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岩土研究院

高压喷射注浆法的种类

337 2022-03-14 09:11:45

高压喷射注浆法按喷射流移动方式、注浆管类型、置换程度和固结方式可分或以下几种,如表10.1.1所示。

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下面对各种主要高压喷射注浆方法进行简要介绍;

一、旋喷、定喷和摆喷(如图10.1.1所示)

1.旋喷法施工时

喷嘴一面喷射一面旋转并提升,固结体呈圆柱状。主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,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砂。旋喷法施工后,在地基中形成的圆柱体,称为旋喷桩。

2.定喷法施工时

喷嘴一面喷射一面提升,喷射的方向固定不变,固结体形如板状或壁状。3.摆喷法施工时

喷嘴一面喷射一面提升,喷射的方向呈较小角度来回摆动,固结体形如较厚墙状。定喷及摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。

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二、单管法、双管法、三管法、多管法和多孔管法

目前实践中多采用前3种。由于上述几种喷射流的结构和喷射的介质不同.有效处理长度亦不同,以三管法最长,双管法次之,单管法最短。实践证明.旋喷形式可采用单管法、双管法和三管法中的任何一种方法;定喷和摆喷注浆常用双管法和三管法。

加固形状可分为柱状、壁状、条状和块状。1.单管法

单管旋喷注浆法是利用钻机等设备,把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后,用高压泥浆泵等装置,以 20MPa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,同时借助注浆管的旋转和提升运动,使浆液与从土体上落下来的土粒搅拌混合,经过一定时间的凝结固化,便在土中形成圆柱状的固结体,如图 10.1.2。日本称这种方法为CCP 工法。

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上述的单管法为优良的 CCP 工法,亦称 CCP-S工法(CCP-Super),即普通的单管法;除此之外,单管法中还有CCP-V法、CCP-H法和JMM工法。

(1)单管CCP-V工法

全名为 CCP-Vertical,即单管搅拌喷头垂直喷射注浆,搅拌翼直径依钻机的扭矩而定,约 280mm,其喷射工艺和参数以及施工机具均与 CCP-S法相同,图 10.1.3 为其搅拌喷头。

(2)单管 CCP-H工法

全名为CCP-Horizontal,即单管搅拌翼喷头水平喷射注浆,搅拌翼的直径约为 280mm.如图 10.1.4 所示。

水平旋喷的工艺如图 10.1.5所示。

(3)单管JMM工法

可称之为单管长喷嘴注浆法。长喷嘴本身起搅拌作用,搅拌直径 300mm 左右。如图10.1.6 所示。其加固体是搅拌和注浆的复合体,直径是普通单管法的1.5~2.0倍。

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2.双管法

即使用双通道的二重注浆管。当二重注浆管钻进到土层的预定深度后,通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴,同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出 20MPa左右的浆液,从内喷嘴中高速冲出,并用0.7MPa 左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。在高压浆液流和它外圈环绕气流的共同作用下,破坏土体的能量显著增大,喷嘴一面喷射一面旋转和提升,最后在土中形成圆柱状固结体。其固结体的直径显然大于单管法的直径,如图 10.1.7 和图10.1.8所示,日本称此为JSG工法。

3.三管法

三管法可分为;灌注低压水泥浆的 CJG工法和高压水泥浆-气流复合喷射流进行第二次切削混合的RJIP工法两种。(1)三管CJG工法

CJG(Column Jet Grout)工法,是传统的三管法。使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管(我国一些单位由于三管法加固精度高不易制作,改用三根小管套在一根大管内的注浆管),以水气同轴双喷嘴,在 20~40MPa的水射流外围环绕0.7MPa空气流组成高压水与气的复合喷射流,冲击切前土体,借空气的上升力将部分小土粒排出地面,形成较大的空隙,并通过在喷头下端的喷嘴再另注人1~5MIPa压力的水泥浆,使浆液凝结为固结体。由于水气复合喷射流的能量大于浆气复合喷射流,三管法固结体的直径大于二管法固结体的直径,如图10.1.9和图10.1.10所示。

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(2)三管RJP工法

全称为 Rodin Jet Pile 工法,是在 CG 工法基础上开发出来的。它仍使用三重管,分别输送水、气、浆,与CG工法不同之处是水泥浆用高压喷射,并在其外围环绕空气流,进行第二次冲击切削土体。RJP 工法固结体直径大于CJG工法,如图10.1.11 所示。

4.多管法(SSG-MAN工法)

可筒称 3S管法。这种施工法需要先打一个导孔置入多重管,利用压力大于或等于40MIPa的高压水流,旋转运动切削破坏土体,被冲下来的土、砂和砾石等,立即用真空泵从管中抽出到地面,如此反复冲切土体和抽泥,并以自身的泥浆护壁,便在土中冲出一个较大的空洞,依靠土中自身泥浆的重力和喷射余压使空洞不坍塌。装在喷头上的超声波传感器,及时测出空洞的直径和形状,由电脑绘出空洞图形,当空洞的形状、大小和高低符合设计要求后,立即通过多重管充填穴洞。填充的材料可根据工程需要随意选用,水泥浆、水泥砂浆、混凝土、砾石等均可,于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体。在砂层中,最大可达 φ4.0m,并做到信息管理,使施工人员完全掌握固结体的直径和质量。图10.1.12是SSS-MAN 工法示意图。

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5.多孔管法((MJS工法)

MS是 Metro Jet System的缩写。即地下喷射注浆系统,亦称全方位高压喷射工法,是日本最新开发出的。

多孔管 MJS工法分别以高压水喷射流和高压水泥浆加四周环绕空气流的复合喷射流,两次冲击切削破坏土体,其固结体的直径较大。浆液凝固时间的长短可通过速凝剂喷嘴注入速凝液量调控,最短凝固时间可做到瞬时凝固,这是其他高压喷射注浆法难以达到的。施工时可根据地压的变化,调整喷射压力、喷射量、空气压力和空气量,,即可增大固结效果。固结体的形状不但可做成圆形,还可做成半圆形。垂直施工示意如图 10.1.13 所示。

三、搅拌喷射(超长喷嘴)法

SWING最新地基加固工法是台湾高仕工程公司与日本大成建设技术合作的成果。它的主要特点是;钻头是一个可以做 90°转动的搅拌翼,搅拌翼一端装有喷嘴。钻进时,搅拌翼竖立在两个支架内起钻头作用,当开始喷射时,油压缸和链条把搅拌翼推成水平状(图 10.1.14 所示),进行搅拌喷射注浆。固结体为复合体.由搅拌桩和旋喷桩两部分组成。施工时使用专门的 SWING 钻机,最大搅拌旋喷直径 3m,最大钻深60m。

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以上几种高压喷射注浆法中,大部分属于半置换法,即高压水(浆)携带一部分土颗粒流出地面,余下的土和浆液搅拌混合凝固,形成半置换状态。另一种属全置换法,即高压水(浆)冲击下来的土,全部被抽出地面而在地层中形成一个空洞(空间),以喷射材料充填之,成为全置换状态,如三管法的 SSS-MAN工法。