一、高壓噴射灌漿技術(shù)
高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液），同時(shí)鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，并強(qiáng)制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體。
固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡稱旋噴），定向噴射（簡稱定噴）和擺動(dòng)噴射（簡稱擺噴）。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善地基土的變形性能，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過大的變形。定噴固結(jié)體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。
（一）加固機(jī)理
高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動(dòng)土體，同時(shí)用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓水、氣射流卷吸帶入，同時(shí)與被攪動(dòng)土體混合形成固結(jié)體。加固地基，形成樁、板、墻的機(jī)理可用五種作用來說明：
1.高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞。
2.混合攪拌作用 鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動(dòng)相反的方向（即阻力小的方向）移動(dòng)，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。
3.置換作用 三重管高噴法又稱置換法，高速水射流切割土體的同時(shí)，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入。
4.充填、滲透固結(jié)作用 高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體。
5.壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分。
（二）基本種類
按噴射介質(zhì)及其管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。
1.單管旋噴法 通過單根管路，利用高壓漿液（20～30MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm.其加固質(zhì)量好，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小。
2.二管旋噴法 在單管法的基礎(chǔ)上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體，達(dá)80～150cm.
3.三管旋噴法 使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重灌漿管。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周圍加上圓筒狀的空氣射流，進(jìn)行水、氣同軸噴射，可以減少水射流與周圍介質(zhì)的摩擦，避免水射流過早霧化，增強(qiáng)水射流的切割能力。噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射，邊提升，在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū)，攜帶同時(shí)壓入的漿液充填空隙，就會(huì)在地基中形成直徑較大、強(qiáng)度較高的固結(jié)體，起到加固地基的作用。
（三）漿液材料
水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類漿液可分為以下幾種類型。
1.普通型漿液 一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.8：1～1.5：1，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度（28d）可達(dá)1.0～20MPa，適應(yīng)于無特殊要求的工程。
2.速凝－早強(qiáng)型 適于地下水位較高或要求早期承擔(dān)荷載的工程，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強(qiáng)劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa.
3.高強(qiáng)型 噴射固結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度在20MPa以上?？梢赃x擇高標(biāo)號(hào)的水泥，或選擇高效能的擴(kuò)散劑和無機(jī)鹽組成的復(fù)合配方等。
在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的，使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤土（占水泥重量的面分比）。此時(shí)不宜使用礦渣水泥，如僅有抗?jié)B要求而無抗凍要者，可使用火山灰水泥。
（四）高壓噴射灌漿工藝
噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場通過試驗(yàn)確定。高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類和其密實(shí)程度有較密切的關(guān)系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結(jié)體大小也不相同。定噴的噴射能量集中，噴射范圍較大，參見表5－6.
表5－6 高壓噴射灌漿固結(jié)體的特性
固結(jié)體特性
噴灌方法
單管法
二管法
三管法
固 結(jié) 體 有 效 直 徑(m)
粘性土
0 1.2±0.2
1.4±0.3
2.0±0.3
10 0.8±0.2
1.1±0.3
1.5±0.3
20 0.6±0.2
0.8±0.3
1.0±0.3
砂 土
0 1.0±0.2
1.6±0.3
2.5±0.3
10 0.8±0.2
1.3±0.3
1.8±0.3
20 0.6±0.2
1.0±0.3
1.2±0.3
礫 砂
20 0.6±0.2
1.0±0.3
1.2±0.3
單向定噴有效長度(m)
1.0～2.5
單樁垂直極限荷載(kN)
500～600
1000～1200
2000
單樁水平極限荷載(kN)
30～40
抗壓強(qiáng)度(MPa)
砂土10～20，粘性土2～6,礫砂8～20
平均抗折強(qiáng)度/平均抗壓強(qiáng)度
1/5～1/10
干土容重(kN/m3)
砂土16～20,粘性土14～15,黃土13～5
滲透系數(shù)(cm/s)
砂土、砂礫10-5～10-7,粘性土10-6～10-7
粘聚力(MPa)
砂土0.4～0.5,粘性土0.7～1.0
內(nèi)摩擦角φ(o)
砂土30～40,粘性土20～30
標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N
砂土30～50,粘性土20～30
彈性波(km/s)
P波
砂土2～3, 粘性土1.5～2.0
S波
砂土1.0～1.5,粘性土0.8～1.0
旋噴粘性土固結(jié)強(qiáng)度為0.3～6.0MPa，無粘性土固結(jié)強(qiáng)度為4～15MPa.
高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液），同時(shí)鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞，并強(qiáng)制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體。
固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射（簡稱旋噴），定向噴射（簡稱定噴）和擺動(dòng)噴射（簡稱擺噴）。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善地基土的變形性能，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過大的變形。定噴固結(jié)體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。
（一）加固機(jī)理
高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動(dòng)土體，同時(shí)用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓水、氣射流卷吸帶入，同時(shí)與被攪動(dòng)土體混合形成固結(jié)體。加固地基，形成樁、板、墻的機(jī)理可用五種作用來說明：
1.高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動(dòng)壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結(jié)構(gòu)破壞出現(xiàn)空洞。
2.混合攪拌作用 鉆桿在旋轉(zhuǎn)和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動(dòng)相反的方向（即阻力小的方向）移動(dòng)，與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體。
3.置換作用 三重管高噴法又稱置換法，高速水射流切割土體的同時(shí)，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補(bǔ)入。
4.充填、滲透固結(jié)作用 高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體。
5.壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對(duì)土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強(qiáng)度高于中心部分。
（二）基本種類
按噴射介質(zhì)及其管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。
1.單管旋噴法 通過單根管路，利用高壓漿液（20～30MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm.其加固質(zhì)量好，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小。
2.二管旋噴法 在單管法的基礎(chǔ)上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體，達(dá)80～150cm.
3.三管旋噴法 使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重灌漿管。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周圍加上圓筒狀的空氣射流，進(jìn)行水、氣同軸噴射，可以減少水射流與周圍介質(zhì)的摩擦，避免水射流過早霧化，增強(qiáng)水射流的切割能力。噴嘴邊旋轉(zhuǎn)噴射，邊提升，在地基中形成較大的負(fù)壓區(qū)，攜帶同時(shí)壓入的漿液充填空隙，就會(huì)在地基中形成直徑較大、強(qiáng)度較高的固結(jié)體，起到加固地基的作用。
（三）漿液材料
水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類漿液可分為以下幾種類型。
1.普通型漿液 一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.8：1～1.5：1，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度（28d）可達(dá)1.0～20MPa，適應(yīng)于無特殊要求的工程。
2.速凝－早強(qiáng)型 適于地下水位較高或要求早期承擔(dān)荷載的工程，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強(qiáng)劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa.
3.高強(qiáng)型 噴射固結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度在20MPa以上?？梢赃x擇高標(biāo)號(hào)的水泥，或選擇高效能的擴(kuò)散劑和無機(jī)鹽組成的復(fù)合配方等。
在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的，使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤土（占水泥重量的面分比）。此時(shí)不宜使用礦渣水泥，如僅有抗?jié)B要求而無抗凍要者，可使用火山灰水泥。
（四）高壓噴射灌漿工藝
噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場通過試驗(yàn)確定。高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類和其密實(shí)程度有較密切的關(guān)系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結(jié)體大小也不相同。定噴的噴射能量集中，噴射范圍較大，參見表5－6.
表5－6 高壓噴射灌漿固結(jié)體的特性
固結(jié)體特性
噴灌方法
單管法
二管法
三管法
固 結(jié) 體 有 效 直 徑(m)
粘性土
0
1.4±0.3
2.0±0.3
10
1.1±0.3
1.5±0.3
20
0.8±0.3
1.0±0.3
砂 土
0
1.6±0.3
2.5±0.3
10
1.3±0.3
1.8±0.3
20
1.0±0.3
1.2±0.3
礫 砂
20
1.0±0.3
1.2±0.3
單向定噴有效長度(m)
1.0～2.5
單樁垂直極限荷載(kN)
500～600
1000～1200
2000
單樁水平極限荷載(kN)
30～40
抗壓強(qiáng)度(MPa)
砂土10～20，粘性土2～6,礫砂8～20
平均抗折強(qiáng)度/平均抗壓強(qiáng)度
1/5～1/10
干土容重(kN/m3)
砂土16～20,粘性土14～15,黃土13～5
滲透系數(shù)(cm/s)
砂土、砂礫10-5～10-7,粘性土10-6～10-7
粘聚力(MPa)
砂土0.4～0.5,粘性土0.7～1.0
內(nèi)摩擦角φ(o)
砂土30～40,粘性土20～30
標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N
砂土30～50,粘性土20～30
彈性波(km/s)
P波
砂土2～3, 粘性土1.5～2.0
S波
砂土1.0～1.5,粘性土0.8～1.0
旋噴粘性土固結(jié)強(qiáng)度為0.3～6.0MPa，無粘性土固結(jié)強(qiáng)度為4～15MPa.