地表加固高压旋喷桩施工工艺和未来发展 方向
目录
❖一、高压旋喷桩发展过程及适用范围 ❖二、高压旋喷桩施工原理及分类 ❖三、高压旋喷桩施工工艺 ❖四、高压旋喷桩发展方向
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一、高压旋喷桩发展过程及适用范围
高压旋喷桩属于高压喷射注浆法范畴。它是70年代日本首先 提出，在静压注浆的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起 来的。
• 旋喷桩工艺特点：
1. 施工机具设备简单，便于管理，施工简便。 2. 固结体形状可以控制。 3. 具有较好的耐久性，且料源广阔，价格低廉。 4. 噪声小，无污染，无公害，生产安全。 5. 确保固结体的强度。 6. 浆液集中，流失较少。
• 适用范围：
1. 受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时 间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘 土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂类土、黄土及人工填 土中的素填土甚至碎石土等多种土层。
喷注种类 土的类别
表1 旋喷桩直径参考值（m）
单管法
二重管法
三重管法
二、高压旋喷桩施工原理及分类
旋喷桩加固利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定的 深度，依靠水泥浆搅拌系统、高压注浆泵等设备，以20 ～ 40Mpa 的压力把水泥浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏 土层。当能量大、速度和脉动状的射流，其动压大于土层结构强 度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒 出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下， 与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。
• 三重管法：是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输水、 气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置 产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射 流和气流同轴喷射冲切土体，可以减少水射流和与周围介质的 摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力，也借空 气的上升力把被破碎的土由地表排除，形成较大的空隙，在地 基中形成较大的负压区，携带另一个喷嘴喷出的低压力水泥浆 充填空隙，注入到被切割、搅拌的地基中，喷嘴作旋转和提升 运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体， 达到加固目的，其加固直径可达800～2000mm。
3. 升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时， 由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排 出后所留空隙由水泥浆液补充。
4. 充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土 粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。
5. 压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位 边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷 桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。
2. 可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础 防渗之用；可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或 挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防 渗处理。
3. 当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、永冻土、地下水流 速过大和已涌水的地基工程时均不宜采用该法，宜通过试验 确定其适用性。
旋喷桩的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、 提升速度S、被加固土的抗剪强度τ 、喷嘴直径d和浆液稠度B。加 固范围与喷射压力P、喷嘴直径d成正比，与提升速度S、土的抗 剪强度τ和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥 掺入量和土质有关。
三、高压旋喷桩施工工艺
工艺设计要求:
加固体直径的确定 旋喷桩直径与现场土质、土体强度和喷射压力、流量、提升速 度和浆液稠度等诸多因素有关，当无试验资料时可参考工程经验， 如表1。当地层成桩难度大，难以喷射成桩时，需要根据地层情况 通过现场做试验桩确定旋喷桩施工技术参数，达到要求的桩径和成 桩质量。 布置形式 桩的平面布置形式需根据加固的目的给予考虑，分离布置的单 桩可用于基础的承重，排桩、板墙可用作防水帷幕，整体加固则常 用于防止基坑底部的涌土或提高土体的稳定性，水平封闭桩可用于 形成地基中的水平隔水层。图5为一般桩的平面布置形式。
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。主要用于加固土体质量，提高土体的抗剪强度，改善土的 变形性质，减少建筑支档土压力，也可组成闭合的帷幕，用于阻 挡地下水流和治理流沙，可靠性好。旋喷桩可以根据工程实际情 况设计为单桩承载、多桩承载和复合地基几种形式。
• 分类： • 根据机具的不同分为，单管法，二重管法，三重管
法。 • 根据成桩形式分旋喷注浆、定喷注浆和摆喷注浆 • 成桩直径的区别： • 单管法的成桩直径较小，一般为0.3 ～ 0.8m，双管
法在1.0m左右，三重管法一般在0.8m ～ 2.0m左右， 但成桩强度较低。 • 成桩形式的区别： • 高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动 方向有关，旋喷后成柱桩，摆喷后成壁状，定喷后 成块状。
成桩机理：
高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：
1. 高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击 破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。
2. 混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空 隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷嘴移动方向相反的方 向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的 结构。
旋喷桩固结体情况图4所示。
• 单管法：单层喷射管，仅喷射水泥浆。通过单根管路，利 用高压泥浆（20MPa ～ 30MPa）喷射冲切破坏土体，成桩直径 一般40 ～ 50cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固 结体较小。
• 二重管法：又称浆液气体喷射法，是在单管法的基础上又加 以压缩空气，并使用双通道的二重注浆管。在管的底部侧面有一 个双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出， 在射流的外围加以0.8MPa左右的压缩空气喷出，同时将高压水泥 浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆 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， 最后在土中形成直径明显增加的柱状固结体，达到0.8m～1.5m。