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、二、旋喷桩施工旋喷桩施工三、三、旋喷桩复合地基设计旋喷桩复合地基设计四、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2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3q1 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 4（1）可可用用于于处处理理淤淤泥泥、淤淤泥泥质质土土、粘粘性性土土、粉粉土土、黄黄土土、砂砂土土、碎碎石石土土、人人工工填填土等地基。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 5（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）对对于于地地下下水水流流速速过过大大，对对无无填填充充物物的的岩岩溶溶地地基基以以及及对对水水泥泥又又严严重重腐腐蚀蚀的的地地基基，不宜采用高喷。不宜采用高喷。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 6（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）本本工工法法不不但但能能做做直直桩桩，还还能能做做斜斜桩桩和和水水平平桩桩；（7）本本工工法法可可以以作作为为施施工工中中的的临临时时措措施施，也也可可作作为为永永久久建建筑筑物物的的地地基基加加固固，特特别别适适用用于于对对已已有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 7q加固方法灵活：加固方法灵活：按喷射形式分为：按喷射形式分为：旋旋喷喷注注浆浆（边边喷喷、边边旋旋、边边提提升升） 柱柱状状加加固固，形形成成单单桩桩、群群桩桩或或带带形形排排列列桩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 ；定定喷喷注注浆浆（只只喷喷不不旋旋转转、边边提提升升）壁壁状状加固，形成板加固，形成板用于防渗；用于防渗；摆摆喷喷注注浆浆（喷喷浆浆、摆摆动动、提提升升）扇扇形形状状加固，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 8旋旋喷喷法法施施工工简简便便：只只需需在在土土层层中中钻钻一一个个50300的的小小孔孔，便便可可在在土土中中喷喷射射形形成成直直径径0.34.0m的的加加固固体体，因因而而施施工工时时能能贴贴近已有建筑物。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 9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 10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 11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 12定喷折线连接：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 13用用旋旋喷喷法法对对细细砂砂层层进进行行加加固固，防防流流砂砂管管涌：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 14隧隧洞洞顶顶板板厚厚度度不不足足，可可利利用用汽汽车车吊吊，注注浆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 15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 16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点主要优点 17q4、（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 18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)45205319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 20（1）单管法：单管法：利利用用高高压压水水泥泥浆浆切切割割土土体体（Pe20MPa）水水泥泥浆浆直直接接切切割割土体，压力衰减快土体，压力衰减快20N30的的粘粘性性土土中中柱柱状状加加固固体体平平均均直直径径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 21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。 222、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 。高高压压水水泥泥浆浆外外面面包包有有低低压空气膜压空气膜水水泥泥浆浆不不直直接接切切割割原原状土，衰减变慢。状土，衰减变慢。20N30的的粘粘性性土土中中柱柱状状加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 231-二管水龙头；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-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 243、三重管法：三重管法：是是 一一 种种 水水 （ 2040MPa）气气（ 0.7MPa） 喷喷 射射切切割割土土体体，压压浆浆（1MP）灌灌注注的的方方法。法。20N加加固固体体所所需注浆量）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 37高高喷喷浆浆液液必必须须回回收收，否否则则将将造造成成很很大大的的浪浪费费。实实践践证证明明，不不回回收收浆浆液液比比回回收收浆浆液液多多用用水水泥泥60%左左右右。水水泥泥浆浆液液一一般般采采用用综综合合回回收收法法进进行行回回收收。孔孔口口冒冒出出的的浆浆液液经经过过回回收收坑坑经经筛筛网网过过滤滤后后流流入入沉沉淀淀池池，再再经经过过旋旋流流器器净净化化处处理理后后进进入入搅搅拌拌槽槽。回回浆浆比比重重控控制制在在1.21.3以以上上。如如回回浆浆比比重重过过小小，则则地地层层中中可可能能有有漏漏浆浆或或地地层层水水位位过过高高等等现现象象，应应停停止止提提升升或或降降低低提提升升速速度度，至至回回浆浆比比重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 38（4）控制固结体形状控制固结体形状根根据据工工程程需需要要调调节节喷喷射射压压力力和和灌灌浆浆量量，改改变变喷喷嘴嘴移移动动方方向向和和速速度度，控控制制喷喷射射固固结结体体的的形形状状，即即圆圆盘盘状状、圆圆柱柱状状、大大底底状状、糖糖糊芦状、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 39q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 401、确定加固目的：、确定加固目的：提提高高抗抗剪剪强强度度，增增大大土土的的摩摩擦擦力力和和粘粘聚聚力力；降低土体压缩性，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 412、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。判判别别本本工工法法适适用用性性并并确确定定合合适适的的旋旋喷喷参参数。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 423、初初步步假假定定加加固固体体直直径径：与与工工法法和和土土质有关。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 434、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 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)。式中: 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:44（1 1）布孔形式与孔距）布孔形式与孔距 桩桩的的平平面面布布置置需需根根据据加加固固目目的的给给予予具具体体考考虑虑；桩桩距距s s应应根根据据不不同同的的工工程程需需要要及及选选定定的旋喷参数确定。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 45提提高高地地基基承承载载力力的的加加固固工工程程，旋旋喷喷柱柱之之间间的的孔孔距距可可以以适适当当加加大大，不不必必交交圈圈，其其孔孔距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 46旋喷桩形成防渗帷幕。旋喷桩形成防渗帷幕。双排或三排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 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：47（2）由由求求出出m，并并进进行行承承载载力力复复核核：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 48复合地基承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 49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 50其其中中ESP为为复复合合地地基基的的压压缩缩模模量量，一一般般由由现现场场静静载载试试验验确确定定，中中小小工工程程，可可用用经经验验公公式式计算：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 其其中中EP为为为为桩桩体体的的压压缩缩模模量量，可可采采用用确确定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 。51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 52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 53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：p0Z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：54（4）地基稳定性验算，包括：）地基稳定性验算，包括：挡挡土土墙墙土土压压力力计计算算；抗抗倾倾、抗抗滑滑稳稳定定性性验算。验算。在在砂砂性性土土地地基基，当当有有承承压压水水时时，进进行行抗抗管涌、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 55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 56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 57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；动动水水力力坡坡降降按按流流网网计计算算，当当不不绘绘制制流流网网时时，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 临界动水力坡降：临界动水力坡降：58若若且边上有构筑物，降水行不通且边上有构筑物，降水行不通又又无法加长帷幕，则可采取旋喷桩整体加固。无法加长帷幕，则可采取旋喷桩整体加固。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 59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 60q在在选选择择方方案案时时应应掌掌握握每每种种工工法法的的优优缺缺点点，从从而而可可以根据实际工程情况选择最佳方案：以根据实际工程情况选择最佳方案：1、振振冲冲法法可可适适用用于于要要求求地地基基承承载载力力增增加加不不大大的的软软粘粘土土及及松松散散的的杂杂、人人工工填填土土的的处处理理及及松松砂砂的的抗抗液化处理，本工法在选择前需注意：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613、旋旋喷喷桩桩由由于于其其特特殊殊的的工工法法和和巨巨大大的的喷喷射射流流，适适用范围广：用范围广：（1）由由于于本本工工法法灵灵活活的的加加固固形形式式及及加加固固深深度度大大，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）由由于于本本工工法法的的造造价价较较前前两两种种工工法法贵贵，因因此此一一般般情情况况下下不不作作为为新新建建建建筑筑物物的的地地基基加加固固，但但特特殊殊情情况除外。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62例如：例如：例例：南南钢钢场场地地面面积积4.0万万m2，下下层层为为淤淤泥泥，上上层层为为27m（平平均均厚厚度度为为5m）的的钢钢渣渣。在在场场地地上上拟拟建建转转炉炉基基础础，平平均均基基底底压压力力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63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；在在 场场 地地 上上 拟拟 建建 转转 炉炉 基基 础础 ， 平平 均均 基基 底底 压压 力力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；若若不不挖挖除除，由由于于钢钢渣渣中中入入桩桩阻阻力力大大，其其中中又又夹夹杂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。在在钢钢渣渣层层以以下下为为1525m后后的的流流塑塑状状淤淤泥泥，若若不加固，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；在在巨巨大大的的上上部部结结构构荷荷载载下下，会会产产生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64