单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管(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左右的压力,把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合,经过一定时间凝固,便在土中形成一定形状的固结体,这种方法日本称为CCP工法。
基本介绍
- 中文名:单管旋喷注浆法
- 外文名:Single pipe spinning grouting method
- 别名:CCP工法
- 浆液压力:≥20Mpa
- 提升速度:12~18cm
- 学科:採矿工程
简介
单管旋喷注浆法多用于软弱地层加固。旋喷注浆是在土层中钻一个孔径为50-127mm的钻孔,浆液经钻桿通过直径为1.5-2.5mm的特製喷嘴,喷出高速喷射流,用以切割地基土。并与注浆液搅拌混合,喷嘴边喷射,边旋转,边提升,最后使土体胶结形成最大直径可达2m的柱状固结体。以提高地基承载能力。旋喷也可用于构筑地下防渗墙。1985年中国採用旋喷注浆帷幕掘进竖井已通过25m厚的含水砂层。
方法
根据喷嘴构造,旋喷注浆方法分单管法、二重管法和三重管法三种。
(1)单管法
注浆管为单通道,以浆液为载能介质,用钻桿作注浆管,浆液以20MPa左右的压力通过特製喷嘴造成高速喷射浆液流。冲击破碎土体,并使之与浆液强制搅拌混合、形成直径达0.4-1.0m的圆柱状固结体。
(2)二重管法
注浆管为双通道,浆气同轴喷射,内管喷浆,外管喷气。高压浆流在周围空气喷流幕保护下。减缓液流的衰减。扩大破坏土体範围。固结桩体直径可达0.6-1.5m。
(3)三重管法
注浆管为三通道、以水为载能介质,气居外,水居中,浆居间,水、浆、气同轴喷射,射流切割土体範围更大些,固结桩体直径可增大到0.8-2.0m。三重管如只提升,不旋转,则为定向喷射(简称定喷)。可形成厚0.2m左右的板墙。浆液以水泥浆为主。二重管常用的工艺参数为:高压水30MPa,气压0.7MPa,浆压为1-3MPa,提升速度为5-10cm/min,旋转速度为5-10r/min。
旋喷射流破土机理
包括高压喷射流和空气喷流幕。
(1)高压喷射流流体通过高压发生装置携带能量,经喷嘴喷出具有很大动能的液流。其冲击力与喷射流的平均速度、喷嘴横断面积、喷射流的构造特徵有关。沿喷流轴方向甲靠近喷嘴出口的喷流核部分压力保持不变。由于喷流的高速运动和对周围介质的卷吸,能量沿射程损失,喷流束逐渐展宽,其动压和速度下降。喷射流的扩散规律与距离、介质等因素有关,利用高压射流切割土体时,为儘量减缓压力的衰减,可增设空气喷流幕。
(2)空气喷流幕以一个环形喷嘴在高压水(浆)喷嘴外围与轴喷射压缩空气所形成的气幕。它起保护水射流,减缓其衰减、提高喷射流切碎土体的作用,空气喷流方向与水射流平行,其速度等于或稍大于水射流的速度。
旋喷设备
主要包括高压泵和喷嘴。
(1)高压泵
旋喷注浆的关键设备。可产生20MPa以上的高压脉动液流,以破碎和扰动土体。多用活塞式或柱塞往复式高压泵。
(2)喷嘴
将高压能转换为动能的装置。其圆柱状导流段最佳长度为喷嘴直径的4倍。喷嘴内表面圆锥角一般取13°-14°,其加工光洁度要高,否则易产生横向环流(涡流),阻碍射流前进,增加能量损失,使喷流过早离散雾化。
施工工艺
1.场地三通一平
施工前应保证场地的三通一平,确保用电安全。
2.桩位测设
桩位应严格按照图纸设计测设,偏差不得大于50mm。
3.试桩及确定工艺参数
为保证施工质量应严格遵守试桩要求,在展开大批量制桩前进行试桩,以校验施工工艺参数是否合理,现根据工程经验提出试桩用工艺参数如下:
⑴注浆管:提升速度12~18cm;旋转速度10~20r/min。
⑵水:压力20~25Mpa;流量85L/min。
⑶浆液压力:≥20Mpa;流量>60Lmin。
⑷空气:压力0. 5~0. 9Mpa;流量0. 7m3/min。
⑸水灰比:1:1
4.钻机就位
钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直,施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5%。
5.钻孔
单管旋喷常使用76型旋转振动钻机,钻进深度可达30m以上,适用于标準贯入度小于40的砂土和粘性土层,当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm。
6.插管
插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时,插管与钻孔两道工序合二为一,即钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕,必须拔出岩芯管并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射水、边插管,水压力一般不超过1 MPa,若压力过高,则易将孔壁射塌。
7.喷射作业
当喷管插入预定深度后,由上而下进行喷射作业,技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求,并随时做好记录,绘製作业过程曲线。
当浆液初凝时间超过20h应及时停止使用该水泥浆液(正常水灰比1: 1,初凝时间为15h左右)
8.沖洗
喷射施工完毕后,应把注浆管等机具设备沖洗乾净,管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水,在地面上喷射,以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。
9.移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。
质量控制
1.桩位偏差<5cm,钻孔垂自度<1%H。
2.钻桿要进行量测,并作记录,经常检查孔深,保证孔深达到设计要求。
3.严格按设计配合比例率拌制水泥浆液,拌制好的水泥浆液超过2小时不能使用。
4.旋喷桩施工中,严格控制空压机、高压水泵、送浆泵的压力和提升喷浆速度。
5.提升过程中,拆卸钻桿后,继续旋喷施工时,保持钻桿有不小于10cm的搭接长度。
6.经常检查高压系统、管道系统、使压力、流量能够达到规範要求以保证桩径达到设计要求。
注意事项
1.在旋喷桩施工区最外围的一排桩採用1, 5, 9…,间隔跳打的方法进行施工,围内部採用不跳桩按次序施工。
2.钻机或旋喷机就位时机座要平稳,立轴或转盘要与孔位对正,倾角与设计误差一般不得大于0.5°。
3.喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求,管路系统的密封圈必须良好,各通道和喷嘴内不得有杂物。
4.喷射注浆作业后,由于浆液析水作用,一般均有不同程度收缩,使固结体顶部出现凹穴,所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌,并要预防其它钻孔排出的泥上或杂物进入。
5.为了加入固结体尺寸,或对深层硬上,为了避免固结体尺寸减小,可以採用提高喷射压力、泵量或降低迴转与提升速度等措施,也可以採用复喷工艺:第一次喷射(初喷)时,不注水泥浆液,初喷完毕后,将注浆管边送水边下降至初喷开始的孔深,再抽送水泥浆,自下而上进行第一次喷射(复喷)。
6.在喷射注浆过程中,应观察冒浆的情况,以及时了解土层情况,喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。採用单管或一重管喷射注浆时,冒浆量小于注浆量20%为正常现象,超过20%或完全不冒浆时,应查明原因并採取相应的措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆,可在浆液中掺加适量速凝剂或增大注浆量,如冒浆过大,可减少注浆量或加快提升和迴转速度,也可缩小喷嘴直径,提高喷射压力。
7.对冒浆应妥善处理,及时清除沉澱的泥渣。在砂层中用单管或二重管注浆旋喷时,可以利用冒浆进行补灌已施工过的桩孔。但在粘土层、淤泥层旋喷时,因冒浆中掺入粘上或清水,故不宜利用冒浆回灌
8.在软弱地层旋喷时,固结体强度低。可以在旋喷后用砂浆泵注入M15砂浆来提高固结体的强度。
9.在湿陷性地层进行高压喷射注浆成孔时,如用清水或普通泥浆作沖洗液,会加剧沉降,此时宜用空气洗孔。
10.在砂层尤其是乾砂层中旋喷时,喷头的外径不宜大于注浆管,否则易夹钻。
11.在开钻前根据管线图摸清管线位置及走向,遇有不明管线应及时向上级汇报。