條件復(fù)雜,，對(duì)沉降要求較高的工程比較適宜。采用攪拌樁擋土墻作為河岸邊坡支護(hù)不僅能夠保證邊坡穩(wěn)定,，還具有防滲功能,。
2.施工速度快
一般來(lái)說(shuō)，每臺(tái)深層攪拌機(jī)建造攪拌樁截滲墻的工效達(dá)13.2m2/臺(tái)·時(shí),。
3.可充分利用原軟土,，無(wú)棄土問(wèn)題
深層攪拌法是一種原位加固技術(shù)，可充分利用原狀土,，無(wú)棄土問(wèn)題,。
4.造價(jià)較低
每延長(zhǎng)（截面積0.71m3）的深層攪拌樁的造價(jià)約為100元左右，按成墻厚度0.22m計(jì),每平方米成墻造價(jià)為70余元,，比采用垂直鋪塑截滲,、混凝土墻截滲、高噴水泥土墻截滲的造價(jià)低,。
