高压喷射注浆法加固地基的作用机理探讨

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【摘要】本文首先简介了旋喷桩加固地基的基本概念，旋喷桩在地基加固应用中的优点。进而探讨了旋喷浆液在土中的喷射形态、喷射流构造，以及高压旋喷成桩机理。详细的分析了旋喷浆液在土中的硬化机理。最后，对旋喷注浆法的可靠性进行了探讨。总之，使用优质的注浆材料和采用恰当喷射技术参数以及合理的设计方案，旋喷桩复合地基就能取得良好的加固地基的效果。

【关键词】注浆；复合地基；端阻力；摩阻力

1.引言

高压喷射注浆法是在注浆法的基础上，应用高压喷射技术而发展起来的一项新的地基加固方法，于1970年始于日本。它是利用工程钻机钻孔作为导孔，将带有特殊喷嘴的喷射管插入设计处理深度后，用高压脉冲泵等高压发生装置，使浆液或水以20～40MPa的高压流从喷嘴中喷出，冲击切割土体。当能量大、速度快、呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体上剥落下来。一部分细小的土粒被喷射的浆液所置换，随着液流被带到土面上(俗称冒浆)。其余的土粒与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。待浆液凝固后，便在土中形成一固结体，固结体的形状与喷射流移动方向有关。

高压旋喷注浆法适用于处理淤泥、淤泥质粘土，粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的用机质时，应根据现场试验结果确定其使用程度。

2.旋喷桩加固技术的优点

由于将水泥土与原地基软土就地搅拌混合，因而可最大限度地利用原土；

对周围原有建筑的影响较小；

可按照不同的地基土的性质及工程设计要求，合理选择，设计比较灵活；

施工设备简单，管理方便，施工时无振动，无污染，可在密集的建筑群中进行施工，而且料源广阔，价格低廉；

土体加固后重度变化不大，粘性土固结体比原状土轻约10%，但砂类土固结体可能比原状土重10%左右，基本上轻于或接近原状土的容量，较小的产生附加沉降；

透气透水性差，固结体内虽有一定的孔隙，但这些孔隙并不贯通，为封密型，而且固结体有一层较致密的硬壳，其渗透系数相当高，具有一定的防渗功能；

固结强度高，单桩承载力较高；

与钢筋混凝土桩基比，节省了大量的钢材，降低了造价；

根据上部结构的需要，可灵活采取垂直喷射或倾斜喷射或水平喷射，使之形成柱状、壁状、块状等加固形式。

3.水射流破土机理分析

3.1影响水射流破土效果的因素。水气同轴喷射时，高压水射流破碎土体的效果与水射流出口压力、喷射速度、喷嘴直径、喷嘴形状等因素有关；与空气射流的速度、方向及流量大小等因素有关；与被破碎土体的密度、颗粒大小及级配、抗剪强度等因素有关。

随着喷射压力增加，有效喷射距离增大，但喷射流的流量对水射流压力有较大影响。水射流出口速度增加，所携带的能量增大，破土效果提高。空气射流的速度越大，高压水射流速度的衰减越小，空气射流的流量增加，水射流的扩散减小，射流有效距离增大，可取得较好的破土效果，因而成桩直径增大。

3.2水射流对土体的破坏作用。水射流破土效果，随土介质的物理力学性质不同而变化。当喷射初始时，被破坏土体处于三向受压状态，在水射流冲击点表而，土体被水射流冲压产生凹陷变形。

射流作用在土体表而时，将产生两种作用力：一是在距喷嘴较近处，射流作用而积很小，压力远远大于土体的自重应力，因而在土体中少产生个剪切力；一是在距喷嘴较远处，射流压力不能使土体发生破坏，但可压密土体并将部分射流液体挤入土体中，因而在土体中产生个挤压力。对于无粘性土，渗透作用占主导地位；对于粘性土，压密起主要作用。

当水射流移动进入土颗粒之间时，土体因被切割而破坏。由于土质的不均匀性，水射流首先进入大孔隙中产生侧向挤压力，以裂隙为边界大块土体被冲刷下来，翻滚到射流压力较小处而停止。因此该处射流压力较小土块不会再发生破坏，这就是喷射桩体内存在块状土的原因。

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