1、 水工建筑物地基处理水工建筑物地基处理 软弱地基处理软弱地基处理 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 授课对象：水工专业授课对象：水工专业2003级级 任课教师：王润英任课教师：王润英 时间：时间：2006年年4月月2006年年5月月授课内容及安排授课内容及安排q第五节第五节 高压喷射注浆法高压喷射注浆法一、概述一、概述1、高压喷射注浆法的加固机理高压喷射注浆法的加固机理2、高压喷射注浆法的适用条件高压喷射注浆法的适用条件3、高压喷射注浆法的主要优点高压喷射注浆法的主要优点4、（喷浆型）旋喷加固方法分类（喷浆型）旋喷加固方法分类二、旋喷桩施工二、旋喷桩施工三、旋喷桩复合地基设计三、旋喷桩复合地基设计
2、四、振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较四、振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较高压喷射注浆法高压喷射注浆法 概述概述加固机理加固机理 钻孔钻孔下注浆管下注浆管喷射提升喷射提升成桩或成墙成桩或成墙q1 1、高压喷射注浆加固机理：、高压喷射注浆加固机理：（1 1）高压喷射流切割破坏土体作用高压喷射流切割破坏土体作用（2 2）混合搅拌作用混合搅拌作用（3 3）充填、渗透固结作用充填、渗透固结作用（4 4）置换作用置换作用（5 5）压密作用压密作用高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述加固机理加固机理（1）可用于处理淤泥、淤泥质土、粘性）可用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、碎石土、人工土、粉土、黄
3、土、砂土、碎石土、人工填土等地基。填土等地基。（2）最适用于：）最适用于：N15砂性土；砂性土；N5粘性土；粘性土；少含或不含砾石的人工填土。少含或不含砾石的人工填土。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述适用条件适用条件（3）对于有些土，本工法应慎用）对于有些土，本工法应慎用：坚硬土坚硬土；含较多大粒径块石、砾石的土含较多大粒径块石、砾石的土；含有机质土较多的土含有机质土较多的土；含大量植物根茎的土含大量植物根茎的土。（4）对于地下水流速过大，对无填充物对于地下水流速过大，对无填充物的岩溶地基以及对水泥又严重腐蚀的地基，的岩溶地基以及对水泥又严重腐蚀的地基，不宜采用高喷。不宜采用高喷。高压喷射
4、注浆法高压喷射注浆法概述概述适用条件适用条件（1）适用范围广；）适用范围广；（2）和化学灌浆相比，造价低）和化学灌浆相比，造价低；（3）加固体强度大；）加固体强度大；（4）加固深度较大；）加固深度较大；（5）加固方法灵活加固方法灵活；（6）本工法不但能做直桩，还能做）本工法不但能做直桩，还能做斜桩斜桩和和水平水平桩桩；（7）本工法可以作为施工中的临时措施，也可）本工法可以作为施工中的临时措施，也可作为永久建筑物的地基加固，特别适用于对已有作为永久建筑物的地基加固，特别适用于对已有建筑物地基的建筑物地基的加固补强加固补强。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 q加固方法灵活：加固
5、方法灵活：按喷射形式分为：按喷射形式分为：旋喷注浆（边喷、边旋、边提升）旋喷注浆（边喷、边旋、边提升）柱状柱状加固，形成单桩、群桩或带形排列桩加固，形成单桩、群桩或带形排列桩用用于加固地基或处理工程事故于加固地基或处理工程事故 ；定喷注浆（只喷不旋转、边提升）定喷注浆（只喷不旋转、边提升）壁状壁状加固，形成板加固，形成板用于防渗；用于防渗；摆喷注浆（喷浆、摆动、提升）摆喷注浆（喷浆、摆动、提升）扇形状扇形状加固，形成较厚的板加固，形成较厚的板用于防渗。用于防渗。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 旋喷法施工简便：只需在土层中钻一个旋喷法施工简便：只需在土层中钻一个50300的
6、小孔，便可在土中喷射形成的小孔，便可在土中喷射形成直径直径0.34.0m的加固体，因而施工时能贴的加固体，因而施工时能贴近已有建筑物。近已有建筑物。同一种工法应用也不同，例如：同一种工法应用也不同，例如：不交圈柱状加固不交圈柱状加固用于地基处理；用于地基处理；壁状加固壁状加固防渗墙防渗墙整体式加固整体式加固抗管涌、流砂抗管涌、流砂高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 摆喷与支护桩防渗连接：摆喷与支护桩防渗连接：高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 定喷折线
7、连接：定喷折线连接：高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 用旋喷法对细砂层进行加固用旋喷法对细砂层进行加固，防流砂管，防流砂管涌：涌：高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 基坑流砂旋喷加固体隧洞顶板厚度不足，可利用汽车吊，注浆隧洞顶板厚度不足，可利用汽车吊，注浆管兼钻机做水平桩，进行加固。管兼钻机做水平桩，进行加固。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 防止基础不均匀沉陷防止基础不均匀沉陷垂直桩垂直桩+斜桩：斜桩：高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点 补强加固：补强加固：接桩工艺接桩工艺 高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优
8、点主要优点 虚 土 和 沉 渣旋 喷 桩灌 注 桩q4、（喷浆型）旋喷加固方法分类：、（喷浆型）旋喷加固方法分类：（1）单管法单管法（2）二重管法二重管法（3）三重管法三重管法（4）多重管法）多重管法高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 高压喷射注浆法分类及参数表：高压喷射注浆法分类及参数表：(P122表表4-10）高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 方法分类方法分类单管法单管法二重管法二重管法三重管法三重管法喷射方式喷射方式浆液喷射浆液喷射浆液、空气喷射浆液、空气喷射 水、空气喷射，浆液注入水、空气喷射，浆液注入硬化剂硬化剂水
9、泥浆水泥浆水泥浆水泥浆水泥浆水泥浆常用压力（常用压力（MPa）15.020.015.020.0高高20.040.0；低；低0.53.0喷射量（喷射量（L/min）60706070高高6070；低；低80150压缩空气（压缩空气（kPa）500700500700提升速度提升速度(cm/min)2025约约10约约10旋转速度（旋转速度（rpm）约约20约约10约约10桩径桩径（cm）与土质有关，见课本与土质有关，见课本P117表表4-8国内最大深度国内最大深度(m)452053高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述主要优点主要优点（1）单管法：单管法：利用高压水泥浆切利用高压水泥浆切割土体割土体（
10、Pe20MPa）水泥浆直接切割水泥浆直接切割土体，压力衰减快土体，压力衰减快20N30的粘性土的粘性土中柱状加固体平均直中柱状加固体平均直径径d=0.30.6m。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 2 0 M P a 的水 泥 浆高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 单管法加固质单管法加固质量好，施工速量好，施工速度快、成本低，度快、成本低，只喷水泥浆，只喷水泥浆，水灰比可控性水灰比可控性好；好；但固结体直径但固结体直径较小。较小。2、二重管法二重管法在单管法的基础上又加在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双以压缩空气，并使用
11、双通道的二重注浆管。在通道的二重注浆管。在管的底部侧面有一个同管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴。喷出气和轴双重喷嘴。喷出气和水泥浆水泥浆 。高压水泥浆外面包有低高压水泥浆外面包有低压空气膜压空气膜水泥浆不直接切割原水泥浆不直接切割原状土，衰减变慢。状土，衰减变慢。20N30的粘性土中的粘性土中柱状加柱状加固体平均直径固体平均直径d=0.5d=0.51.1m1.1m。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 2 0 M P a 的水 泥 浆0.7 M P a 的空 气 流1-二管水龙头；二管水龙头；2-外套管；外套管；3-浆管；浆管；4-气管；气管；5-喷头；喷头；6-
12、浆气喷嘴。浆气喷嘴。高压喷射注浆法高压喷射注浆法概述概述旋喷加固方法分类旋喷加固方法分类 3、三重管法：三重管法：是一种水（是一种水（204 0 M P a）气气（0.7MPa）喷射喷射切 割 土 体，压 浆切 割 土 体，压 浆（1MP）灌注的方灌注的方法。法。20N加固体加固体所需注浆量）所需注浆量）解决方法（解决方法（a）提高喷射压力或减少注浆量提高喷射压力或减少注浆量 （b b）适当缩小喷嘴直径适当缩小喷嘴直径 （c c）加快提升速度和旋转速度加快提升速度和旋转速度。冒浆过大且压力降低（事故）冒浆过大且压力降低（事故）原因：可能是注浆管破裂、穿孔原因：可能是注浆管破裂、穿孔解决方法：检
13、查注浆管并修复。解决方法：检查注浆管并修复。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩施工旋喷桩施工 高喷浆液必须回收，否则将造成很大的浪高喷浆液必须回收，否则将造成很大的浪费。实践证明，不回收浆液比回收浆液多费。实践证明，不回收浆液比回收浆液多用水泥用水泥60%左右。水泥浆液一般采用综合左右。水泥浆液一般采用综合回收法进行回收。孔口冒出的浆液经过回回收法进行回收。孔口冒出的浆液经过回收坑经筛网过滤后流入沉淀池，再经过旋收坑经筛网过滤后流入沉淀池，再经过旋流器净化处理后进入搅拌槽。回浆比重控流器净化处理后进入搅拌槽。回浆比重控制在制在1.21.3以上。如回浆比重过小，则以上。如回浆比重过小，则地层中可
14、能有漏浆或地层水位过高等现象，地层中可能有漏浆或地层水位过高等现象，应停止提升或降低提升速度，至回浆比重应停止提升或降低提升速度，至回浆比重和回浆量恢复正常后，再继续施工。和回浆量恢复正常后，再继续施工。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩施工旋喷桩施工（4）控制固结体形状控制固结体形状根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度，控制喷射固结体变喷嘴移动方向和速度，控制喷射固结体的形状，即圆盘状、圆柱状、大底状、糖的形状，即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。糊芦状、大帽状和墙壁状。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩施工旋喷桩施工
15、q旋喷桩加固地基设计步骤：旋喷桩加固地基设计步骤：1、确定加固目的确定加固目的2、熟悉了解地基条件熟悉了解地基条件3、初步假定加固体直径初步假定加固体直径用于预决算用于预决算4、计算浆液用量计算浆液用量Q5、地基加固设计：、地基加固设计：（1）初定设计参数）初定设计参数s、n 布孔形式与孔距布孔形式与孔距；（2）求出求出m，并进行承载力复核并进行承载力复核；（3）沉降复核沉降复核；（4）地基稳定性验算地基稳定性验算。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 1、确定加固目的：、确定加固目的：提高抗剪强度，增大土的摩擦力和粘聚提高抗剪强度，增大土的摩擦力和粘聚力力；降低土
16、体压缩性，增强地基强度降低土体压缩性，增强地基强度；改善透水性改善透水性；改善土体的动力特性改善土体的动力特性。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 2、熟悉了解地基条件：、熟悉了解地基条件：工程地质工程地质水文地质：地层渗流情况及水质情况。水文地质：地层渗流情况及水质情况。判别本工法适用性并确定合适的旋喷参判别本工法适用性并确定合适的旋喷参数。数。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 3、初步假定加固体直径、初步假定加固体直径 ：与工法和土：与工法和土质有关。质有关。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 d4
17、、计算浆液用量、计算浆液用量Q：体积法体积法 喷量法喷量法高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 142LdQ 需要用的浆量(m3)；旋喷桩的直径(m)；旋喷长度(m)；折减系数；损失系数(0.1-0.3)。LdQ式中:1qVLQqVLQ 需要用的浆量(m3)；旋长度(m)；注浆管的提升速度(m/min)；单位时间的灌浆量(m3/min)；损失系数(0.1-0.3).式中:（1 1）布孔形式与孔距）布孔形式与孔距 桩的平面布置需根据加固目的给予具体考桩的平面布置需根据加固目的给予具体考虑；桩距虑；桩距s s应根据不同的工程需要及选定应根据不同的工程需要及选定的旋喷参数
18、确定。的旋喷参数确定。提高地基承载力的加固工程提高地基承载力的加固工程旋喷桩形成防渗帷幕旋喷桩形成防渗帷幕高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 提高地基承载力的加固工程，旋喷柱之间提高地基承载力的加固工程，旋喷柱之间的孔距可以适当加大，不必交圈，其孔距的孔距可以适当加大，不必交圈，其孔距以旋喷桩直径的以旋喷桩直径的2 23 3倍为宜。倍为宜。桩数桩数n：轴心受压：轴心受压：偏心受压：偏心受压：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 dkRGFn（基础或以上重量）上部传来的荷载）(dkRGFn旋喷桩形成防渗帷幕。旋喷桩形成防渗帷幕。双排或三排
19、布孔双排或三排布孔孔孔距应为距应为0.8660.866d d、排距为、排距为0.750.75d d；高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 22)2()2(2hds当单排旋喷桩帷幕的最当单排旋喷桩帷幕的最小厚度小厚度h h由水力计算确定由水力计算确定后，旋喷孔距后，旋喷孔距s s可按下式可按下式确定：确定：0.866dd0.75ddsh（2）由由 求出求出m，并进行承载力复核并进行承载力复核：复合地基承载力计算复合地基承载力计算单桩承载力确定单桩承载力确定高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 kspf,pfsppfspmax2.1复合地基承
20、载力设计复合地基承载力设计 原则上由现场静载或试验确定；原则上由现场静载或试验确定；或根据规范或根据规范JGJ79-91中公式计算：中公式计算：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计)(1,peksdkekspAAfRAf单桩承载力标准值确定：单桩承载力标准值确定：原则上应通过现场静载试验确定；原则上应通过现场静载试验确定；或通过公式计算：或通过公式计算：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计),min(1,PPisinipkcudKqAlqdAfR其中其中ESP为复合地基的压缩模量，一般由现为复合地基的压缩模量，一般由现场静载试验确定，中小
21、工程，可用经验公场静载试验确定，中小工程，可用经验公式计算：式计算：（3）沉降计算沉降计算：SSP为复合地基的沉降为复合地基的沉降：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计)(1SSSSPSLEppSSPZSP200SPSPEmmEE)1(其中其中EP为为桩体的压缩模量，可采用为为桩体的压缩模量，可采用确定确定混凝土割线弹性模量的方法混凝土割线弹性模量的方法确定确定。确定桩体压缩模量的方法：确定桩体压缩模量的方法：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 破坏强度ah=0.4aEP=tg高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基
22、设计 fs2(A-A1)fsp,k*AGqs*uspfs*A1高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 p0为复合地基顶面上的平均压力，为复合地基顶面上的平均压力，对于壁状或格栅状加固：对于壁状或格栅状加固：对于柱状加固：对于柱状加固：11,2.0)(AAAfAfpkskspp0Z为复合地基底面的附加为复合地基底面的附加压力，对于壁状或格栅状压力，对于壁状或格栅状加固：加固：对于柱状加固：对于柱状加固：112,_0)(AquAAfGAfpLppsspskspapaZ其中dAGFp00)2)(2(20000ZtglZtgbblppZtgbbppZZ矩形基础：条基：（4）地
23、基稳定性验算，包括：）地基稳定性验算，包括：挡土墙土压力计算；抗倾、抗滑稳定性挡土墙土压力计算；抗倾、抗滑稳定性验算。验算。在砂性土地基，当有承压水时，进行在砂性土地基，当有承压水时，进行抗抗管涌、流砂验算管涌、流砂验算。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 抗管涌、流砂验算：抗管涌、流砂验算：问题的提出问题的提出可能发生流砂管涌的条件可能发生流砂管涌的条件抗流砂管涌的旋喷处理方法抗流砂管涌的旋喷处理方法高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 基 坑 管 涌基 坑 挡 土 壁
24、水头差地 下 水 渗 流粘 土粘 性 土 基 坑 隆 起基 坑 底 隆 起基 坑基 坑 挡 土 桩粘 土水 压地层中地下水位很高有动水压力；地层中地下水位很高有动水压力；地层中有一层较厚砂层地层中有一层较厚砂层必要条件；必要条件；动水力坡降按流网计算，当不绘制流网时，动水力坡降按流网计算，当不绘制流网时，可采用近似计算：可采用近似计算：高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 icri lhiw11ediscr临界动水力坡降：临界动水力坡降：若若 且边上有构筑物，降水行不通且边上有构筑物，降水行不通 又无法加长帷幕，则可采取旋喷桩整体加固。又无法加长帷幕，则可采取旋喷桩
25、整体加固。高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 icri 受力体系为RC灌注桩地下水渗流砂砾层k=（310）10-1cm/s细中砂层k=（510）10-2cm/s排水防渗体系为旋喷桩高压喷射注浆法高压喷射注浆法旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计 旋喷加固体WFFhwZ坑底fsPFWKpAZW ZfuFP)(ZhAPwfq在选择方案时应掌握每种工法的优缺点，从而在选择方案时应掌握每种工法的优缺点，从而可以根据实际工程情况选择最佳方案：可以根据实际工程情况选择最佳方案：1、振冲法可适用于要求地基承载力增加不大的、振冲法可适用于要求地基承载力增加不大的软粘土及松散的杂、
26、人工填土的处理及松砂的软粘土及松散的杂、人工填土的处理及松砂的抗液化处理，本工法在选择前需注意：抗液化处理，本工法在选择前需注意：（1）对抗渗无效对抗渗无效；（2）对）对Cu20kpa的软土慎用；的软土慎用；（3）对周围环境有排污污染。）对周围环境有排污污染。2、深层搅拌法主要适用于深层软粘土，深层搅拌法主要适用于深层软粘土，对硬质对硬质土地基一般不适用土地基一般不适用，对有机质含量高的土慎用；，对有机质含量高的土慎用；振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较3、旋喷桩由于其特殊的工法和巨大的喷射流，适、旋喷桩由于其特殊的工法和巨大的喷射流，适用范围广：用范围广：（1）由于
27、本工法灵活的加固形式及加固深度大，）由于本工法灵活的加固形式及加固深度大，因此最适用于：因此最适用于：工程事故的加固补强（如接桩）；工程事故的加固补强（如接桩）；作为防渗帷幕；作为防渗帷幕；由于加固体强度大，可作为深基坑支护；由于加固体强度大，可作为深基坑支护；可施工成水泥土地下内支撑。可施工成水泥土地下内支撑。（2）由于本工法的造价较前两种工法贵，因此一）由于本工法的造价较前两种工法贵，因此一般情况下不作为新建建筑物的地基加固，但特殊般情况下不作为新建建筑物的地基加固，但特殊情况除外。情况除外。振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较例如：例如：例：南钢例：南钢场地面积场
28、地面积4.0万万m2，下层为淤下层为淤泥，上层为泥，上层为27m（平均厚度为平均厚度为5m）的钢的钢渣。在场地上拟建转炉基础，平均基底压渣。在场地上拟建转炉基础，平均基底压力力p=270kpa。振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较此场地的地基处理面临以下问题：此场地的地基处理面临以下问题：此场地为软硬不均的地基，易产生不均匀沉降；此场地为软硬不均的地基，易产生不均匀沉降；在 场 地 上 拟 建 转 炉 基 础，平 均 基 底 压 力 在 场 地 上 拟 建 转 炉 基 础，平 均 基 底 压 力p=270kpa，荷载巨大；荷载巨大；上层钢渣层厚度上层钢渣层厚度27m不等不等若整体挖除，造价太贵；若整体挖除，造价太贵；若不挖除，由于钢渣中入桩阻力大，其中又夹杂若不挖除，由于钢渣中入桩阻力大，其中又夹杂有很多王八铁有很多王八铁，固多种桩基都无法施工。固多种桩基都无法施工。在钢渣层以下为在钢渣层以下为1525m后的流塑状淤泥，若后的流塑状淤泥，若不加固，则不加固，则软弱下卧层承载力不足；软弱下卧层承载力不足；在巨大的上部结构荷载下，会产生在巨大的上部结构荷载下，会产生很大的最终沉降和不均匀沉降。很大的最终沉降和不均匀沉降。振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较振冲法、深层搅拌法、旋喷法比较
