三重管高壓旋噴注漿施工工法

三重管高壓旋噴注漿施工工法Constructionmethodofhigh-pressurerotary-spurtinggroutingwithtertiarytubeZhuKui1,ZhangCheng-kai2,YangXian-feng2(1.ConstructionQualitySupervisionStationofOuhaiWenzhouZhejiang325005;2.WenzhouDongfengconstructioncompanyWenzhouZhejiang325005)】Theconstructionmethodcharacteristic,principlesofcraft,constructioncraft,mainmaterial,machinesandqualitycontrolmeasure,environmentalprotectionmeasure,safetymeasureofhigh-pressurerotary-spurtinggroutingwithtertiarytubeareintroduced.Threemediumsuchashigh-pressuredwater,compressedairandcementmortargothroughthetertiarygroutingtube,simultaneously,high-pressurespraycutanddestructsoilaroundtube,whichagitateandmixcementmortarandsoil,differentshapehydromassformafterthecementmortarcoagulation.1.前言^高壓噴射注漿按注漿管類型可分為單管、二重管和三重管三種方法。單管采用單純噴射水泥漿液的方法;二重管在水泥漿液射流外面包裹一層高壓空氣同時(shí)噴射,來破壞土層結(jié)構(gòu),同時(shí)完成置換、填充;而三重管則是以包裹了高壓空氣的高壓水流來破壞土層結(jié)構(gòu),再以水泥漿液進(jìn)行置換、填充。三重管高壓噴射注漿的效果,不僅與地質(zhì)條件有關(guān),而且與施工所采用的高噴技術(shù)參數(shù)和施工工藝有關(guān)。高噴施工技術(shù)參數(shù)包括高壓水、高壓空氣、漿液三種工作介質(zhì)的壓力、流量、噴嘴直徑和注漿管的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度,以及回漿的數(shù)量、比重等,必須正確選擇這些參數(shù),才能保證高壓噴射注漿的質(zhì)量。2.工法特點(diǎn)高壓水、高壓空氣、水泥漿液三種介質(zhì)通過三重管注漿管,以高壓射流切割、破壞周圍的土體,使水泥漿與土粒攪拌混合水泥漿凝固后形成各種不同形狀的注漿體。三重管高壓旋噴注漿中高壓水和水泥漿液體流量的總和比單管、二重管高壓噴射注漿大一倍多,更充分利用了噴射流的能量,再加上壓縮空氣的升揚(yáng)作用,增加了漿液擴(kuò)散距離。三重管高壓旋噴采用水平噴射方式,提高漿液噴射壓力,不僅有助于漿液與土體的攪拌混合,而且可以對土體進(jìn)行二次切割破壞,有利于擴(kuò)大旋噴注漿體直徑和提高攪拌均勻程度。3.適用范圍本工法適用于工業(yè)與民用建筑工程中的淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、濕陷性黃土、人工填土等的地基加固;既有建筑和新

建筑的地基處理,深基坑側(cè)壁擋土或擋水,基坑內(nèi)防止管涌與隆起的加固,壩的加固與防水帷幕等工程。4.工藝原理三重管高壓旋噴是以高壓水作為噴射動力,通過一定形狀的噴嘴,產(chǎn)生能量大、連續(xù)脈沖運(yùn)動的高壓射流,切削、沖擊、破壞土體結(jié)構(gòu),使水泥漿與土顆粒置換、攪拌、混合,因水泥的水化作用而凝結(jié),在土層中形成注漿體。為了防止水射流衰減過快,增加有效射程,在高壓水射流的噴射孔周圍,加上水射流的噴射孔周圍,加上筒狀的空氣噴流,形成水、氣的同軸噴射。低壓的水泥漿依賴高壓水噴射流,使水泥漿與土顆粒攪拌混合。三重管注漿管由內(nèi)、中、外三種不同直徑無縫鋼管以特殊的連接件組裝而成,高壓水走內(nèi)管,高壓空氣走內(nèi)、中管間的環(huán)形空間,水泥漿走中管與外管間的環(huán)形空間,三種介質(zhì)各走自身的通道,互不串通。高壓空氣包裹高壓水射流作同軸噴射,防止高壓水射流分散漫射而使水壓力衰減過快,同時(shí)由注漿泵壓注水泥漿,雖然漿液的壓力不高,但由于高壓射流的作用,使水泥漿與被切削下來的土粒攪拌混合,從而達(dá)到加固土體的作用。由于三重管旋噴是高壓水射流和水泥漿的共同作用,旋噴后返漿量多,而且漿液含水量高,相對密度較低（對于淤泥質(zhì)地層漿液相對密度為1.351.4）,故旋噴后注漿體沉降量大，容易形成孔穴,因此要進(jìn)行漿液回灌,直至注漿體不再沉降為止。5.施工工藝5.1工藝流程。旋噴機(jī)就位f鉆孔f下三重管―接通管路f試噴f旋噴注漿―漿液回灌5.2旋噴機(jī)就位。鉆機(jī)就位時(shí)機(jī)座要平穩(wěn),立軸或轉(zhuǎn)盤要與孔位對正,鉆桿與注漿體位置偏差應(yīng)在10mn以內(nèi)。5.2.2鉆機(jī)就位后應(yīng)進(jìn)行垂直校正,傾角誤差一般不得大于0.5°,鉆機(jī)垂直度須保證在1%以內(nèi)。5.3鉆孔。在空壓機(jī)、清水泵,泥漿泵低壓狀態(tài)下成孔,將噴頭送至設(shè)計(jì)標(biāo)高5.4下三重管。在插入三重管前先檢查高壓水與空氣噴射情況,各部位密封圈是否封閉,插入后先作高壓水射水試驗(yàn),合格后方可噴射漿液。如因塌孔插入困難時(shí)可用低壓水(0.12MPay中孔噴下，但須把高壓水噴嘴用塑料包裹以免泥土堵塞。5.5接通管路。三重注漿管下放到設(shè)計(jì)深度后,接通管路,依次開動高壓水泵和空氣壓縮機(jī),檢查壓力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,如果達(dá)不到要求,檢查密封與噴嘴的狀況是否正常;如果壓力正常,開動水泥注漿泵。5.6試噴。旋噴開始時(shí)先送高壓水再送水泥漿和壓縮空氣,在一般情況下壓縮空氣可晚送30s,在注漿體底部邊旋轉(zhuǎn)邊噴射1min后再進(jìn)行邊旋轉(zhuǎn)邊提升邊噴射。562當(dāng)噴管達(dá)到預(yù)定位置，原位旋噴35min,以達(dá)到擴(kuò)大注漿體底部直徑的目的,保證注漿體底部與持力層具有較好的連接性。旋噴注漿。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行不得中斷拆卸鉆桿,要保持鉆桿伸入下節(jié)100mm以上,以免注漿體脫節(jié)。鉆機(jī)發(fā)生故障應(yīng)停止提升鉆桿和旋噴,并應(yīng)立即檢修排除故障,避免注漿體斷開。隨時(shí)測定進(jìn)漿與回漿密度,切實(shí)保證工藝參數(shù)要求。當(dāng)回漿量小于進(jìn)漿量的20%時(shí),可視為正?，F(xiàn)象,當(dāng)超過20%或完全不回漿時(shí),應(yīng)查明原因并采取下列措施:若原地層中有較大的空隙引起的不回漿時(shí),則可在漿液中摻加適量的速凝劑,縮短固結(jié)時(shí)間。必要時(shí)也可考慮加大進(jìn)漿量或灌細(xì)砂充填,待填滿后再繼續(xù)旋噴?；貪{量過大,其原因一般是有效旋噴范圍與進(jìn)漿量不相適應(yīng)所致,即注漿量明顯超過旋噴所需的漿量,可以適當(dāng)調(diào)整進(jìn)漿量。減少回漿量的措施有三種:提高旋噴壓力;縮小噴嘴直徑;加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度。旋噴復(fù)噴。5.8.1每次拆卸三重管后再噴注時(shí)，要保證300mn復(fù)噴段，以防注漿體斷開,拆卸下來的三重管注漿管要及時(shí)沖洗干凈,并檢查三重管的密封圈,如有損壞需及時(shí)更換。582為提高注漿體的承載力，在注漿體底部1m范圍內(nèi)應(yīng)采取復(fù)噴,適當(dāng)增加旋噴時(shí)間。5.9沉降觀測。旋噴過程中要注意注漿體沉降觀測以及地基沉降觀測,當(dāng)處理既有建筑地基時(shí)應(yīng)采取速凝漿液或大間距隔孔旋噴和冒漿回灌等措施,以防旋噴過程中地基產(chǎn)生附加變形,避免基礎(chǔ)與基礎(chǔ)間出現(xiàn)脫空從而影響被加固建筑及鄰近建筑。5.10漿液回灌。用25mm的自來水管加工成灌漿管,前端帶尖頭并在管側(cè)開4個對稱小孔,灌漿時(shí)將灌漿管通過孔口管插入注漿體內(nèi),開動泥漿泵灌入0.8:1的單液水泥漿。隨時(shí)觀察孔口管內(nèi)流出漿液的變化情況,直到注漿體孔內(nèi)的漿液面不再下沉,停止灌漿。5.11高壓噴射注漿技術(shù)參數(shù)。5.11.1高壓水噴頭的噴嘴內(nèi)徑。噴頭的噴嘴內(nèi)徑對高噴工作條件影響很大,噴射壓力與噴嘴內(nèi)徑的4次方成反比。高噴施工應(yīng)根據(jù)工作條件選擇噴嘴規(guī)格,并在施工過程中經(jīng)常檢查噴嘴的磨耗情況和暢通情況。表1為在不同壓力、流量條件下高壓水噴嘴內(nèi)徑。準(zhǔn)錐形噴嘴，噴嘴位置在高壓水嘴下方100?200mm處。漿液流量不僅與注漿壓力及噴嘴內(nèi)徑有關(guān),而且必須與旋噴注漿體直徑及注漿管提升速度相適應(yīng)。為了防止因注漿管提升速度過快造成旋噴注漿體直徑偏小,施工中采用注漿量較小的注漿泵,這樣在噴嘴內(nèi)徑一定時(shí)，注漿壓力也較小。注漿壓力為0.5?2.0MPa,與之相應(yīng)的噴嘴內(nèi)徑列于表25.11.3.2進(jìn)漿漿液比重。進(jìn)漿漿液比重是控制漿液水灰比的重要參數(shù),不同水灰比的水泥漿液比重及材料用量列于表3。三重管法回漿成份包括被置換的土、部份水泥漿液和水,其回漿比重和回漿量決定于土的置換率、單位時(shí)間內(nèi)水的噴量和漿液噴量、漿液水灰比,三重管回漿比重的測算值列于表4?；貪{比重是反映高噴狀態(tài)的一項(xiàng)重要指標(biāo),施工中必須經(jīng)常檢測,一般應(yīng)每5?10min或每1m旋噴檢測一次。若發(fā)現(xiàn)回漿比重與測算值有較大出入時(shí),應(yīng)查明原因處理。通?；貪{比重過低,反映高噴置換率偏低,注漿體質(zhì)量差,或進(jìn)漿水灰比過低、噴漿量過小;回漿比重過高,有可能反映成注漿體直徑偏小,或進(jìn)漿水灰比過高、高壓射水流量過小。5.11.3.4注漿管提升速度。注漿泵流量越大時(shí),提升速度應(yīng)相應(yīng)提高;提升速度與旋噴注漿體直徑的平方成反比。提升速度應(yīng)根據(jù)旋噴注漿體設(shè)計(jì)直徑和所選用的注漿泵的流量按式(1)確定:V=qn4D2K(1+B)(1)式中V為注漿管提升速度(m/min);q為單位時(shí)間的注漿量(m3/min);D為設(shè)計(jì)旋噴注漿體直徑(m);K為填充率，取0.75?0.9;B為損失系數(shù)，取0.1?0.2。5.11.3.5注漿管旋轉(zhuǎn)速度注漿管旋轉(zhuǎn)速度越快,工作介質(zhì)對土體作用時(shí)間越短,注漿體直徑越小;旋轉(zhuǎn)速度減慢,注漿體直徑將會增大。但是旋轉(zhuǎn)速度減慢到一定程度后,意味著工作介質(zhì)對同一高度范圍內(nèi)的土體的重復(fù)切割次數(shù)減少,反而降低了破壞和置換土體的作用,注漿體直徑會減小。旋轉(zhuǎn)速度要與提升速度相配合,一般以每提升10mm旋轉(zhuǎn)0.8?2圈為宜。6.主要材料及施工機(jī)具6.1主要材料。水泥應(yīng)采用32.5級或42.5級普通水泥,要求新鮮無結(jié)塊,水泥應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)及過篩,其細(xì)度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)篩（孔徑為0.08mm）的篩余量不大于15%泥漿水灰比為1:1~1.5。為消除離析,一般再加入水泥用量3%的陶土,0.9%的堿。漿液宜在旋噴前1h以內(nèi)配制使用,并濾去硬塊砂石等以免堵塞管路和噴嘴。主要施工機(jī)具（見表5）。勞動力組織（見表6）。7.質(zhì)量控制7.1相鄰注漿體施工間距應(yīng)小于 4?6m,相鄰兩注漿體施工間隔時(shí)間應(yīng)不小于48h。保證水泥標(biāo)號、質(zhì)量及水泥漿的水灰比,同時(shí)旋噴注漿要連續(xù)進(jìn)行,不得中途停止作業(yè)。旋噴時(shí)必須嚴(yán)格按照預(yù)定提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、水泥漿的濃度和排量等技術(shù)參數(shù)施工,并時(shí)刻觀察高壓泵、空壓機(jī)和注漿泵的壓力及流量變化,認(rèn)真觀測壓力表,如壓力驟升表明噴嘴堵塞,應(yīng)立即停止作業(yè),待處理完堵塞后才能開始工作。在插管旋噴過程中,要注意防止噴嘴被堵,壓力和流量必須符合設(shè)計(jì)值,否則要拔管清洗,再重新進(jìn)行插管和旋噴。使用雙噴嘴時(shí),若一個噴嘴被堵,則用復(fù)噴方法繼續(xù)施工。鉆桿要進(jìn)行量測,并作記錄,經(jīng)常檢查孔深,保證孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求。旋噴注漿施工完成后,不能隨意堆放重物,防止旋噴注漿變形。8.安全措施高壓泥漿泵應(yīng)全面檢查和清洗干凈,防止泵體的殘?jiān)嬖?各密封圈完整無泄漏,安全閥中的安全銷要進(jìn)行試壓檢驗(yàn),確保能在額定最高壓力時(shí)斷銷卸壓。壓力表應(yīng)定期檢查,保證正常使用。司鉆人員需熟練操作技能,了解注漿全過程及鉆機(jī)旋噴注漿工藝。高壓膠管不能超過壓力范圍使用,使用時(shí)屈彎不小于規(guī)定的彎曲半徑,防止高壓膠管破裂。9.環(huán)保措施施工過程中要注意漿液的排放。在下水道鐵蓖周圍用磚砌成圍堰,以免冒上來的廢漿流入下水道中去。使用污泥泵把冒上來的廢漿打到施工前已準(zhǔn)備好的儲漿池中,然后將廢漿打入槽車內(nèi)運(yùn)走。為了防止廢漿硬化于槽車中,需要不斷地?cái)嚢鑿U漿,并摻加一定量的緩凝劑。10.效益分析三重管高壓旋噴注漿施工工法經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著,主要優(yōu)點(diǎn)如下:受土層、土的粒度,土的密度、硬化劑硬化時(shí)間的影響較小?？刹捎脙r(jià)格便宜的水泥作為主要硬化劑,加固體的強(qiáng)度較高,根據(jù)土質(zhì)不同,加固體的強(qiáng)度可為500~1000KPa?？梢杂杏?jì)劃地在預(yù)定的范圍內(nèi)注入必要的漿液,形成一定間距的注漿體,或連成一片帷幕墻,加固深度可自由調(diào)節(jié),連續(xù)或分段均可。采用相應(yīng)的鉆機(jī),不僅可以形成垂直的注漿體,也可以形成傾斜的注漿體?？梢宰鳛槭┕ぶ械呐R時(shí)措施,也可作為永久建筑物的地基加固,尤其是對已有建筑物地基補(bǔ)強(qiáng)和基坑開挖中需要對臨近舊建筑物加以保護(hù)時(shí),這種方法能發(fā)揮其特殊作用。11.應(yīng)用實(shí)例11.1工程實(shí)例1。某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)地下管線布置及周圍建筑物限制采用鉆孔灌注樁’鉆孔灌