5）.压密作用 高压喷射流在切割破碎土体的过程 中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土 层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分 的抗压强度高于中心部分。


三、水泥与土的固结机理。
水泥和水拌合后, 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。这种胶质物有一 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。所生成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。由水泥各种成分所生成的胶凝膜, 逐渐发展起来成为胶 凝体, 此时表现为水泥的初凝状态, 开始有胶粘的性质。此 后, 水泥各成分在不缺水、不干涸的情况下, 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( 结核晶) 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 水化作用继续渗入到水泥微粒内部, 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, 所以水化过程是一个长久的过程。
三重管法

多重管法 :这种方法首先需要在地面钻—个导 孔，然后置入多重管，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，日本称为SSS-MAN工法。
2. 工程适用范围 可采用高压喷射注浆法的工程如图13-2 所示。 ⑴已有建筑物和新建建筑的地基处理，提高地基强 度，减少建筑物的沉降和不均允沉降； ⑵深基坑侧壁挡土或挡水以保护邻近建筑物及保护 地下工程建设； ⑶基坑底部加固、防止管涌与隆起； ⑷坝体的加固及防水帷幕； ⑸边坡加固及隧道顶部加固 。


高压喷射注浆法所形成的固结体的形态与高压 喷射流的作用方向、移动轨迹和持续喷射时间 有密切关系。按喷射流移动轨迹分为旋喷、定 喷和摆喷三种。





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, 提高土的抗剪强 度, 改善地基的变形性质, 也可组成闭合的帷幕, 用 于截阻地下水流和治理流砂。喷射法施工后, 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 呈较小角度来回摆动, 固结体形如较厚墙状或扇状 。 定喷及摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基 土的渗流性质和稳定边坡等工程。
2、高压喷射注浆法的适用范围



1. 土质条件适用范围 主要适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或 可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎 石土等地基。 对土中含有较多的大粒径块石、植物根茎或过多 的有机质时,因喷射流可能受到阻挡或削弱，切削 范围小或影响处理效果，应根据现场试验确定其 适用范围。 对地下水流速度大、浆液无法凝固、永久冻土及 对水泥有严重腐蚀性的地基不宜采用。



初期区域后为主要区域: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。 主要区域后为终了区域: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，则搅拌土的范围愈 大，喷射加固体的直径也愈大。
二重管法

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20-30MPa 左右的高压水喷射流的周围， 环绕一股0.5-0.7MPa 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0.53MPa 的浆液填充，喷嘴作旋转和提升运动， 最后便在土中凝固为较大的固结体.日本称CJP 工法。


1972年铁道部科学研究院率先开发高压喷射 注浆法。1975年，我国冶金、水电、煤炭、建 工等部门和部分高等院校，也相继进行了试验 和施工。已成功应用于已有建筑和新建工程的 地基处理、深基坑地下工程的支挡和护底、构 造地下防水帷幕等。

高压喷射注浆
13.2 定义及其种类 13.2 Definition and Types
多重管法
13.3 特点适用范围


1、高压喷射注浆法的特点
1. 适用范围广，可以用于既有和新建工程 由于固结体的质量明显提高, 它既可用于工程新建 之前, 又可用于竣工后的托换工程, 可以不损坏建( 构) 筑物的上部结构, 且能使已有建( 构) 筑物在施 工时不影响使用功能。 2. 施工简便 施工时只需在土层中钻一个孔径为50 mm 或300 mm 的小孔, 便可在土中喷射成直径为0. 4～4. 0 m 的固结体, 因而施工时能贴近已有建( 构) 筑物, 成 型灵活, 既可在钻孔的全长范围形成柱形固结体, 也可仅做其中一段。




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 通常是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 水平喷射注浆。处理深度已达30 m 以上。

13.3 加固地基的机理 13.3 Mechanism of Reinforcement

1. 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, 从一定形状的喷嘴中, 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。


2. 高压喷射流的种类
高压喷射注浆所用的喷射流共有四种： （1）单管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，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。 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）、气同轴喷射流二种类型。




5. 耐久性较好 由于能得到稳定的加固效果并有较好的耐久性, 所 以可用于永久性工程。 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, 则可在水泥中掺入适量的外加剂, 以达到速 凝、高强度、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。
第13章
高压喷射注浆法
Chapter 13 High Pressure Jet Grouting
13.1 概 述 13.1 Introduction
用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷 出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形 成水泥土加固体的地基处理方法。 20 世纪60 年代末期, 日本NIT 公司在日本大阪 市地下铁道建设冻结法施工中, 由于冰冻融化, 造成严重事故, 后改为灌浆法施工。在灌浆过 程中, 浆液沿着土层交界面溢走很多, 不能完全 达到加固地基和止水的目的。在这关键时刻, 中西涉博士急中生智, 大胆引用了水力采煤技 术, 将高压水射流技术应用到灌浆工程中, 创造 出一种全新的施工法—— 高压喷射注浆法。


高压喷射注浆法它是利用钻机把带有喷嘴的
注浆管钻至土层的预定位置后, 用高压设备使浆液 或水以20 MP a左右的高压流从喷嘴中喷射出来, 冲击破坏土体, 同时钻杆以一定的速度渐渐向上提 升, 将浆液与土粒强制搅拌混合, 浆液凝固后, 在土 中形成一个均匀的固结体, 其地基加固和防水止渗 效果良好。不但解决了大阪地下铁道建设的难题, 而且划时代地创造出一种全新的施工法—— 高压喷射注浆法, 当时定名为CCP 工法
旋喷固结体横断面


1）.高压喷射流切割破坏土体作用 喷流动压 以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现 空洞。 2）.混合搅拌作用 钻杆在旋转和提升的过程 中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用 下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即 阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形 成固结体。


3）.置换作用 三重管高喷法又称置换法，高速水 射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一 部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空 下的体积由灌入的浆液补入。 4）.充填、渗透固结作用 高压浆液充填冲开的和 原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度 的砂层而形成固结体。




二、水( 浆) 、气同轴喷射流对土的破坏作用。 单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。 当在喷嘴出口的高压水喷射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, 阻力大大减小, 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。 三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破 坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高 压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成 固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种 作用来说明。