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岩土研究院

高压喷射流的种类及其构造

341 2022-03-14 09:55:00

(一)高压喷射流的种类

高压喷射注浆的喷射流和高压水喷射流类似,也是通过高压泵等高压装置使液流获得巨大能量,从喷嘴中喷射出来,直接冲切破坏土体,浆液与土粒在紊流作用下自动拌合,经过一定时间便在土层中固化出有一定体形体积和强度的固化体,从而使地基得到加固。高压喷射流的流态、结构、流量、速度和衰减程度等形态,直接关系到加固体的大小和加固地基的质量。

高压喷射注浆法发展迅速,在短短的 20年内已成为一种系列方法,其发展核心是增大固结体体积 从而有多种工法,它们的喷射形态各不相同。

由于高压喷射流的压力衰减急剧,即使喷射压力很高,也常常不能达到预期的高效率破碎土体的效果。然而当在高压喷射流外部喷射高速高压气流后,有效喷射距离明显增长,这表明了高速气体具有减缓高压喷射流动压急剧降低的作用。高压喷射注浆法所使用的喷射流共有以下几种∶

(1)单管法的喷射流为单一的高压水泥浆喷射流,只有高压水泥浆液一种介质;

(2)双管法的喷射流为高压水泥浆液外裹压缩空气的同轴复合喷射流,喷射高压水泥浆液和压缩空气两种介质;

(3)三管法的喷射流有两种,一种是高压水外裹压缩空气的同轴复合喷射流,另一种是高压水外裹压缩空气的同轴复合喷射流加以高压水泥浆液外裹压缩空气的同轴复合喷射流,喷射高压水流、压缩空气及水泥浆液三种介质;

(4)多管法的喷射流为单一的高压水喷射流;

(5)多孔管法的喷射流是高压水喷射流及高压水泥浆液外裹压缩空气的复合喷射流。从上面5种喷射法可见,就其结构而言,只有高压水喷射流、高压水泥浆液喷射流、高压水外裹压缩空气的同轴复合喷射流及高压水泥浆液外裹压缩空气的同轴复合喷射流 4种基本形式。由于高压水和高压水泥浆液有许多共性,为简化起见,以高压水喷射流来描述高压水泥浆液和高压水喷射流及高压水外裹压缩空气的同轴复合喷射流,即水(浆)气同轴复合喷射流两种类型为代表来说明高压喷射流的基本形态。

(二)高压喷射流的基本构造

1.单液高压喷射流的构造

单管旋喷注浆使用高压喷射水泥浆流和多管的高压水喷射流,它们的射流构造可用高速水连续喷射流在空气中的模式予以说明。高压喷射流的几何形状,如图10.2.3所示。从高压发生装置中喷射出的液流具有很高的速度,形成了喷射流。

高压喷射流的结构沿着喷射流中心轴分为保持出口压力 po的初期区域A、紊流发达的主要区域 B 和喷射水变成不连续喷射流的终期区域C三部分。

初期区域包括喷流核和迁移段。高压喷射流在喷嘴出口处的流速分布是均匀的,轴向动压是常数,保持着高速均匀地向下游延伸,速度逐渐减小,射流宽度逐渐增大,当达到某一位置后,断面上的速度不再是均匀的了。在整个喷射流中,速度分布保持均匀的部分称为喷射核,喷射核随着向下游扩宽而缩小乃至消失。在喷射核末端有一个过渡段,喷射流的扩散宽度稍有增加,轴向动压有所减小,这个过渡段称为迁移段。

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由于喷射流的射流作用,不断和周围介质发生动量交换,周围空气进入喷射流中,使接近边界部分的喷射流速度逐渐降低。

初期区域的长度是喷射流的一个重要指标,可以据此判断破碎地层的程度以及浆与地层颗粒搅拌混合的效果。初期区域长度随喷射压力及环境条件的不同而变化。低压力时。初期区域长度一般随着压力的增加而减小(但能量却增大);超高压力(100MPa 以上)时。初期区域长度接近常数,在不同环境条件下,初期区域长度变化很大,根据试验∶

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2. 水(浆)气同轴复合喷射流的构造和特性(1)水(浆)气同轴复合喷射流的形态、构造

双管法喷射注浆的浆气同轴喷射流与三管法旋喷注浆的水气同轴喷射流除喷射介质不同外.都是在喷射流的外围同轴喷射圆简状气流,它们的构造基本相同。现以水气同轴喷射流为代表,分析其构造。

由于高压水射流的压力在地层中衰减很大。即使喷嘴出口压力较高,也常达不到预期的高效率破坏地层的效果。当在高压水射流的外圈四周同时喷射空气流(气把水包起来)后,则可大大改善高压水能量衰减程度,使喷射流破坏地层的有效距离增长。

当高压水射流的外圈有一股同向同轴的喷射气流时。在水气两种介质的射流作用下。外圈气射流不但减少了高压水射流与四周介质发生能量交换,而且还大大改善了高压水破坏地层的条件,从而增加了有效射程。

如图 10.2.6 所示,水气同轴喷射流分为初期区域、迁移区域和主要区域。

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