1、第十一章 高壓噴射注漿法jet grouting一 發展概況高壓噴射注漿法(Jet Grouting，在我國又稱為“旋噴法”，是20世紀70年代初期開發的一種新型地基加固技術，迄今已得到廣泛的應用。眾所周知，在地基加固方法中，有一種歷史悠久的靜壓化學或水泥注漿法(Injection，它是將不同性質的硬化劑(化學藥品或水泥，用壓力注入到地基中，用以改良土的性質。這種方法主要適用于砂類土，也可應用于粘性土。但是，在很多情況下，由于土層和土性的關系，其加固效果常不為人們所控制，尤其是在沉積的分層地基和夾層多的地基中，注入劑往往沿著層面流動；在細顆粒的土中，注入劑難以滲透到顆粒的孔隙中。因此，經常出現

2、加固效果不明顯的情況。高壓噴射注漿克服了上述注入法缺點，將注入劑形成高壓噴射流，借助高壓噴射流的切削和混合，使硬化劑和土體混合，達到改良土質的目的。70年代初期，日本最先把高壓噴射技術用于地基加固和防水帷幕，形成一種特殊的地基加固技術，即所謂CCP工法(Chemical Churning Pile，我國現稱單管法。此后，70年代中期又開發了同時噴射高壓漿液和壓縮空氣的二重管法(Jumbo Speclal Pile以及同時噴射高壓清水、壓縮空氣和低壓漿液灌注的三重管法(Column Jet Pile。到了80年代，日本又開發出多種高壓噴射注漿施工方法，這些方法經過不斷改進，已經成為實用化的方法，

3、在許多國家和地區獲得應用，我國自70年代中期開始進行試驗和應用，目前已經形成成熟的地基加固工法，其中三重管法已被列為國家級工法。二 定義所謂高壓噴射注漿法就是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆入(或置入至土層預定的深度后，似2040MPa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，形成預定形狀的空間，當能量大、速度快和脈動狀的噴射流的動壓力大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細粒土隨漿液或水冒出地面，其余土顆粒在射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按定的漿土比例和質量大小，有規律地重新排列。這樣注入的漿液將沖下的部分土混合凝結成加固體，從而達到加固土體

4、的目的。它具有增大地基強度、提高地基承載力、止水防滲、減少支擋結構物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能。三 高壓噴射注漿法的種類高壓噴射注漿法按噴射流移動方式、注漿管類型和置換程度可分成以下幾種，見表。 按噴射流的移動方向如表所示，按噴射流的移動方向，高壓噴射注漿法分為旋噴、定噴和擺噴三種，見圖。 旋噴法施工時噴嘴一面噴射一面旋轉并提升，固結體呈圓柱狀。主要用于加固地基，提高地基的抗剪強度，改善土的變形性質；也可組成閉合的帳幕，用于截阻地下水流和治理流砂。旋噴法施工后，在地基中形成的圓柱體，稱為旋噴樁。 定噴法施工時噴嘴一面噴射一面提升，噴射的方向固定不變，固結體形如板狀或壁狀。

5、擺噴法施工時噴嘴一面噴射一面提升，噴射的方向呈較小角度來回擺動，固結體形如較厚墻狀。定噴及擺噴兩種方法通常用于基坑防滲、改善地基土的水流性質和穩定邊坡等工程。 按注漿管的類型(或高壓噴射注漿法的工藝類型按注漿管的類型(或高壓噴射注漿法的工藝類型，高壓噴射注漿法可分為單管法、二重管法、三重管法、多重管法和多孔管法等5種方法。 單管法單管旋噴注漿法是利用鉆機等設備，把安裝在注漿管(單管底部側面的特殊噴嘴置入土層預定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20MPa左右的壓力把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，同時借助注漿管的旋轉和提升運動，使漿液與從土體上落下來的土粒攪拌混合，經過一定時間的凝結固化，便在土

6、中形成圓柱狀的固結體，如圖。日本稱此為CCP工法上述的單管法為優良的CCP工法，亦稱CCPS工法(CCPSuper，即普通的單管法；除此之外，單管法中還有CCPV法、CCPH法和JMM工法。 單管CCPV工法全名為CCPvertical，即單管攪拌噴頭垂直噴射注漿，攪拌翼直徑依鉆機的扭矩而定，約280mm，其噴射工藝和參數以及施工機具均與CCPS法相同，如圖為其攪拌噴頭。2 單管CCPH工法為CCPHorizontal，即單管攪拌翼噴頭水平噴射注漿，攪拌翼的直徑約為280mm，如圖為單管水平旋噴攪拌噴頭。水平旋噴的工藝如圖。 單管JMM工法可稱之為單管長噴嘴注漿法。長噴嘴的本身起攪拌作用，攪拌

7、直徑300mm左右，如圖所示。其加固體是攪拌和注漿的復合體，直徑是普通單管法的1.52.0倍。 二重管法即使用雙通道的二重注漿管。當二重注漿管鉆進到土層的預定深度后，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和空氣兩種介質的噴射流沖擊破壞土體。即以高壓泥漿泵等高壓發生裝置噴射出20MPa左右的漿液，從內噴嘴中高速沖出，并用0.7MPa左右壓力把壓縮空氣從外噴嘴中噴出。在高壓漿液流和它外圈環繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，噴嘴一面噴射一面旋轉和提升，最后在土中形成圓柱狀固結體。二重管法固結體的直徑顯然大于單管法的直徑，如圖。日本稱此為JSG工法。 三重管法使用分別輸送水、

8、氣、漿三種介質的三重注漿管(我國一些單位由于三重管加固精度高不易制作，改用三根小管套在一根大管內的注漿管，以水氣同軸雙噴嘴，在2040MPa的水射流外圍環繞0.50.7MPa空氣流組成高壓水與氣的復合噴射流，沖擊切削土體借空氣的上升力將部分小土粒排出地面，形成較大的空隙，并通過在噴頭下端的噴嘴再另注入15MPa壓力的水泥漿，使漿液凝結為固結體。由于水氣復合噴射流的能量大于漿氣復合噴射流，三重管固結體的直徑大于二重管固結體，如圖。日本稱此為CJP工法。 多重管法(SSSMAN工法可簡稱3S管法。這種施工法需要先打一個導孔置入多重管，利用壓力大于或等于40MPa的高壓水流，旋轉運動切削破壞土體，被

9、沖下來的土、砂和礫石等，立即用真空泵從管中抽出到地面，如此反復沖切土體和抽泥，并以自身的泥漿護壁，便在土中沖出一個較大的空洞，依靠土中自身泥漿的重力和噴射余壓使空洞不坍塌。裝在噴頭上的超聲波傳感器，及時測出空洞的直徑和形狀，由電腦繪出空洞圖形。當空洞的形狀、大小和高低符合設計要求后，立即通過多重管充填穴洞。填充的材料根據工程需要隨意選用，水泥漿、水泥砂漿、混凝土、礫石等均可，于是在地層中形成一個大直徑的柱狀固結體。在砂層中，最大可達4.0m，并做到信息管理，施工人員完全掌握固結體的直徑和質量。如圖是SS5MAN工法示意圖。 多孔管法(MJS工法MJS是Metro Jet System的縮寫。即

10、地下噴射注漿系統，亦稱全方位高壓噴射工法，是日本最新開發出的。多孔管MJS工法分別以高壓水噴射流和高壓水泥漿加四周環繞空氣流的復合噴射流，兩次沖擊切削破壞土體，固結體的直徑較大。漿液凝固時間的長短可通過速凝劑噴嘴注入速凝液量調控，最短凝固時間可做到瞬時凝固，這是其它高壓噴射注漿法難以達到的。施工時根據地壓的變化，調整噴射壓力、噴射量、空氣壓力和空氣量，就可增大固結效果。固結體的形狀不但可做成圓形，還可做成半圓形。如圖為垂直施工示意圖。 攪拌噴射(超長噴嘴法SWING最新地基加固工法是臺灣高仕工程公司與日本大成建設技術合作的成果。主要特點是：鉆頭是一個可以作90°轉動的攪拌翼，攪拌翼一

11、端裝有噴嘴。鉆進時，攪拌翼豎立在兩個支架內起鉆頭作用，當開始噴射時，油壓缸和鏈條把攪拌冀推成水平狀（如圖）進行攪拌噴射注漿。固結體為復合體，由攪拌樁和旋噴樁兩部分組成。施工時使用專門的SWING鉆機，最大攪拌旋噴直徑3m，最大鉆深60m。以上幾種高壓噴射注漿法中，大部分屬于半置換法，即高壓水(漿攜帶一部分土顆粒流出地面，余下的土和漿液攪拌混合凝固，形成半置換狀態。另一種屬全置換法，即高壓水(漿沖擊下來的土，全部被抽出地面而在地層中形成一個空洞(空間，以噴射材料充填之，成為全置換狀態，如三重管的SSSMAN工法。四 高壓噴射注漿法的特征高壓噴射注漿法是以高壓噴射流為加固地基的主要作用，高壓噴射流

12、直接沖擊破壞土體，漿液與土以半置換或全置換凝固為固結體。噴射的能量大、速度快，象金屬翼般沖切破壞土體。這種翼片的長度因不同條件而異，壓力大的長，土質堅硬的短。從施工法、加固質量到適用范圍，不但與靜壓注漿法有所不同，而且與其它地基處理方法相比，亦有獨到之處，高壓噴射注漿法的主要特征如下： 適用范圍較廣由于高壓噴射注漿法固結體的質量明顯提高，有強化地基的作用，它既可用于工程建設之前、工程建設之中，還可用于竣工后的托換工程，可以不損壞建筑物的上部結構，能在狹窄和較低矮的現場貼近建筑物施工，甚至可以不影響運營使用。高壓噴射注漿法除能強化地基之外，還有防水止滲的作用，可用于深基坑地下工程的支檔和護底、筑

13、造地下防水帷幕、減振、防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防止基礎沖刷等方面(對地下水流速過大和已涌水的防水工程，應慎用，必要時應通過現場試驗確定。 適用地層較廣高壓噴射注漿法適用于從淤泥、淤泥質土到碎石類土，均有良好的加固效果。 施工簡便 施工時只需在土層中鉆一個孔徑為50mm或300mm的小孔，便可在土中噴射成直徑為0.44.0m的固結體，其徑孔比(加固固結體直徑鉆機開孔直徑大于l0，因而能貼近已有建筑物基礎建設新建筑。成型靈活，既可在鉆孔的全廠范圍形成柱形固結體，也可僅做其中一段。 可控制固結體形狀為滿足工程需要，在施工中可調整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力、改變噴射方向、調整噴射

14、持續時間、更換噴嘴孔徑、改變流量等參數后，獲得不同體形的固結體，成為工程所需的形狀。如圖為固結體基本形狀示意圖。 可垂直噴射也可傾斜和水平噴射通常情況下，采取在地面進行垂直噴射注漿，但在隧道、礦井巷道工程、地下鐵道等建設中，亦可采用傾斜和水平噴射注漿。這樣旋噴樁即可噴成垂直樁、傾斜樁和水平樁。 耐久性較好在用高壓噴射注漿法加固地基的工程中，能得到預期的、穩定的加固效果并有較好的耐久性，可以用于永久性工程中。 料源廣闊噴射用的漿液以水泥為主，化學材料及外加劑為輔。一般的地基處理工程中，均可使用來源廣范、價格低廉的425普通硅酸鹽水泥，若在地下水流速快，或土中含有腐蝕性元素、土的含水量大而固結體強

15、度要求較高的條件下，可根據工程需要，在水泥漿液中摻入適量的外加劑，以達到速凝、高強、抗凍、耐腐蝕和漿液不沉淀等效果。此外，根據工程需要，還可以在水泥漿液中加入一定數量的粉煤灰，這不但利用了工業廢料，又可降低注漿材料的成本。 漿液的流失與回收高壓噴射注漿法在施工時有一定的冒漿及漿液沿著管壁冒出地面，一般在1020左右，這樣漿液材料就有一定的耗費。但在三重管法中可以回收再利用一部分漿液，或把冒出地面的漿液打鉆再壓入地下。 安全生產高壓噴射注漿施工較為安全，這是因為各種高壓設備如高壓水泵、高壓水漿泵等均有安全閥門和超壓自動停機、自動泄壓裝置，即當壓力超過規定值時，閥門便自動開啟，泄漿降壓或自動停機，

16、不會因堵孔升壓造成爆破事故。我國20多年來的工程實踐中，尚未出現高壓傷亡事故。只要按規定進行維護管理，是安全的。 設備簡單高壓噴射注漿全套設備結構緊湊、體積小、機動性強，占地少，能在狹窄和低矮的空間施工。五 高壓噴射注漿法的適用范圍 適用土質條件由于高壓噴射注漿法使用的壓力大，產生的噴射流的能量大、速度快，當它連續和集中地作用在土體上，壓應力和沖蝕等多種因素便在很小的區域內產生效應，對從粒徑很小的細粒土到顆粒直徑較大的卵石、碎石土，幾乎各類土質，無論其軟硬，均有巨大的沖擊破壞和攪動作用，使注入的漿液和土拌合均勻，凝固為新的固結體。實踐證明，高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、黃土、

17、砂土、人工填土和碎石土地基，并解決了小顆粒土不易注漿加固的難題。當土中含有較多的大粒徑塊石、堅硬粘性土、大量植物根莖（因噴射流可能受到削弱，沖擊破碎力急劇下降，影響處理效果。）或有過多的有機質時，應根據現場試驗結果確定其適用程度。對地下水流速過大，漿液無法在注漿管周圍凝固的情況，對無填充物的巖溶地段，長年凍土均不宜采用高壓噴射注漿法。 適用工程對象地基土經高壓噴射注漿后，由原來的松散軟弱狀態變成各種形狀的固結體，并具有較高的強度、良好的止水抗滲性能和耐久性。根據國內外的工程實踐，高壓噴射注漿法適用的工程如圖所示。第二節 高壓噴射注漿法的加固機理一 高壓水噴射流性質高壓水噴射流是通過高壓發生裝置

18、，使它獲得巨大能量后，從定形狀的噴嘴，用一種特定的流體運動方式，以很高的速度持續噴射出來的、能量高度集中的一股液流。如圖為高壓水噴射流的圖片。在高壓高速的條件下，噴射流具有很大的功率，即在單位時間內從噴嘴中射出的噴射流具有很大的能量。高壓噴射注漿的噴射流和高壓水噴射流類似，也是通過高壓泵等高壓裝置使液流獲得巨大能量，從噴嘴中噴射出來，直接沖切破壞土體，漿液與土粒在紊流作用下自動拌合，經過一定時間便在土層中固化出有一定體形體積和強度的固化體，從而使地基得到加固。二 高壓噴射流的種類及構造 高壓噴射流的種類由于高壓噴射流的壓力衰減急劇，即使噴射壓力很高，也常常不能達到預期的高效率破碎土體的效果。然

19、而當在高壓噴射流外部噴射高速高壓氣流后，有效噴射距離明顯增長，這表明了高速氣體具有減緩高壓噴射流動壓急劇降低的作用。高壓噴射注漿法所使用的噴射流共有以下幾種： 單管法的噴射流為單一的高壓水泥漿噴射流，只有高壓水泥漿液一種介質； 二重管法的噴射流為高壓水泥漿液外裹壓縮空氣的同軸復合噴射流，噴射高壓水泥漿液和壓縮空氣兩種介質； 三重管法的噴射流為高壓水外裹壓縮空氣的同軸復合噴射流； 多重管法的噴射流為單一的高壓水噴射流； 多孔管法的噴射流是高壓水噴射流及高壓水泥漿液外裹壓縮空氣的復合噴射流。從以上5種噴射流可見，就其結構而言，只有高壓水噴射流、高壓水泥漿液噴射流、高壓水外裹壓縮空氣的同軸復合噴射流

20、及高壓水泥漿液外裹壓縮空氣的同軸復合噴射流4種基本形式。以上四種噴射流破壞土體的效果不同，但其構造可劃分為單液高壓噴射流和水（漿）、氣同軸復合噴射流兩種類型。 高壓噴射流的構造 單液高壓噴射流的構造從高壓發生裝置中噴射出的液流具有很高的速度，形成了噴射流。單管旋噴注漿使用高壓噴射水泥漿流和多重管的高壓水噴射流，它們的射流構造可用高速水連續噴射流在空氣中的模式予以說明。如圖為高壓水射流構造模式圖。高壓噴射流的結構沿著噴射流中心軸分為保持出口壓力的初期區域A、紊流發達的主要區域B和噴射水變成不連續噴射流的終期區域C三部分。初期區域A包括噴流核和遷移段。高壓噴射流在噴嘴出口處的流速分布是均勻的，軸向

21、動壓是常數，保持著高速均勻地向下游延伸，速度逐漸減小，射流寬度逐漸增大，當達到某一位置后，斷面上的速度不再是均勻的了。在整個噴射流中，速度分布保持均勻的部分稱為噴射核，噴射核隨著向下游擴寬而縮小乃至消失。在噴射核末端有一個過渡段，噴射流的擴散寬度稍有增加，軸向動壓有所減小，這個過渡段稱為遷移段。初期區域的長度是噴射流的一個重要指標，可以據此判斷破碎地層的程度以及漿與地層顆粒攪拌混合的效果。主要區域B在初期區域之后，在這一區域內，軸向動壓驟然減弱，噴射流速度進一步降低。在土中噴射時，噴射流與土在本區域內攪拌混合。終期區域C內的噴射流，處于能量衰減狀態，噴射流寬度很大，霧化度高，水滴成霧化狀與空氣

22、混合在一起最后消逝到大氣中，噴射流能量很小，對地層起不到沖擊切割作用。簡言之，隨著離開噴嘴的距離的增加，射流可劃分為水流、水滴和霧狀流體三個部分，在一定的射程內保持很高的速度和動壓力，而隨著離開噴嘴距離的增加，速度和壓力均逐漸減小。 水(漿氣同軸復合噴射流的構造二重管噴射注漿的漿氣同軸噴射流，與三重管旋噴注漿的水氣同軸噴射流除噴射介質不同外，都是在噴射流的外圍同軸噴射圓筒狀氣流，它們的構造基本相同。現以水氣同軸噴射流為代表，分析其構造。由于高壓水射流的壓力在地層中衰減很大，即使噴嘴出口壓力較高，也常達不到預期的高效率破壞地層的效果。當在高壓水射流的外圈四周同時噴射空氣流(氣把水包起來后，則可大

23、大改善高壓水能量衰減程度，使噴射流破壞地層的有效距離增長。當高壓水射流的外圈有一段同向同軸的噴射氣流時，在水氣兩種介質的射流作用下，外圈氣射流不但減少了高壓水射流與四周介質發生能量交換，而且還大大改善了高壓水破壞地層的條件，從而增加了有效射程。如圖所示，水氣同軸噴射流分為初期區域、遷移區域和主要區域。在初期區域內，水噴流的速度保持噴嘴出口的速度，但由于水噴流與空氣流相沖撞及噴嘴內部表面不夠光滑，以致從噴嘴噴射出的水流較紊亂，再加以空氣和水流的相互作用，在高壓噴射水流中形成氣泡，噴射流受到干擾，在初期區域的末端，氣泡分布的寬度與水噴流的寬度一樣。在遷移區域內，高壓水噴射流與空氣開始混合，出現較多

24、的氣泡。在主要區域內，高壓水噴射流衰減，內部含有大量的氣泡，氣泡逐漸分裂破壞，成為不連續的細水滴狀，同軸噴射流的寬度迅速擴大。三 加固地基的機理 高壓噴射流對土體的破壞作用噴射流破壞土的機理比較復雜，目前在理論上尚未充分探明，但可以透視旋噴的現象，分析出破壞土體的主要作用。高壓噴射注漿時，高壓噴射流集中和連續地作用在土體上，其高壓噴射破壞土體的機理可分解為噴流動壓、噴射流的脈動負荷、水塊的沖擊力、空穴現象、水楔效應、擠壓力和氣流攪動等7種作用力，其中以噴流動壓為主。見圖。 噴流動壓高壓噴射流沖擊土體時，由于能量高度集中沖擊一個很小的區域，因而在這個區域內及其周圍的土體和土結構的組織之間受到很大

25、的壓應力作用，當這些外力超過土顆粒結構的破壞臨界數值，土體便受到破壞。高壓噴射法對土體的切割主要是高速的噴射流，而噴射流的破壞力P可用下式表示：可見，當和A為定值時，破壞力與流速的平方成正比。如果要獲得大的破壞力，則需要通過高的壓力產生大的流速，這也是高壓噴射法通常要求保持20MPa以上壓力的原因，這樣的壓力就使射流像剛體一樣，沖擊破壞土體，使土與漿液攪拌混合，凝固成圓柱狀的固結體。壓力越大，流速越大，則破壞力越大，切割、攪拌土體的范圍也增加，固結體的體積也越大。 噴射流的脈動負荷當噴射流不停地以脈沖式沖擊土體時，土粒表面受到脈動負荷的影響，逐漸積累起殘余變形，使土粒失掉平衡，從而促使了土的破

26、壞。 水塊的沖擊力由于噴射流斷續地沖擊土體，產生沖擊力，促進破壞的進一步發展。 空穴現象當土體沒有被射出孔洞時，噴射流沖擊土體以沖擊面上的大氣壓力為基礎，產生壓力變動，在壓力差大的部位產生孔洞，呈現出類似空穴的現象，如圖所示。在沖擊面上的土體被氣泡的破壞力所腐蝕，使沖擊面破壞。此外，在空穴中，由于噴射流的激烈紊流，也會把較軟弱的土體掏空，造成空穴擴大，使更多的土粒遭受破壞。 水楔效應當噴射流充滿土層時，由于噴射流的反作用力，產生水楔。噴射流在垂直噴射流軸線的方向上，楔入土體的裂隙或薄弱部分中，這時噴射流的動壓變為靜壓，使土發生剝落，加寬裂隙。 擠壓力噴射流在終期區域，能量衰減很大，不能直接沖擊

27、土體使土粒剝落，但能對有效射程的邊界土產生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進入土粒之間的空隙里，使固結體與四周土緊密相依，不產生脫離現象。 氣流攪動（水（漿）氣同軸噴射流對土體的破壞作用）單射流雖然具有巨大的能量，但由于壓力在土中急劇衰減，因此破壞土的有效射程較短，致使旋噴固結體的直徑較小。 當在噴嘴出口的高壓水噴流的周圍加上圓筒狀空氣射流，進行水、氣同軸噴射時，空氣流使水或漿的高壓噴射流從破壞的土體上將土粒迅速吹散，使高壓噴射流的噴射破壞條件得到改善，阻力大大減少，能量消耗降低，因而增大了高壓噴射流的破壞能力，形成的旋噴固結體的直徑較大，如圖為不同類噴射流中動水壓力與距離的關系，表明

28、高速空氣具有防止高速水射流動壓急劇衰減的作用。上述7種作用力在噴射流的沖擊點上同時產生作用，并使高壓噴射流高能、高速集中和連續地作用于土體上，當這些外力超過土體結構的臨界值后，土體便遭到破壞，由整體變成松散狀，隨著噴射流的連續沖切和移動，土體破壞的深度和范圍不斷擴大。 高壓噴射注漿法的成樁（壁）機理在高壓噴射注漿的加固過程中，固結體的形狀與噴嘴移動的方向和持續噴射的時間有密切關系。當噴嘴一面旋轉一面提升時，便形成圓柱狀或異形圓柱狀固結體；當噴嘴一面噴射一面提升時，便形成壁狀固結體。 旋噴成樁機理在旋噴注漿過程中，高壓噴射流在慢速旋轉的同時緩慢上升，把土體切削破壞。剝落下來的一部分細小的土顆粒被

29、噴射的漿液所置換，隨著漿液被帶到地面上(即俗稱的冒漿，其余的土粒與漿液混合。在噴射動壓、離心力和重力的共同作用下，在橫斷面上土粒按其質量大小有規律地排列起來，小顆粒土在中部居多，大顆粒土多在外側和邊緣部分（四周未被剝落的土粒則被擠密壓縮），形成漿液主體、攪拌混合、壓縮和滲透層等部分，成為一種新型的水泥土網狀結構（如圖），經過一定的時間便凝固成強度高、滲透系數小的旋噴樁固結體。旋噴樁中心的漿液成分多、土粒成分少、粒徑小，外層部分土粒數量多、質量也大，呈同心圓狀，其外表為硬殼。旋噴施工形成的固結體的橫斷面如圖。 定噴成樁機理定噴時，高壓噴射注漿的噴嘴不旋轉只作固定方向噴射，并逐漸向上提升，在土中沖

30、成一條溝槽，把漿液灌進槽中，從土體上沖落下來的土粒，一部分隨著水流與氣流被帶出地面，其余的土粒與漿液攪拌混合，最后形成一個板狀固結體。固結體在砂質土中有一部分滲透層，粘性土則無。固結體的結構見圖。 高壓噴射注漿法在特殊土質中的成樁機理 在粘性土和砂類土中的成樁機理如前所述，下面介紹兩種特殊土質(礫石層、腐殖層中的成樁機理。高壓噴射注漿法在這兩種特殊土質中成樁機理有別于砂類土和粘性土。 在礫石層中的成樁機理在大礫石中，噴射流因礫石的體大量重，不能切削顆粒或使其移動和重新排列，如圖所示，噴射流只能通過其空隙，充滿四周。漿液向四周擠壓，其固化機理接近靜壓灌漿理論中的滲透灌漿理論。 在腐殖土中的成樁機

31、理在非腐植土中進行高壓噴射注漿時，固結體的形狀及其性質受植物纖維粗細長短、含水量及土顆粒多少影響很大。在含細短纖維的腐殖土中噴射注漿時，纖維的影響很小，成樁（壁）機理與粘性土中相同。在含粗長纖維不太多的腐殖土中噴射注漿時，射流仍能穿過纖維之間的空隙而形成預定形狀的固結體；在纖維粗長而數量多的腐殖土中噴射注漿時，由于纖維富于彈性，切削是困難的，但由于空隙多，噴射流仍能穿過纖維之間的空隙而形成預定形狀的固結體；在粗長纖維密集部位，射流受嚴重阻礙而破壞力大為降低，固結體難以形成預定形狀，強度明顯受影響，且漿液少、均勻性較差。第三節 高壓噴射注漿法設計一 設計前應取得的資料 工程地質條件 水文地質條件

32、 周圍環境條件 室內配方及現場噴射試驗資料二 設計程序高壓噴射注漿法設計程序如圖所示。三 固結體尺寸 固結體尺寸主要取決于下列因素：土的類別及其密實程度；高壓噴射注漿方法(注漿管的類型；噴射技術參數(包括噴射壓力與流量，噴嘴直徑與個數，壓縮空氣的壓力、流量與噴嘴間隙，注漿管的提升速度與旋轉速度。 在無試驗資料的情況下，對小型的或不太重要的工程，可根據經驗選用下表所列數值。 對于大型的或重要的工程，應通過現場噴射試驗后開挖或鉆孔采樣確定。四 固結體強度 固結體強度主要取決于下列因素：土質；噴射材料及水灰比；注漿管的類型和提升速度；單位時間的注漿量。 固結體強度設計規定按28d強度計算。試驗證明，

33、在粘性土中，由于水泥水化物與粘土礦物繼續發生作用，故28d后的強度將會繼續增長，這種強度的增長作為安全儲備。 注漿材料為水泥時，固結體抗壓強度的初步設定可參考下表。 對于大型的或重要的工程，應通過現場噴射試驗后采樣測試來確定固結體的強度和滲透性等性質。五 復合地基設計單樁豎向承載力特征值：可通過現場單樁荷載試驗確定，也可按教材137頁公式11.3-1和11.3-2兩式估算，取其中較小值。復合地基承載力特征值：應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時，可按教材137頁公式11.3-3估算。地基變形計算：應為樁長范圍內復合土層以及下臥土層變形之和，計算時應按國家標準建筑地基基礎設計規范GB500

34、07有關規定進行計算。六 孔距及布置一般情況孔距可取（23）d，布孔方式可采用正方形、矩形或三角形，或根據具體情況采用其它布孔方式。七 漿液材料與配方詳見教材138139頁。八 漿量計算有兩種方法，即體積法和噴量法（見教材140頁11.3-5和11.3-6），取其大者作為設計噴射漿量。九 防滲堵水設計防滲堵水工程設計時，最好按雙排或三排布孔形成帷幕，孔距為1.73(為旋噴樁設計半徑，排距為1.5 時最經濟。若想增加每一排旋噴樁的交圈厚度，可適當縮小孔距，按下式計算孔距：式中：為旋噴樁的交圈厚度；為旋噴樁的半徑；為旋噴樁孔位的間距。定噴和擺噴是一種常用的防滲堵水的方法，由于噴射出的板墻薄而長，不

35、但成本教旋噴低，而且整體連續性也很好。第四節 高壓噴射注漿法施工一 施工機具及設備高壓噴射注漿施工的主要機具為高壓水泵、高壓泥漿泵、普通泥漿泵、工程地質鉆機、高壓噴射鉆機、噴射注漿管、空氣壓縮機、泥漿攪拌機、高壓膠管和污水泵等。這些都是國產的中小型機具設備。因各種噴射注漿法的類型不同，所使用的施工機具和數量不盡相同。 高壓泥漿泵泥漿泵是用于輸送水泥系漿液的主要設備。由于水泥系漿液是顆粒狀的，對設備的密封系統和缸體有一定的磨損，磨損后吸入和排山的漿液不穩定，容易造成流量的下降。在單管法中，必須使用高壓泥漿泵作為送泵設備，二重管法和三重管法噴射施工則允許使用一般灌漿施工中常用的泥漿泵。 高壓水泵高

36、壓水泵是施工機械供水系統(由高壓水泵、壓力表、高壓截止閥和供水泵等組成的重要組成部分，要求壓力和流量穩定并能在一定范圍內調節。高壓旋噴一般要求噴水口的壓力達到1525MPa以上，出口流量為50100Lmin。 鉆機由于高壓噴射注漿施工時必須把注漿管放置地層預定深度內，因此，需要工程地質鉆機鉆孔。我國生產的工程地質鉆機型號眾多，應根據地層土質種類和鉆孔深度選用之。根據經驗，在軟弱粘性土中，鉆孔使用一般的小型鉆機即可，但在有礫砂土和硬粘土的地層中鉆孔，則需要重量大一些的鉆機。要求鉆機的鉆進能量為100m，鉆孔直徑為110150mm。高壓噴射注漿工藝要求所用鉆機除有般鉆機的功能外，還要求具有帶動注漿

37、管以1020rmin慢速轉動和以525cmmin慢速提升的功能，如所用鉆機不具備上述兩項功能，則需改制或配備具有上述兩項功能的旋噴機和鉆機的配合使用 普通泥漿泵普通泥漿泵主要用于三重管、多重管、多孔管法的施工中。 空氣壓縮機空氣壓縮機和流量計、輸氣管組成供氣系統，主要提供水氣或水漿復合噴射流的氣流。壓力要求為0.7MPa以上，氣量一般為36(2個噴嘴需3，4個噴嘴需6，宜選用低噪音空壓機。 泥漿攪拌機泥漿攪拌機和上料機、漿液貯存桶(簡稱貯漿捅共同組成制漿系統。根據經驗，單機高壓噴射注漿時，泥漿攪拌機的容積宜在1.2左右，攪拌翼的旋轉速度宜在3040rmm之間。泥漿攪拌機可選用普通灌漿工程用的造

38、漿系統。為使漿液高速攪拌、達到均勻混合的目的，也可選用高速攪拌機。 噴射注漿管噴射注漿管包括單管、二重管、三重管、多重管和多孔管等。目前我國只有前三種注漿管。各種噴射注漿管均由導流器(即送液器、注漿管(即鉆桿和噴頭三部分組成。 噴嘴噴嘴是將高壓泵輸送來的液體壓能最大限度地轉換成射流動能的裝置，它安裝在噴頭側面，其軸線與鉆桿軸線成90°或120°。 高壓膠管高壓膠管是鉆機和高壓泵或空氣壓縮機之間的軟性連接管路。包括輸送漿液高壓膠管和輸送壓縮空氣膠管。 高壓噴射注漿施工監測儀器為了控制高壓噴射注漿的質量達到設計要求，必須對各種噴射介質的壓力和流量及噴頭的旋轉速度和提升速度某項參數用儀器記錄下來，則可以當各種參數超過或低于設計值時，及時閃光鳴笛報警，施工人員及時檢查排除故障；二則可作為原始記錄存檔。綜上所述，所有參與噴射注漿施工的機具設備組成噴射注漿施工的五個系統，即造孔系統、供水系統、供氣系統、制漿系統和噴射系統，這五個系統有機地結合起來，共同完成高壓噴射注漿的施工，見表。高壓噴射注漿設備流程見圖。二 施工工序單管、二重管、三重管等噴射注漿法所注入的介質數量和種類是不相同的，但它們的施工工序基本是一致