jet grouting
一 发展概况
高压喷射注浆法(Jet Grouting)，在我国又称为“旋喷法”，是20世纪70年代初期开发的一种新型地基加固技术，迄今已得到广泛的应用。 众所周知，在地基加固方法中，有一种历史悠久的静压化学或水泥注浆法(Injection)，它是将不同性质的硬化剂(化学药品或水泥)，用压力注入到地基中，用以改良土的性质。这种方法主要适用于砂类土，也可应用于粘性土。但是，在很多情况下，由于土层和土性的关系，其加固效果常不为人们所控制，尤其是在沉积的分层地基和夹层多的地基中，注入剂往往沿着层面流动；在细颗粒的土中，注入剂难以渗透到颗粒的孔隙中。因此，经常出现加固效果不明显的情况。
高压喷射注浆克服了上述注入法缺点，将注入剂形成高压喷射流，借助高压喷射流的切削和混合，使硬化剂和土体混合，达到改良土质的目的。
70年代初期，日本最先把高压喷射技术用于地基加固和防水帷幕，形成一种特殊的地基加固技术，即所谓CCP工法(Chemical Churning Pile，我国现称单管法)。此后，70年代中期又开发了同时喷射高压浆液和压缩空气的二重管法(Jumbo Speclal Pile)以及同时喷射高压清水、压缩空气和低压浆液灌注的三重管法(Column Jet Pile)。到了80年代，日本又开发出多种高压喷射注浆施工方法，这些方法经过不断改进，已经成为实用化的方法，在许多国家和地区获得应用，我国自70年代中期开始进行试验和应用，目前已经形成成熟的地基加固工法，其中三重管法已被列为国家级工法。 二 定义
所谓高压喷射注浆法就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入(或置入)至土层预定的深度后，似20～40MPa的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，形成预定形状的空间，当能量大、速度快和脉动状的喷射流的动压力大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来，一部分细粒土随浆液或水冒出地面，其余土颗粒在射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按—定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。这样注入的浆液将冲下的部分土混合凝结成加固体，从而达到加固土体的目
的。它具有增大地基强度、提高地基承载力、止水防渗、减少支挡结构物土压力、防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。
三 茶浴炉高压喷射注浆法的种类
高压喷射注浆法按喷射流移动方式、注浆管类型和置换程度可分成以下几种，见表。
㈠ 按喷射流的移动方向
如表所示，按喷射流的移动方向，高压喷射注浆法分为旋喷、定喷和摆喷三种，见图。
⑴ 303c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，提高地基的抗剪强度，改善土的变形性质；也可组成闭合的帐幕，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。
⑵ 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。
⑶ 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。
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。
㈡ 按注浆管的类型(或高压喷射注浆法的工艺类型)
按注浆管的类型(或高压喷射注浆法的工艺类型)，高压喷射注浆法可分为单管法、二重管法、三重管法、多重管法和多孔管法等5种方法。
⑴ 单管法
单管旋喷注浆法是利用钻机等设备，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20MPa皮卷尺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，使浆液与从土体上落下来的土粒搅拌混合，经过一定时间的凝结固化，便在土中形成圆柱状的固结体，如图。日本称此为CCP工法
上述的单管法为优良的CCP工法，亦称CCP—S工法(CCP—Super)，即普通的单管法；除
此之外，单管法中还有CCP—V法、CCP—H法和JMM工法。
① 单管CCP—V工法
全名为CCP—vertical，即单管搅拌喷头垂直喷射注浆，搅拌翼直径依钻机的扭矩而定，约280mm，其喷射工艺和参数以及施工机具均与CCP—S法相同，如图为其搅拌喷头。
2 单管CCP—H工法
为CCP—Horizontal，即单管搅拌翼喷头水平喷射注浆，搅拌翼的直径约为280mm，如图为单管水平旋喷搅拌喷头。
水平旋喷的工艺如图。
③ 单管JMM工法
可称之为单管长喷嘴注浆法。长喷嘴的本身起搅拌作用，搅拌直径300mm左右，如图所示。其加固体是搅拌和注浆的复合体，直径是普通单管法的1.5～2.0倍。
⑵ 二重管法
即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左右的浆液，从内喷嘴中高速冲出，并用0.7MPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。在高压浆液流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。二重管法固结体的直径显然大于单管法的直径，如图。日本称此为JSG工法。
⑶ 三重管法
使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管(我国一些单位由于三重管加固精度高不易制作，改用三根小管套在一根大管内的注浆管)，以水气同轴双喷嘴，在20～40MPa的水射流外围环绕0.5～0.7MPa空气流组成高压水与气的复合喷射流，冲击切削土体借空气的上升力将部分小土粒排出地面，形成较大的空隙，并通过在喷头下端的喷嘴再另注入1～5MPa压力的水泥浆，使浆液凝结为固结体。由于水气复合喷射流的能量大于浆气复合喷射流，三重管固结体的直径大于二重管固结体，如图。日本称此为CJP工法。
⑷ 多重管法(SSS—MAN工法)
可简称3S管法。这种施工法需要先打一个导孔置入多重管，利用压力大于或等于40MPa的高压水流，旋转运动切削破坏土体，被冲下来的土、砂和砾石等，立即用真空泵从管中抽出到地面，如此反复冲切土体和抽泥，并以自身的泥浆护壁，便在土中冲出一个较大的空洞，依靠土中自身泥浆的重力和喷射余压使空洞不坍塌。装在喷头上的超声波传感器，及时测出空洞的直径和形状，由电脑绘出空洞图形。当空洞的形状、大小和高低符合设计要求后，立即通过多重管充填穴洞。填充的材料根据工程需要随意选用，水泥浆、水泥砂浆、混凝土、砾石等均可，于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体。在砂层中，最大可达￠4.0m，并做到信息管理，施工人员完全掌握固结体的直径和质量。如图是SS5—MAN工法示意图。
⑸ 多孔管法(MJS工法)
MJS是Metro Jet System的缩写。即地下喷射注浆系统，亦称全方位高压喷射工法，是日本最新开发出的。
多孔管MJS工法分别以高压水喷射流和高压水泥浆加四周环绕空气流的复合喷射流，两次冲击切削破坏土体，固结体的直径较大。浆液凝固时间的长短可通过速凝剂喷嘴注入速凝
液量调控，最短凝固时间可做到瞬时凝固，这是其它高压喷射注浆法难以达到的。施工时根据地压的变化，调整喷射压力、喷射量、
空气压力和空气量，就可增大固结效果。固结体的形状不但可做成圆形，还可做成半圆形。如图为垂直施工示意图。
⑹ 搅拌喷射(超长喷嘴)法
SWING最新地基加固工法是台湾高仕工程公司与日本大成建设技术合作的成果。
主要特点是：钻头是一个可以作90°转动的搅拌翼，搅拌翼一端装有喷嘴。钻进时，搅拌翼竖立在两个支架内起钻头作用，当开始喷射时，油压缸和链条把搅拌冀推成水平状（如图）进行搅拌喷射注浆。固结体为复合体，由搅拌桩和旋喷桩两部分组成。施工时使用专门的SWING钻机，最大搅拌旋喷直径远红外陶瓷球3m，最大钻深60m。
以上几种高压喷射注浆法中，大部分属于半置换法，即高压水(浆)携带一部分土颗粒流出地面，余下的土和浆液搅拌混合凝固，形成半置换状态。另一种属全置换法，即高压水(浆)冲击下来的土，全部被抽出地面而在地层中形成一个空洞(空间)，以喷射材料充填之，
成为全置换状态，如三重管的电暖手套SSS—MAN工法。
四 高压喷射注浆法的特征
高压喷射注浆法是以高压喷射流为加固地基的主要作用，高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土以半置换或全置换凝固为固结体。喷射的能量大、速度快，象金属翼般冲切破坏土体。这种翼片的长度因不同条件而异，压力大的长，土质坚硬的短。从施工法、加固质量到适用范围，不但与静压注浆法有所不同，而且与其它地基处理方法相比，亦有独到之处，高压喷射注浆法的主要特征如下：
⑴ 适用范围较广
由于高压喷射注浆法固结体的质量明显提高，有强化地基的作用，它既可用于工程建设之前、工程建设之中，还可用于竣工后的托换工程，可以不损坏建筑物的上部结构，能在狭窄和较低矮的现场贴近建筑物施工，甚至可以不影响运营使用。高压喷射注浆法除能强化地基之外，还有防水止渗的作用，可用于深基坑地下工程的支档和护底、筑造地下防水帷幕、减振、防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防止基础冲刷等方面(对地下水流速过大和已涌水的防水工程，应慎用，必要时应通过现场试验确定)阻塞密度。
⑵ 适用地层较广
高压喷射注浆法适用于从淤泥、淤泥质土到碎石类土，均有良好的加固效果。
⑶ 施工简便
施工时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0.4～4.0m的固结体，其径孔比(加固固结体直径／钻机开孔直径)大于l0，因而能贴近已有建筑物基础建设新建筑。成型灵活，既可在钻孔的全厂范围形成柱形固结体，也可仅做其中一段。
⑷ 可控制固结体形状
为满足工程需要，在施工中可调整旋喷速度和提升速度、增减喷射压力、改变喷射方向、调整喷射持续时间、更换喷嘴孔径、改变流量等参数后，获得不同体形的固结体，成为工程所需的形状。如图为固结体基本形状示意图。
⑸ 可垂直喷射也可倾斜和水平喷射
通常情况下，采取在地面进行垂直喷射注浆，但在隧道、矿井巷道工程、地下铁道等建设中，亦可采用倾斜和水平喷射注浆。这样旋喷桩即可喷成垂直桩、倾斜桩和水平桩。
⑹ 耐久性较好
在用高压喷射注浆法加固地基的工程中，能得到预期的、稳定的加固效果并有较好的耐久性，可以用于永久性工程中。
⑺ 料源广阔
喷射用的浆液以水泥为主，化学材料及外加剂为辅。一般的地基处理工程中，均可使用来源广范、价格低廉的425＃普通硅酸盐水泥，若在地下水流速快，或土中含有腐蚀性元素、土的含水量大而固结体强度要求较高的条件下，可根据工程需要，在水泥浆液中掺入适量的外加剂，以达到速凝、高强、抗冻、耐腐蚀和浆液不沉淀等效果。此外，根据工程需要，还可以在水泥浆液中加入一定数量的粉煤灰，这不但利用了工业废料，又可降低注浆材料的成本。
⑻ 浆液的流失与回收
高压喷射注浆法在施工时有一定的冒浆及浆液沿着管壁冒出地面，一般在10％～20％左右，这样浆液材料就有一定的耗费。但在三重管法中可以回收再利用一部分浆液，或把冒出地面的浆液打钻再压入地下。
⑼ 安全生产
高压喷射注浆施工较为安全，这是因为各种高压设备如高压水泵、高压水浆泵等均有安全阀门和超压自动停机、自动泄压装置，即当压力超过规定值时，阀门便自动开启，泄浆降压或自动停机，不会因堵孔升压造成爆破事故。我国20多年来的工程实践中，尚未出现高压伤亡事故。只要按规定进行维护管理，是安全的。
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