文档介绍：高压旋喷桩复合地基的加固机理和施工工艺

摘要:高压旋喷桩是近年来发展起来的一项土体加固新技术;它是利用钻机设备产生的高压,将水泥浆喷射到土体,使水泥固结体与桩间土形成一种新的复合地基,从而提高地基土的承载力;高压旋喷桩复合地基承载力不但与土体的物理力学性质有关,也与本身材料及施工工艺密切相关;复合地基质量检测是检验工程质量的重要环节。
关键词:旋喷注浆复合地基成桩机理加固机理施工程序旋喷工艺注浆材料水灰比质量检测
旋喷注浆是近年来发展起来的一项土体加固新技术。它是利用工程钻机,将旋喷注浆管置于预定的地基加固深度,通过钻杆旋转,徐徐提升钻头,将已经配置好的浆液,用一定的压力从喷嘴中喷射液流,冲击土体,把土和浆液搅拌成混合体,随后凝聚固结,形成一种新的有一定强度的人工地基,这一整套地基加固方法,称为旋喷注浆加固地基技术,简称旋喷技术。
旋喷注浆加固地基的深度,主要取决于钻机设备的适应性能(不仅仅是机械性能);土体固结的半径,主要取决于旋喷时喷射的搅动半径;土体加固强度,主要取决于浆液与土质的性质和凝固过程。这三方面因素,既有相互配合又有相互制约的特征,要掌握这项新技术,首先要从这三大因素着手,然后进一步掌握三大因素的相互关系。施工前,必须根据工程的具体条件和技术状态来选择喷射的各种性能参数。施工过程中,还要不断地取样进行分析,以保证工程质量,满足设计要求,这样,才能收到应有的技术经济效果。
1. 旋喷注浆的成桩作用
高压喷射流对土体的破坏作用
高压喷射流破坏土体的效能,随着土的物理力学性质的不同,在数量方面有较大的差异。喷射流破坏土体的机理比较复杂,透过旋喷的现象,可以分析其主要作用。高压喷射流破坏土体的作用,可用以下主要因素予以说明:
(1)喷流动压
高压喷射流冲击土体时,由于能量高度集中地冲击一个很小的区域,因而在这个区域内及其周围的土和土结构的组织之间,形成强大的压应力作用,当这些外力超过土颗粒结构的破坏临界值时,土体便受到破坏。由喷射流的运动方程可得出其理论破坏力公式:
()
式中,F——喷射流的破坏力(N);ρ——喷射流介质的密度(Ns2/m4);
A——喷射流的截面积(喷咀出口)(m2);Vm——喷射流得速度(m/s)。
从公式()可知,当喷射流介质密度和喷嘴截面积一定时,则喷射流的破坏力和速度的平方成正比,而喷射压力越高,则流速越大。因此用增加高压泵的压力,是增大高速喷射流的破坏力最合理的方法。
(2)喷射流的脉动负荷
当喷射流不停地脉冲式冲击土体时,土粒表面受到脉动负荷的影响,逐渐积累起残余变形,使土粒失掉平衡,从而促使了土的破坏。
(3)水流的冲击力
由于喷射流断续地捶击土体,产生冲击力,促进破坏的进一步发展。
(4)空穴现象
当土体没有被射出空洞时,喷射流冲击土体以冲击面上的大气压力为基础,产生压力变动,在压力差大的部位产生空洞,呈现出类似空穴的现象。在冲击面上的土体被蒸气泡的破坏压力所腐蚀,使冲击面破坏。此外,在空穴中,由于喷射流的激烈紊流,也会把较软的土体掏空,造成空穴扩大,使更多的土颗粒遭受剥离,使土体遭受破坏。
(5)水楔效应
当喷射流充满土层时,由于喷射流的反作用力,产生水楔,喷射流在垂直于喷射流轴线的方向上,楔入土体的裂隙或薄弱部分中,这时喷射流的动压变为静压,使土发生剥落加宽裂隙。
(6)挤压力
喷射流在终了区域,能量衰减很大,不能直接冲击土体使土粒剥落,但能对有效射程的边界土产生挤压力,对四周土有压密作用,并使部分浆液进入土粒之间的空隙里,使固结体与四周土紧密相依,不产生脱离现象。
(7)气流搅动
在水或浆与气的同轴喷射作用下,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,使高压喷射流的喷流破坏条件得到改善,阻力大大减少,能量消耗降低,因而增大了高压喷射流的破坏能力。
旋喷成桩机理
由于高压喷射流是高能高速集中和连续作用于土体上,压应力和冲蚀等多种因素总是同时密集在压应力区域内发生效应,因此,喷射流具有冲击切削破坏土体并使浆液与土搅拌混合的功能。
旋喷时,高压喷射流在地基中把土体切削破坏,其加固范围就是以喷射距离加上渗透部分或压缩部分的长度为半径的圆柱体。一部分细小的土粒被喷射的浆液所置换,随着液流被带到地面上(俗称冒浆),其余的土粒与浆液搅拌混合。在旋喷动压、离心力和重力的共同作用下,在横断面上土粒按质量大小有规律地排列起来,小颗粒在中部居多,大颗粒多在外侧或边缘部分,形成了浆液主体、搅拌混合、压缩和渗透等部分,经过一定时间便凝固成强度较高渗透系数小的固结体。随着土质的不同,横断面的结构多少有些不同,由于旋喷体不是等颗粒的单体结构,固结质量不太均匀,通常中心的强度低,边缘部分强度低。
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