高压喷射注浆法

1、第九章 高压喷射注浆法第一节 概述高压喷射注浆法是60年代后期创始于日本，它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。固结体的形状和喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种型式如图9·1·1所示。图9·1·1 高压喷射注浆的三种形式旋喷法施工时，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，提高地基土的抗剪

2、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。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。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摇动，固结体形如较厚的墙板状。 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。一、高压喷射注浆法的工艺类型 当前高压喷射注浆法的基本工艺类型有：单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法。 （一）单管法单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管(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20

3、Mpa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，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体，如图9·1·2所示。这种工法日本称为CCP工法：图9·1·2 单管旋喷注浆示意图 (二)二重管法 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左右压力时浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右压力把压缩空气，从内喷嘴中高速喷出。在高压浆

4、液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。固结体的直径明显增加如图9·1·3所示。这种方法日本称为JSG工法。图9·1·3二重单管旋喷注浆示意图 (三)三重管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为25MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升动，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体如图9·1&#

5、183;4所示。这种方法日本称CJP工法。图9·1·4三重管旋喷注浆示意图 (四)多重管法 这种方法首先需要在地面钻个导孔，然后置人多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压力水射流(压力约40MPa)，切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个较大的空间。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液、砂浆、砾石等材料进行填充：于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体，在砂性土中最大可达4m，如图9·1·5所示，这种方法日本称为sss-MAN工法。图9&#

6、183;1·5 多重管旋喷示意图二、高压喷射注浆法的特征及适用范围（一）高压喷射注浆法的特征 1、适用范围较广。 由于固结体的质量明显提高，它既可用于新建工程也可用于竣工后的托换工程。 2、施工简便。 只需在土层中钻一个孔径为50mm或300mm的小孔，便可在土中喷射成直径为0.44.0m的固结体，因而在施工时能贴近已有建筑物，成型灵活。 3、可控制固结体形状。 在施工中可调整旋喷速度和提升速度、增减喷射压力或更换喷嘴孔径改变流量，使固结体形成工程设计所需要的形状。 4、可垂直、倾斜和水平喷射。 通常在地面上进行垂直喷射注浆，但在隧道、矿山井巷工程地下铁道等建设中，亦可采用倾斜和水平

7、喷射注浆。 5、耐久性较好。 6、料源广阔。浆液以水泥为主体。在地下水流速快或含有腐蚀性元素、土的含水量大或固结体强度要求高的情况下，则可在水泥中捶人适量的外加剂，以达到速凝、高强、抗冻、耐蚀和浆液不沉淀等效果。7、设备简单。高压喷射注浆全套设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少、能在狭窄和低矮的空间施工。（二）高压喷射注浆法的工程应用范围 1、增加地基强度。 提高地基承载力，整治已有建筑物沉降和不均匀沉降的托换工程； 减少建筑物沉降，加固持力层或软弱下卧层； 加强盾构法和顶管法的后座，形成反力后座基础。 2、挡土围堰及地下工程建设。 保护邻近建、构筑物； 保护地下工程建设； 防止基坑底部隆起

8、。3、增大土的摩擦力和黏聚力。 防止小型坍方滑坡； 锚固基础。4、减少振动、防止液化。 减少设备基础振动； 防止砂土地基液化。5、降低土的含水量。 整治路基翻浆冒泥； 防止地基冻隆。 6、防渗帷幕。 河堤水池的防漏及坝基防渗； 帷幕井筒； 防止盾构和地下管道漏水漏气； 地下连续墙补缺； 防止涌砂冒水。第二节 加固机理一、高压水喷射流性质高压水喷射流是通过高压发生设备，使它获得巨大能量后，从一定形状的喷嘴，用一种特定的流体运动方式，以很高的速度连续喷射出来的，能量高度集中的一股液流。在高压高速的条件下，喷射流具有很大的功率，即在单位时间内从喷嘴中射出的喷射流具有很大的能量，其功率与速度和喷射流的

9、压力的关系如表9·2·1所示。喷射流的速度与功率 表9·2·1喷嘴压力（pa）喷嘴出口孔径d0(cm)流速系数流量系数射流速度v0(m/s)喷射功率N(kW)10×1060.300.9630.9461368.520×1060.300.9630.94619224.130×1060.300.9630.94624344.440×1060.300.9630.94628068.350×1060.300.9630.94631395.4注：流量系数和流速系数为收敛圆锥体13o24角喷嘴的水力实验值。从上表可见，虽喷嘴的

10、出口孔径只有3mm，由于喷射压力为10、20、30、40和50 MPa，它们是以136、192、243、280和313ms的速度连续不断地从喷嘴中喷射出来，它们的喷射功率分别为8.5、24、44、68和95KW。二、高压喷射流的种类和构造高压喷射注浆所用的喷射流共有四种：(1)单喷射流为单一的高压水泥浆喷射流；(2)二重管喷射流为高压浆液喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流，组成为复合式高压喷射流；(3)三重管喷射流由高压水喷射流与其外部环绕的压缩空气喷射流组成，亦为复合式高压喷射流；(4)多重管喷射流为高压水喷射流。 以上四种喷射流破坏土体的效果不同，但其构造可划分为单液高压喷射流和水(浆)、

11、气同轴喷射流二种类型。（一）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重管的高压水喷射流，它们的射流构造可用高压水连续喷射在空气中的模式，如图9·2·1所示予以说明。高压喷射流可由三个区域所组成：即保持出口压力P0的初期区域A、紊流发达主要区域B和喷射水变成不连续喷流的终期区域C等三部分。 图 9·2·1 高压喷射流构造在初期区域中，喷咀出口处速度分布是均匀的，轴向动压是常数，保持速度均匀的部分向前面逐渐愈来愈小，当达到某一位置后，断面上的流速分布不再是均匀的了。速度分布保持均匀的这一部分称为喷射核(即E区段)，喷射核末端扩散宽度稍有增加，

12、轴向动压有所减小的过渡部分称为迁移区(即D区段)。初期区域的长度是喷射流的一个重要参数，可据此判断破碎土体和搅拌效果。 在初期区域后为主要区域，在这一区域内，轴向动压陡然减弱，喷射扩散宽度和距离平方根成正比，扩散率为常数，喷射流的混合搅拌在这一部分内进行。在主要区域后为终期区域，到此喷射流能量衰减很大，末端呈雾化状态，这一区域的喷射能量较小。喷射加固的有效喷射长度为初期区域长度和主要区域长度之和，若有效喷射长度愈长；则搅拌土的距离愈大，喷射加固体的直径也愈大。（二）高压喷射流的压力衰减在空气中和水中喷射得到的压力与距离的关系曲线，如图9·2·2所示。图9·2

13、83;2 喷射流在中心轴上的压力分布曲线喷射流在空气中喷射水时： (9·2·1)喷射流在水中喷射水时： (9·2·2)式中 初期区域的长度，m； 喷射流中心轴距喷咀距离，m； 填咀出口压力，kPa； 喷流中心轴上距喷咀x距离的压力，kPa。根据试验结果：在空气中喷射时 =(75100)d0在水中喷射对 =(66.5)d0式中 d0 喷咀直径。当压力高达1040 MPa的喷射流在介质中喷射时，压力的衰减规律也可近似地采用下列经验公式： (9·2·3)式中 K，n系数（适用于=50300 d0）。（三）水(浆)、气同轴喷射流的构造二重管旋

14、喷注浆同轴喷射流，与三重管旋喷注浆的水、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筒状气流，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。在初期区域A内，水喷流的速度保持喷咀出口的速度，但由于水喷射与空气流相冲撞及喷咀内部表面不够光滑，以至从喷咀喷射出的水流较紊乱，再加以空气和水流的相互作用，在高压喷射水流中形成气泡，喷射流受到干扰，在初期区域的末端，气泡与水喷流的宽度一样。在迁移区域D内，高压水喷射流与空气开始混合，出现较多的气泡。在主要区域B内，高压水喷射流衰减，内部含有大量气泡，气泡逐渐分裂破坏，成为不连续的细水滴状，同轴喷射流的宽度迅速扩大。 水(浆)、气

15、同轴喷射流的初期区域长度可用以下经验公式表示 （9·2·4）式中 V0初期流速，ms。旋喷时，若高压水、气同轴喷射流的初期速度为20ms，则初期区域长度xc0.10m，而以高压水喷射流单独喷射时，xc仅为0.015m，可见，水、气同轴喷射的初期区域长度增加了近6倍。三、加固地基的机理(一)高压喷射流对土体的破坏作用破坏土体的结构强度的最主要因素是喷射动压，根据动量定律，在空气中喷射时的破坏力为： (9·2·5)式中 p破坏力，kgms2； 密度，kgm3； 流量，m3s，Q=VmA； Vm喷射流的平均速度，ms。 (9·2·6)式中

16、A喷咀断面积，m2。亦即破坏力对于某一种密度的液体而言，是与该射流的流量Q、流速Vm和乘积成正比。而流量Q又为喷咀断面积A与流速Vm的乘积。所以在一定喷嘴面积A的条件下，为了取得更大的破坏力，需要增加平均流速，也就是需要增加旋喷压力，一般要求高压脉冲泵的工作压力在20 MPa以上，这样就使射流象刚体一样，冲击破坏土体，使土与浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。喷射流在终期区域，能量衰减很大，不能直接冲击土体使土颗粒剥落，但能对有效射程的边界土产生挤压力，对四周土有压密作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙里，使固结体与四周土紧密相依，不产生脱离现象。(二)水(浆)、气同轴喷射流对土的破坏作用 单

17、射流虽然具有巨大的能量，但由于压力在土中急剧衰减，因此破坏土的有效射程较短，致使旋喷固结体的直径较小。当在喷咀出口的高压水喷流的周围加上圆筒状空气射流，进行水、气同轴喷射时，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大，图9·2·3所示，为不同类喷射流中动水压力与距离的关系，表明高速空气具有防止高速水射流动压急剧衰减的作用。图9·2·3 喷射流轴上动水压力与距离的关系1高压喷射流在空中单独喷射；2水、气同轴喷射流在水中喷射

18、；3高压喷射流在水中单独喷射旋喷时，高压喷射流在地基中，把土体切割破坏。其加固范围就是喷射距离加上渗透部分或压缩部分的长度为半径的圆柱体。一部分细小的土粒被喷射的浆液所置换，随着液流被带到地面上(俗称冒浆)，其余的土粒与浆液搅拌混合。在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，横断面上土粒按质量大小有规律地排列起来，小颗粒在中部居多，大颗粒多数在外侧或边缘部分，形成了浆液主体搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间便凝固成强度较高渗透系数较小的固结体。随着土质的不同，横断面结构也多少有些不同。由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量也不均匀，通常是中心部分强度低，边缘部分强度高。定喷时，高压喷射注

19、浆的喷咀不旋转，只作水平的固定方向喷射，并逐渐向上提升，便在土中冲成一条沟槽，并把浆液灌进槽中，最后形成一个板状固结体。(三)水泥与土的固结机理水泥与水拌合后，首先产生铝酸三钙水化物和氢氧化钙，它们可溶于水中，但溶解度不高，很快就达到饱和，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。这种胶质物体有一部分混在水中悬浮，后来就包围在水泥微粒的表面，形成一层胶凝薄膜。所产生的硅酸二钙水化物几乎不溶于水，只能以无定形体的胶质包围在水泥微粒的表层，另一部分渗入水中。由水泥各种成份所生成的胶凝膜，逐渐发展起来成为胶凝体，此时表现为水泥的初凝状态，开始有胶黏的性质。此后，水泥各成分在不缺水、不干涸的情况

20、下，继续不断地按上述水化程序发展、增强和扩大，从而产生下列现象。1、胶凝体增大并吸收水分，使凝固加速、结合更密；2、由于微晶(结晶核)的产生进而生出结晶体，结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始；3、水化作用继续深入到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完了，所以水化过程是一个长的过程。四、加固土的基本性状(一)直径较大 旋喷固结体的直径大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。对黏性土地基加固，单管旋喷注浆加固体直径一般在0.30.8m，三重管旋喷注浆加固体直径可达

21、0.71.8m，二重管旋喷注浆加固体直径介于以上二者之间。多重管旋喷注浆加固直径可达2.04.0m。旋喷桩设计直径见表9·2·2。定喷和摆喷的有效长度约为旋喷桩直径的1.01.6倍。 旋喷桩的设计直径（m） 表9·2·2方 法土 质单 管 法二 重 管 法三 重 管 法黏性土0<N<50.50.80.81.21.21.86<N<100.40.70.71.11.01.611<N<200.30.60.60.90.71.2砂性土0<N<100.61.01.01.41.52.011<N<200.50.9

22、0.91.31.21.821<N<300.40.80.81.20.91.5(二)固结体形状可不同在均质土中，旋喷的圆柱体比较匀称，而在非均质土或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不均称，甚至在圆柱体旁长出异片。由于喷射流脉动和提升速度不均匀，固结体的外表很粗糙。三重管旋喷固结体受气流影响，在粉质砂土中外表格外粗糙。固结体的形状可通过喷射参数来控制，大致可喷成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、板墙状及扇形状。在深度大的土中，如果不采用其它措施，旋喷圆柱固结体可能出现上粗、下细似胡萝卜的形状。(三)重量轻固结体内部土粒少并含有一定数量的气泡。因此，固结体的重量较轻，黏性土固结体比原状土轻约10，

23、但砂类土固结体也可能比原状土重10。(四)渗透系数小固结体有一层较致密的硬壳，其渗透数达10-6cms或更小，故具有一定的防渗性能。(五)固结强度高土体经过喷射后，土粒重新排列，水泥等浆液含量大。由于一般外侧土颗粒直径大，数量多，浆液成分也多，因此在横断面上中心强度低，外侧强度高，与土交换的边缘处有一圈坚硬的外壳。(六)单桩承载力高旋喷桩固结体有较高的强度，外形凸凹不平，因此有较大的承载力，固体直径愈大，承载力愈高。见表9·2·2和表9·2·3。 高压喷射注浆固结体性质一览表 表9·2·3 喷注种类固结体性质单 管 法二 重 管 法三

24、 重 管 法单桩垂直极限荷载（kN）500600100012002000单桩水平极限荷载（kN）3040最大抗压强度（MPa）砂类土1020，黏性土510，黄土510，砂砾820平均抗剪强度/平均抗压强度1/51/10弹性模量（MPa）k×103干密度(g/cm3)砂类土1.62.0黏性土1.41.5黄土1.31.6渗透系数（cm/s）砂类土10-510-6黏性土10-610-7砂砾10-610-7C（MPa）砂类土0.40.5黏性土0.71.0（度）砂类土3040黏性土2030N（击数）砂类土3050黏性土2030弹性波速（km/s）P波砂类土23黏性土1.520S波砂类土1.01

25、.5黏性土0.81.0化学稳定性 较 好第三节 设计计算一、旋喷直径确定通常应根据估计直径来选用喷射注浆的种类和旋喷方式。对于大型的或重要的工程，估计直径应在现场通过试验确定。二、地基承载力计算用旋喷桩处理的地基，应按复合地基设计。旋喷桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算或结合当地情况与其土质相似工程的经验确定。 (9·3·1)式中 复合地基承载力标准值，kPa； Ae 根桩承担的处理面积，m2 Ap 桩的平均截面积，m2； 桩间天然地基土承载力折减系数，可根据试验确定，在无试验资料时，可取0.20.6，当不考虑桩间软土的作用时，可取零； 单

26、桩竖向承载力标准值(kN)，可通过现场载荷试验确定。 也可按下列二式计算，并取其中较小值： (9·3·2) (9·3·3)式中 桩身试块(边长为0.7m的立方体)的无侧限抗压强度平均值，kPa； 强度折减系数，可取0.350.5； d 桩的平均直径，m； 桩周第i层土的厚度，m； 桩周第i层土的摩擦力标准值，可采用钻孔灌注桩侧壁摩擦力标准值，kPa； 桩端天然地基土的承载力标准值( kPa)，可按国家标准建筑地基基础设计规范的有关规定确定。旋喷桩单桩承载力的确定，基本出发点是与钻孔灌注桩相同，但在下列方面有所差异：1、桩径与桩的面积。由于旋喷桩桩身的均匀

27、性较差，因此选用比灌注桩更高的安全度，另外桩径与土层性质及喷射压力有关。这两个因素并非固定不变，所以在计算中规定选用平均值。2、桩身强度。设计规定按28天强度计算。试验证明，在黏性土中，由于水泥水化物与黏土矿物继续发生作用，故28天后的强度将会继续增长，这种强度的增长作为安全储备。3、综合判断。由于影响旋喷单桩承载力的因素较多，因此除了依据现场试验和规范所提供的数据外，尚应根据本地区的经验作出综合判断。 如果桩的强度较高，并接近于混凝土桩身强度，以及当建筑物对沉降要求很严格时，则可不计桩间土的承载力，全都外荷载由旋喷桩承担，即=0，在这种情况下，则与混凝桩计算相同。三、地基变形计算旋喷桩的沉降

28、计算应为桩长范周内复合土层以及下卧层地基变形值之和，计算时应按国家标准建筑地基基础设计规范的有关规定进行计算。其中复合土层的压缩模量可按下式确定： (9·3·4) 式中 旋喷桩复合土层的压缩模量，kPa； 桩间土的压缩模量，可用天然地基土的压缩模量代替，kPa； 桩体的压缩模量，可采用测定混凝土割线模量的方法确定，kPa。旋喷桩复合地基变形计算的模式均以土力学和混凝土材料性质有关理论为基础。由于旋喷桩的强度远远高于土的强度，因此确定旋喷桩压缩模量采用混凝土确定割线弹性模量的方法，就是在试块的应力应变曲线中，连接0点至某一应力处割线的正切值，见图9·3·1

29、。 (9·3·5)图9·3·1 曲线值取0.4倍破坏强度，做割线模量的试块边长为100mm的立方体。由于旋喷桩的性质接近混凝上的性质，同时采用0.4的折减系数与旋喷桩强度折减值也相近，故在建筑地基处理技术规范中规定了采用这种方法计算。四、防渗堵水设计防渗堵水工程设计时，最好按双排或三排布孔形成帷幕，孔距应为1.73R0(R0为旋喷设计半径)、排距为1.5 R0最经济。若想增加每一排旋喷桩的交圈厚度，可适当缩小孔距，按下式计算孔距： (9·3·6)式中 e 旋喷桩的交圈厚度，m； R0 旋喷的半径，m； L 旋喷桩孔位的间距，m。定喷和

30、摆喷是一种常用的防渗堵水的方法，由于喷射出的板墙薄而长不但成本较旋喷低，而且整体连续性亦高。相邻孔定喷连接形式见图9·3·2，其中：(a)单喷咀单墙首尾连挂；(b) 双喷坦单墙前后对接；(c)双喷咀单墙折线连接；(d)双喷咀双墙折线连接；(e)双喷咀夹角单墙连接；(f)单喷咀扇形单墙首尾连接；(e)双喷咀扇形单墙前后对接；(h)双喷咀扇形单墙折线连接。图9·3·2 定喷帷幕形式示意图摆喷连接形式也可按图9·3·3方式进行布置。图9·3·3 摆喷防渗帷幕形式示意图五、浆量计算浆量计算有两种方法，即体积法和喷量法，取其

31、大者作为设计喷射浆量。(一)体积法。 (9·3·7)式中 需要用的浆量，m3； 旋喷管直径，m3； 注浆管直径，m3； 填充率(0.750.9)； 旋喷长度，m； 未旋喷范围土的填充率(0.50.75)； 未旋喷长度，m； 损失系数(0.1 0.2)。(二)喷量法。以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间，计算出浆量，计算公式为： (9·3·8)式中 浆量，m3； V提升速度，mmin； H喷射长度，m； q单位时间喷浆量m3min； 损失系数，0.10.2。 根据计算所需的喷浆量和设计的水灰比，即可确定水泥的使用数量。六、浆液材料与配方（一）浆液特性根据喷射

32、工艺要求，浆液具备以下特性：1、有良好的可喷性目前，我国基本上采用以水泥浆为主剂，掺入小量外加剂的喷射方法，水灰比一般采用1：1到1.5：1就能保证较好的喷射效果。试验证明，水灰比愈大，则可喷性愈好，但过大的水灰比会影响浆液的稳定性。浆液的可喷性可用流动度或黏度来评定。流动度的测定标准为：用上口直径为36mm，下口直径64 mm，高度为60 mm，内壁光滑无接缝的铁制圆锥体一个，玻璃板一块。试验前将用湿布擦过的锥体置于水平玻璃板上，把配好的浆液均匀搅拌3min，立即注入锥体内，刮平后将锥体迅速垂直提起，浆液即自然流开，30s后量取两垂直方向的直径，即其平均值作为浆液的流动度。流动度大的浆液，表

33、示具有良好的流动性和喷射性。可灌性的好坏可用黏度来表示。黏度是表示浆液在流动时，由于分子间的相互作用产生阻碍减动的内摩擦力。一般浆液的黏度系指浆液配成后的初始黏度，不是反应开始后的黏度。不同的浆液有不同的初始黏度，甚至相同的浆液可根据需要配成不同浓度和加入不同量的外掺剂就得到不同的黏度。另外，黏度也是随温度而变化的，测定时要注意施工时温度。测定黏度的大小常用黏度计、旋喷型黏度计等，另外尚配有漏斗、量标、筛网和泥浆杯等。使用方法是：在测定黏度前先将黏度计用水冲刷干净，将要测定的水泥浆搅拌均匀，然后用量杯将500 m1的水泥浆液通电筛网注入黏度计的漏斗中，其流出的口用手指堵住，不使浆液流出，测量时

34、将500m1的量标置于流出口下，当放开堵住出口的手指时，同时开动秒表，待水泥流到500 m1的量杯边缘时，再按停秒表，记下水泥流出的时间，这就水泥浆的黏度，其单位用秒表示，这种黏度常用水来校正， 正常的黏度计流出500 m1水的时间为1s，如使用的黏度计有误差时要进行校正。水泥浆可喷性与水泥的粒径有关，水泥粒度越细则可喷性越好。2、有足够的稳定性水泥浆液稳定系指浆液在初凝前析水率小，水泥的沉降速度慢，分散性好以及浆液混合后经高压喷射而不改变其物理化学性质。为提高水泥浆液的稳定性可采取以下措施：（1）不断搅拌浆液，使盛浆桶上下左右的浆液均匀；（2）水泥的细度要求在标准筛上(4900孔cm2)的筛

35、余量不得超过15，水泥的细度越细表面积越大，需水量增大，析水率减小，浆液的沉降变慢，其稳定性就增加；（3）掺人少量外加剂能明显地提高浆掖的稳定性。常用的外加剂有：膨润土、纯碱、三乙醇胺等。浆液的稳定性可用浆液的析水率来评定。析水率的评定方法是：用500 m1带盖量筒盛入浆液，将量筒盖紧后，来回翻转10次，使浆液混合均匀，然后将量筒静置于桌上，并立即测量浆液的最初体积a。为了正确测定水泥浆的析水率，在第一小时内每15min测量一次浆液体积，以后每30min测量一次。第一次测量浆液的时间作为试验的开始时间，一直到最后。二次测得的结果完全相同为止。记下其最终体积b，析水率可按下式计算： (4

36、3;3·91)式中 p浆液的析水率；浆液的最初体积，cm3； b浆液的最终体积，cm3。3、气泡少为了尽量减少浆液气泡，选择化学外加剂要特别注意，比较理想的外加剂是NNO。因此不能采用起泡剂，必须使用非加气型的外加剂。4、调剂浆液的胶凝时间胶凝时间是指从浆液开始配制起，到土体混合后逐渐失去其流动性为止的这段时间。胶凝时间由浆液的配方、外加剂的掺量，水灰比和外界温度而定。一般从几分钟到几小时。5、有良好的力学性能影响抗压强度的因素，如材料的品种、浆液的浓度、配比和外加剂等；6、无毒、无臭浆液对环境不污染及对人体无害，凝胶体为不溶和非易燃、易爆物。7、结石率高固化后的固结体有一定黏结性，

37、能牢固地与土粒相黏结。要求固结体耐久性好，能长期耐酸、碱、盐及生物细菌等腐蚀，并且不随温度、湿度的变化而变化。（二）注浆类型水泥是喷射注浆的基本材料，根据其注浆目的可分成以下几种类型：1、普通型一般采用325号或425号硅酸盐水泥浆，不加任何外加剂，水灰比为1：11.5：1，固结体28天的抗压强度最大可达1.020MPa，对一般无特殊要求的工程宜采用普通型。2、速凝早强型对地下水发达的工程需要在水泥浆中掺入速凝早强剂，因纯水泥浆的凝固时间太长，浆液易被冲蚀而不固结。常用的早强剂有氯化钙、水玻璃和三乙醇胺等，用量为水泥用量的24。以使用氯化钙为例，纯水泥浆与土的固结体的一天抗压强度为1MPa，而

38、掺入2氧化钙的水泥土固结体抗压强度为1.6 MPa，掺人4氯化钙的水泥土固结体抗压强度为2.4 MPa。3、高强型喷射固结体的平均抗压强度在20 MPa以上称为高强型。高强型配方为由地基加固发展加筋桩提供了可能性，扩大了旋喷桩的适用范围。提高固结体强度的方法有选择标号水泥，或选择高效的扩散剂和无机盐组成的复合配方。表9·3·1为各种外加剂对抗压强度的影响； 外加剂对抗压强度的影响 表9·3·1主 剂外 加 剂抗压强度（MPa）抗折强度MPa名 称用 量名 称掺 量（%）28天3月6月一年525号普通硅酸盐水泥100NNO NR30.50.0511.721

39、6.0517.418.813.69NNONR3NaNO20.50.05113.5918.6222.824.686.27NFNR3Na2S2O30.50.05114.1419.3727.829.07.364、填充剂型把粉煤灰等材料作为填充剂加入水泥浆中会极大地降低工程造价，它的特点是早期强度较低，而后期强度增长率高，水化热低。5、抗冻型在冻土带未冻前对土进行喷射注浆，并在所用的喷射浆液中加入抗冻剂，可防止土体冻胀。一般使用的抗冻剂为： a、水泥沸石粉浆液(沸石粉的掺量以水泥量的1020为宜)； b、水泥三乙醇胺、亚硝酸钠浆液(三乙醇胺的掺入量为0.05，亚硝酸钠为l)； c、水泥扩散剂NNO浆液

40、(NNO的掺入量为0.5)。6、抗渗型在水泥浆中掺人24的水玻璃，其抗渗性能就有明显提高，如表9·3·2所示，使用的水玻璃模数要求在2.43.4较为合适，浓度要求3045波美度为宜。纯水泥浆与掺入水玻璃的水泥浆的渗透系数 表9·3·2土样类别水泥品种水泥含量（%）水玻璃含量（%）28天渗透系数（cm/s）细 砂425号硅酸盐水泥4002.3×10-64028.5×10-8粗 砂425号硅酸盐水泥4001.4×10-64022.1×10-8如工程以抗渗为目的者，则最好使用“柔性材料”。可在水泥浆液中掺人1050的膨润

41、土(占水泥量的百分比)。对有抗渗要求时，不宜使用矿渣水泥。目前国内用得比较多的外加剂及配方列于表9·3·3。国内较常用的添有外加剂的旋喷射浆液配方表 表9·3·3序 号外加剂成分及百分比浆 液 特 性1氯化钙24促凝、早强、可灌性好2铝酸钠2促凝、强度增长慢，稠度大3水玻璃2初凝快、终凝时间长、成本低4三乙醇胺0.030.05 食盐1有早强作用5三乙醇胺0.030.05 食盐1钙24促凝、早强、可喷性好6氯化钠（或水玻璃）2“NNO”0.5促凝、早强、强度高、浆液稳定性好7氯化钠1亚硝酸钠0.5三乙醇胺0.030.05防腐蚀、早强、后期强度高8粉煤灰25

42、调节强度、节约水泥9粉煤灰25 氯化钙2促凝、节约水泥10粉煤灰25硫酸钠1三乙醇胺0.03促凝、早强、节约水泥11粉煤灰25硫酸钠1三乙醇胺0.03有早强、抗冻性好12矿渣25提高固结体强度、节约水泥13矿渣25氯化钙2促凝、早强、节约水泥第四节 施工工艺一、施工机具施工机具主要由钻机和高压发生设备两大部分组成。由于喷射种类不同，所使用的机器设备和数量均不同，见表9·4·1。多重管的功能，不但可输送高压水，而且还同时将冲下来的土、石抽出地面：因此管子的外径较大，达到300mm。它由导流器、钻杆和喷头组成。在喷咀的上方设置了一个超声波传感嚣，由缆线装在多重管内。 各种高压喷

43、射注浆法主要施工机器及设备一览表 表9·4·1序 号机器设备名称型 号抗压规格（kg/cm2）所用的机具单管法二重管法三重管法多重管法1高压泥浆泵SNS-H300水流Y-2液压泵3002002高压水泵3XB型、3W6B3W7B3502003钻机工程钻机、震动钻4泥浆泵BW-150型705真空机86空压泵37泥浆搅拌机8单管9二重管10三重管11多重管12超声波传感器13高压胶管19mm22mm喷咀是直接明显影响喷射质量的主要因素之一。喷咀通常有圆柱体、收敛圆锥形和流线形三种。喷咀的内圆锥角的大小对射流的影响也是比较明显的。试验表明：当圆锥角Q为130140时，由于收敛断面直

44、径等于出口断面直径，流量损失很小，喷咀的流速流量值较大。在实际应用中，圆锥形喷咀的进口端增加了一个渐变的嗽叭口形的圆弧角，使其更接近流线形喷咀，出口端增加一段圆柱形导流孔，通过试验，其射流收敛性较好如图9·4·1所示。图9·4·1 实际应用的喷射结构根据不同的工程要求可按图9·4·2选择不同的喷头形式。图9·4·2 不同形式的喷头二、施工顺序1、钻机就位钻机安放在设计的孔位上井应保持垂直，施工时喷管的允许倾斜度不得大于1。2、钻孔单管旋壁常用76型旋转振动钻机，钻探可达30m以上，适用于标准贯入度小于40的砂土和粘

45、性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻进。一般在二重管和三重管旋喷法施工中都采用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50 mm。3、插管插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一。如用地质钻机钻孔完毕，必须拨出岩芯管，并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷咀，可边射水，边插管。水压力一般不超过1MPa。若压力过高，则易将孔壁射塌。4、喷射作业当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，使用的参数表9·4·2。值班技术人员必须时刻注意捡查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符

46、合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。当浆液初凝时间超过20h，应及时停止使用该水泥浆液(正常水灰比1：1，初凝时间为15h左右)。 常用高压喷射注浆参数 表9·4·2常用高压喷射注浆的种类单管法二重管法三重管法适用的土质砂土、粘性土、黄土、杂填土、小粒径砂砾浆液材料及其配方以水泥为主要材料，加入不同外加剂后可具有速凝、早强、抗蚀、防冻等性能，常用水灰比1：1，亦可用化学材料常用高压喷射注浆参数值水压力（MPa）20流量L/min80120喷咀孔径（mm）及个数23（一或二个）空气压力（MPa）0.70.7流量L/min1212喷咀孔径（mm）及个数12（一或二个）

47、12（一或二个）浆液压力（MPa）202013流量L/min801208012080120喷咀孔径（mm）及个数23（二个）23（一或二个）10（二个）14（一个）注浆管外径（mm）42或4542、50、7575或90提升速度（cm/min）2025约10约10旋转速度（r/min）约20约10约105、冲注喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。6、移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。 三、施工技术要求 为确保旋喷桩满足设计要求，严格按照下列技术要求进行旋喷施工： 1、施工时应准确定位，

48、保证旋喷桩位偏差不得大于5cm，施工精度可用钻孔机的倾斜计和经纬仪实施 。 2、严格控制垂直度，旋喷机就位后，应对钻机进行水平校正，使钻头垂直下钻到预定深度，必须保证孔身垂直度1。 3、钻进深度必须达到要求标高，严禁中途终孔。 4、旋喷成桩时宜均匀连续上提，无论何种原因造成停喷，再喷时必须下钻20cm以上进行搭接，以防桩体脱节夹泥夹砂。 5、旋喷过程中浆压必须稳定达到确定值，一经发现压力不稳或达不到要求，应及时停喷检修。 6、严格按照设计要求的水灰比搅制浆液，不得偷工减料，浆液不得出现沉淀离析现象 。7、旋喷注浆过程要作详细记录，内容包括浆液种类、配比、注浆压力及旋转提升速度等。 四、质量保证

49、措施 1、施工前首先技术人员向机组施工人员进行技术交底，使其明确技术要求。 2、建立质检体系，作好水泥添加材料批次质保效验，严禁使用不符合国家有关规定的水泥,工程用水应符合饮用水标准。 3、材料员要把好材料关，拒绝使用受潮过期的水泥。 4、现场技术人员要结合现场地层及返浆情况，及时选用和调整好工艺参数，以指导现场施工。 5、严格按照确定的工艺参数及技术要求施工，现场技术人员会同监理共同监控，落实实施。发现未经技术人员同意私自改变工艺参数，违反操作要求者，严肃查处，并责令返工。 6、发现特殊情况，有关人员应及时到现场共同研究解决。 7、一旦发现不合格产品或异常情况隐瞒不报者，要追究责任，并返工解

50、决。8、技术人员及质检员随时到工地巡视检查，作好施工记录和隐蔽工程验收。 五、质量检验（一）检验内容 1、固结体的整体性和均匀性； 2、固结体的有效直径； 3、固结体的垂直度； 4、固结体的强度特性(包括桩的轴向压力、水平力、抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等)； 5、固结体的溶蚀和耐久性能。 6、喷射质量的检验：（1）施工前后，主要通过现场旋喷试验，了解设计采用的旋喷参数、浆液配方和选用的外加剂材料是否合适，固结体质量能否达到设计要求。（2）施工后，对喷射施工质量的鉴定，一般在喷射施工过程中或施工告一段落时进行：检查数量应为施工总数的25，少于20孔的工程，至少要检骏2个点。喷射注浆处理地基的强度较

51、低，28d的强度在110 Mpa间，强度增长速度较慢，检验时间应在喷射注浆后四周进行。（二）检验方法1、 开挖检验。在开挖基槽和凿除桩头时，应对桩数、桩位、桩径及桩头强度进行检查，如发现漏桩、桩位和桩径偏差过大、桩头强度偏低等质量事故，必须采取补救措施。挖桩检查法一般要求按桩总数2%的取样频率挖桩检查桩的成型情况，然后分别在桩顶以下50cm、150cm等部位砍取足尺桩头，进行无侧限抗压强度试验。 2、 钻孔取芯 采用定位钻孔取芯法，钻芯深度为自孔口下有效桩头至设计桩底，全程钻取芯样，观察水泥土的均匀程度，观察水泥含量及赋存状态。在开钻前和钻进过程中，反复测量其钻孔垂直度，以确保取芯质量。钻孔取

52、芯法采用地质钻机对高压旋喷桩体进行全程钻孔取芯样(一般龄期28d)，这是目前高压旋喷桩质量检测中常用的方法，测定结果能较好地反映桩的整体质量，但该方法也存在检测时间长、钻孔费用高，只能抽取少量的桩进行钻孔取芯检测。3、 标准贯入试验 也可以采用标准贯入试验法(简称SPT)，该法能较好地评价桩身质量。首先，对桩身水泥土强度，可以通过标准贯入击数N63.5来评定，N63.5与无侧限抗压强度之间的关系已有较为成熟的经验公式，实践表明，该公式能比较客观地反映桩身水泥土强度；其次，在标准贯入试验的同时，进行取芯，通过芯样观察、描述，可以了解水泥土搅拌均匀性，同时必要时芯样可送回实验室，进行抗压试验，确定其强度。 4、动测法动测法主要是指小应变动测法，它是基于一维波动理论，利用弹性波的传播规律来分析