導(dǎo)語：深層攪拌法加固技術(shù)分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：高壓噴射灌漿和深層攪拌法加固技術(shù)相似，其主要差別在于采用不同的加料拌和手段。

關(guān)鍵詞：高壓噴射灌漿深層攪拌加固

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(jiǎn)稱旋噴)，定向噴射(簡(jiǎn)稱定噴)和擺動(dòng)噴射(簡(jiǎn)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)最大可達(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。可以選擇高標(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，最好使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤(rùn)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(chǎng)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<N<10

1.2±0.2

1.4±0.3

2.0±0.3

10<N<20

0.8±0.2

1.1±0.3

1.5±0.3

20<N<30

0.6±0.2

0.8±0.3

1.0±0.3

砂土

0<N<10

1.0±0.2

1.6±0.3

2.5±0.3

10<N<20

0.8±0.2

1.3±0.3

1.8±0.3

20<N<30

0.6±0.2

1.0±0.3

1.2±0.3

礫砂

20<N<30

0.6±0.2

1.0±0.3

1.2±0.3

單向定噴有效長(zhǎng)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

最大抗壓強(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。

對(duì)于防滲工程多采用定噴、擺噴，地層含的粒徑較粗時(shí)多采用擺噴或旋噴。對(duì)處理深度大于20m的復(fù)雜地層最好按雙排或三排布孔，使高噴樁形成堵水帷幕?？拙鄳?yīng)為1.73R(R為旋噴固結(jié)體半徑)，排距為1.5R時(shí)最經(jīng)濟(jì)。一般定噴、擺噴孔距為1.2～2.5m，旋噴為0.8～1.2m。高噴防滲效果一般可達(dá)10-5～10-6cm/s。

高噴樁樁距應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載、單樁承載力及土質(zhì)情況而定。一般取樁距為S＝(3～4)d(d為旋噴樁直徑)，樁的布置方式可選用矩形或梅花形布置。

高噴灌漿施工鉆孔的目的是將灌漿管插入預(yù)定的土層中，由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)。近來也有用振沖方式成孔直接進(jìn)行噴射作業(yè)的方法。噴射時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）灌漿深度大時(shí)，易造成上粗下細(xì)的固結(jié)體，影響固結(jié)體的承載能力或抗?jié)B作用，因而需采用增大壓力和流量或降低旋轉(zhuǎn)和提升速度等措施補(bǔ)救；

（2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴漿量不足而影響工程質(zhì)量時(shí)，可采用復(fù)噴技術(shù)；

（3）當(dāng)冒漿量大于灌漿量的20%時(shí)，可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑、加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等措施，對(duì)冒出的漿液，可回收利用；

（4）根據(jù)工程需要調(diào)節(jié)噴射壓力和灌漿量，改變噴嘴移動(dòng)方向和速度，控制噴射固結(jié)體的形狀，即圓盤狀、圓柱狀、大底狀、糖糊蘆狀、大帽狀和墻壁狀。

（5）噴灌后的漿液有析水現(xiàn)象，可造成固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，對(duì)地基加固及防滲不利。為此，可采用靜壓灌漿或漿液中添加膨脹材料等措施預(yù)防。

高壓泵是高壓噴射灌漿中的關(guān)鍵設(shè)備，要求壓力和流量能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。額定流量為85～150L/min；額定壓力為20～50MPa。

表5－7高壓噴射灌漿參數(shù)一覽表

高噴灌漿種類

單管法

二管法

三管法

適用土質(zhì)

砂土、粘性土、黃土、雜填土、小粒徑砂礫

漿液材料及配方

以水泥為主材，加入不同的外加劑后具有速凝、早強(qiáng)、抗腐蝕、防凍等特性，常用水灰比為1:1，也可使用化學(xué)材料。

高噴灌漿參數(shù)

水

壓力(MPa)

──

──

20

流量(L/min)

──

──

80～120

噴嘴孔徑(mm)及個(gè)數(shù)

──

──

2～3(1～2)

空氣

壓力(MPa)

──

0.7

0.7

流量(m3/h)

1～2

1～2

噴嘴間隙(mm)及個(gè)數(shù)

1～2(1～2)

1～2(1～2)

漿液

壓力(MPa)

20

20

0.2～3

流量(L/min)

80～120

80～120

80～150

噴嘴孔徑(mm)及個(gè)數(shù)

2～3(2)

2～3(1～2)

10～2(1或2)

灌漿管外徑(mm)

φ42或φ45

φ42,φ50,φ75

φ75或φ90

提升速度(cm/min)

20～25

10～30

5～20

旋轉(zhuǎn)速度(r/min)

約20

10～30

5～20

（五）高噴固結(jié)體的質(zhì)量檢測(cè)

1）開挖檢驗(yàn)：待漿液凝結(jié)具有一定的強(qiáng)度后，即可開挖檢查固結(jié)體垂直度、形狀和質(zhì)量；

2）鉆孔檢查：從固結(jié)體中鉆取巖芯，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)。在鉆孔中做壓水或抽水試驗(yàn)，測(cè)定其抗?jié)B能力；

3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：在旋噴固結(jié)體的中部可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

4）載荷試驗(yàn)：靜載荷試驗(yàn)分垂直和水平靜載荷試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)時(shí)，需在受力部位澆筑0.2～0.3m厚的混凝土層；

5）圍井試驗(yàn)：在板墻一側(cè)增加噴孔，與板墻形成封閉圍井，在井中進(jìn)行壓水和抽水兩種試驗(yàn)，或觀測(cè)井內(nèi)外水位，多用于防滲效果檢查。

高壓噴射灌漿加固地基技術(shù)主要適用于第四紀(jì)沖積層、殘積層及人工填土等。對(duì)于砂類土、粘性土、黃土和淤泥等都能加固。但對(duì)礫石直徑過大、含量過多及有大量纖維質(zhì)的腐植土噴射質(zhì)量稍差，有時(shí)甚至不如靜壓灌漿的效果。

對(duì)地下水流速過大，噴射的漿液無法在灌漿管周圍凝結(jié)，無填充物的巖溶地段，永凍土和對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基，均不宜采用高壓噴射灌漿法。

（六）高壓噴射灌漿的特點(diǎn)

高噴法具有成本較低，施工速度較快，固結(jié)體強(qiáng)度大，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，與普通灌漿法相比又具有以下特點(diǎn)：

高噴法是利用高速水流強(qiáng)制性地破壞土體形成固結(jié)體，在覆蓋層中一般不存在可灌性問題；同時(shí)由于高速射流被限制在土體破碎范圍內(nèi)，因此漿液不易流失，能保證預(yù)期的加固范圍和控制固結(jié)體的形狀；能在鉆孔中任何一段內(nèi)施工，也可以在孔底或中部噴射，此外，也可以水平方向噴射和傾斜方向噴射施工；高噴法通常采用水泥漿液，不會(huì)造成環(huán)境和地下水的污染，且耐久性較好；施工噪音較小，單管和二管法施工較簡(jiǎn)便。

二、深層攪拌法技術(shù)（水泥土加固法）

深層攪拌法是利用水泥作為固化劑，通過特別的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性。改性后的軟土強(qiáng)度大大高於天然強(qiáng)度，其壓縮性，滲水性比天然軟土大大降低。

（一）加固機(jī)理

軟土與水泥采用機(jī)械攪拌加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程。減少了軟土中的含水率，增加了顆粒之間的粘結(jié)力，增加了水泥土的強(qiáng)度和足夠的水穩(wěn)定性。在水泥加固土中，由於水泥的摻量較小，一般占被加固土重的10～15％。水泥的水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進(jìn)行，所以硬化速度較慢且作用復(fù)雜。

（二）水泥土的主要特性

1.物理性質(zhì)水泥土的容重與天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大。

2.無側(cè)限抗壓強(qiáng)度水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為300～400kPa，比天然軟土大幾十倍至百倍，但影響水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的因素很多，如水泥摻入量、齡期、水泥標(biāo)號(hào)、土樣含水率和有機(jī)質(zhì)含量以及外摻劑等等。

為了降低工程造價(jià)，可以采用摻加粉煤灰的措施。摻加粉煤灰的水泥土，其強(qiáng)度一般比不摻粉煤灰的高。不同水泥摻入比的水泥土，當(dāng)摻入與水泥等量的粉煤灰后，強(qiáng)度均比不摻粉煤灰的提高10％，因此采用深層攪拌法加固軟土?xí)r摻入粉煤灰，不僅可消耗工業(yè)廢料，還可提高水泥土的強(qiáng)度。

（三）施工技術(shù)

1.加固型式

根據(jù)目前的深層攪拌法施工工藝，攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種型式，在堤防上用于地基加固，主要采用樁式，而用于防滲加固，應(yīng)采用壁狀式，壁狀式是將相鄰攪拌樁部分重疊搭接即成為壁狀加固型式，組成水泥土擋墻，這種擋墻具有較高的抗?jié)B性能，可以形成良好的隔水帷幕。

2.施工工藝

（1）濕法施工

主要的施工機(jī)械為深層攪拌機(jī)。深層攪拌法的施工主要可分為定位、預(yù)攪下沉、制備水泥漿、提升噴漿攪拌、重復(fù)上下攪拌、清洗等幾個(gè)步驟。

（2）干法施工

干法是采用水泥粉料，由空氣輸送，通過攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴出，并隨著攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)均勻分布在整個(gè)空隙軌道面內(nèi)，進(jìn)而和原位地基土攪拌并混合在一起。施工機(jī)械主要是鉆機(jī)、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī)、攪拌鉆頭等。

施工工序主要為1）柱體對(duì)位2）下鉆3）鉆進(jìn)結(jié)束4）提升噴粉5）提升結(jié)束樁形成體等幾個(gè)步驟。

（四）適用范圍

深層攪拌法最適宜加固各種成因的飽和軟粘土，常用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、亞粘土等地質(zhì)的加固，成樁深度可達(dá)30m，采用多頭小直徑樁成墻深度可達(dá)18m。

在堤防除險(xiǎn)加固工程中，深層攪拌樁適用于處理軟基堤防上滑坡段的。同時(shí)，還可以組成截滲墻，取得較好的防滲效果。

（五）深層攪拌法主要優(yōu)點(diǎn)

1.加固效果好，加固方式靈活，適用面廣

深層攪拌法可采用不同的加固型式、不同的樁長(zhǎng)和置換率以滿足不同土質(zhì)條件和不同荷載要求的加固目的。對(duì)河道這種區(qū)域狹長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)沉降要求較高的工程比較適宜。采用攪拌樁擋土墻作為河岸邊坡支護(hù)不僅能夠保證邊坡穩(wěn)定，還具有防滲功能。

2.施工速度快

一般來說，每臺(tái)深層攪拌機(jī)建造攪拌樁截滲墻的工效達(dá)13.2m2/臺(tái)·時(shí)。

3.可充分利用原軟土，無棄土問題

深層攪拌法是一種原位加固技術(shù)，可充分利用原狀土，無棄土問題。

4.造價(jià)較低

每延長(zhǎng)（截面積0.71m3）的深層攪拌樁的造價(jià)約為100元左右，按成墻厚度0.22m計(jì),每平方米成墻造價(jià)為70余元，比采用垂直鋪塑截滲、混凝土墻截滲、高噴水泥土墻截滲的造價(jià)低。