三重管法:同轴三重注浆管复合喷射高压水流和压缩空气,并注入水泥浆液。由于高压水射流的作用,使地基中一部分土粒随着水、气排出地面,高压浆流随之填充空隙。成桩直径较大,一般有1.0~2.0m,但成桩强度较低(0.9~1.2MPa)。
成桩形式分旋喷注浆、定喷注浆和摆喷注浆等三种类别。加固形状可分为柱状、壁状和块状等。
2.1.2高压旋喷桩特点及适用范围
旋喷法具有以下特点:提高地基的抗剪强度,改善土的变形性质,使在上部结构荷载作用下,不产生破坏和较大沉降;能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8~10倍的大直径固结体;可通过调节喷嘴的旋喷速度、提升速度、喷射压力和喷浆量,旋喷成各种形状桩体;可制成垂直桩、斜桩或连续墙,并获得需要的强度。
适用范围广:可用于既有建筑和新建建筑的地基加固,深基坑、地铁等工程的土层加固或防水;适应土层较多:适于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等的地基加固;施工简便灵活。设备较简单、轻便,机械化程度高,全套设备紧凑,体积小,机动性强,占地少,能在狭窄场地施工;操作容易,管理方便,速度快,效率高,用途广泛,成本低;可控制加固体的形状和加固范围;耐久性好,可用于永久性工程中;环保效果好,用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体,施工噪声低,振动小。但对含有较多大粒块石、坚硬粘性土、大量植物根基或含过多有机质的土以及地下水流过大、喷射浆液无法在注浆管周围凝聚的情况下,不宜采用。
桩径的选择
桩直径大小由注浆方法、土的类别、密度、施工条件等而定,表7-21可供参考。
桩径大小选用(m) 表7-21
土质 0<N<5 粘性土 6<N<10 11<N<20 0<N<10 砂土 11<N<20 21<N<30 砂砾 20<N<30 注:N——标准贯入锤击数。 单管法 1.0±0.2 0.8±0.2 0.6±0.2 1.0±0.2 0.8±0.2 0.6±0.2 0.6±0.2 旋喷方法 二重管法 直径 1.5±0.2 1.2±0.2 0.8±0.2 1.3±0.2 1.1±0.2 1.0±0.2 1.0±0.2 三重管法 2.0±0.3 1.5±0.3 1.0±0.3 2.0±0.3 1.5±0.3 1.2±0.3 1.2±0.3 2.1.3高压旋喷桩机具设备及材料要求
(1)高压喷射注浆法主要机具设备包括:高压泵、钻机、浆液搅拌器等;辅
助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。高压喷射注浆法施工常用主要机具设备规格、技术性能要求见表7-22。
旋喷施工常用主要机具设备参考表 表7-22
高压泵 1.3W-TB,高压柱塞泵,带压力流量仪表 2.SNC-H300型黄河牌压浆车 3.ACF-700型压浆车 1.BW250/50型,压力3~5MPa,排量150~250L/min 2.200/40型,压力4MPa,排量120~200L/min 3.ACF-700型压浆车 压力0.55~0.70MPa,排量6~9m3/min 1.无锡30型钻机 2.XJ100型振动钻机 三重管,泥浆压力2MPa,水压20MPa,气压0.5MPa 工作压力31MPa、9MPa,内径19mm 搅拌管,各种压力、流量仪表等 高压水助喷 泥浆泵 三重空压机 管法 钻机 旋喷管 高压胶管 其他 旋喷注浆 旋喷用气 旋喷用、 成孔用 水、气、 浆成桩 高压水泥浆用 控制压力流量用 注:1.钻机的转速和提升速度,根据需要应附设调速装置,或增设慢速卷扬机;
2.三重管法尚需配备搅拌罐(一次搅拌量3.5m3),旋转及提升装置、吊车、集泥箱、指挥信号装置等;
3.其他尚需配各种压力、流量仪表等。
三重管系以三根互不相通的管子,按直径大小在同一轴线上重合套在一起,用于向土体内分别压入水、气、浆液。内管由泥浆泵压送2MPa左右的浆液;中管由高压泵压送20MPa左右的高压水;外管由空压机压送0.5MPa以上的压缩空气。空气喷嘴套在高压水喷嘴外,在同一圆心上。三重管由回转器、连接管和喷头三部分组成(图7-24)。回转器指三重管的上段,内安有支承轴承,当钻机转盘带动三重管旋转时,回转器外部不转内部转;连接管是指三重管的中段,为连接水、气、浆液的通道,旋转是由钻机转盘直接带动连接管使整根三重管旋转,根据旋喷深度可将多节连接管接长;喷头是指三重管的下段,其上装有喷嘴(图7-27e),是旋喷时向土层中喷射水、气、浆液的装置,也随连接管一起转动。喷嘴制造材料为硬质合金管,D0≈2mm左右。
图7-24 三重管构造
I-头部;II-主杆;III-钻杆;IV-喷头
1-快速接头;2-锯齿形接头;3-高压密封装置;4-鸡心形零件;5-凸接头; 6-凹接头;7-圆柱面加“○”形圈;8-转轴;9-半圆环;10-螺栓塞;11-喷嘴 浆液搅拌可采用污水泵自循环式的搅拌罐或水力混合器。
辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存、运输系统以及各种管件、阀门、接头、压力流量仪表、安全设施等。
(2)旋喷使用的水泥应采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥,要求新鲜无结块。一般泥浆水灰比为1:1~1.5:1,稠度大,流动缓慢,喷嘴易堵塞,增加排除故障时间,影响施工进度;稠度过小,对强度有影响。为消除离析,一般再加入水泥用量3%的陶土、0.9‰的碱。浆液宜在旋喷前1h以内配制,使用时滤去硬块、砂石等,以免堵塞管路和喷嘴。
4.施工工艺方法要点
(1)旋喷桩施工工艺流程如图7-25、图7-26所示。
测量定位 钻机就位 调整钻架角度 钻孔 插管 试喷 高压喷射注浆作业 喷射作业 拔管 机具清理 移位 图7-25旋喷法施工工艺流程
泥浆排放处理 打管
图7-26 三重管旋喷法施工工艺流程
(a)振动沉桩机就位,放桩靴,立套管,安振动锤;(b)套管沉入设计深度; (c)拔起一段套管,卸上段套管,使下段露出地面(使h>要求的旋喷长度);
(d)套管中插入三重管,边旋、边喷、边提升;(e)自动提升旋喷管;
(f)拔出旋喷管与套管,下部形成圆柱喷射桩加固体
1-振动锤;2-钢套管;3-桩靴;4-三重管;5-浆液胶管; 6-高压水胶管;7-压缩空气胶管;8-旋喷桩加固体
(2)施工前先进行场地平整,挖好排浆沟,做好钻机定位。要求钻机安放保持水平,钻杆保持垂直,其倾斜度不得大于1.5%。
(3)旋喷桩施工程序为:机具就位→贯入注浆管、试喷射→喷射注浆→拔管及冲洗等。
(4)三重管法施工须预先用钻机或振动打桩机钻成直径150~200mm的孔,然后将三重注浆管插入孔内,按旋喷、定喷或摆喷的工艺要求,由下而上进行喷射注浆,注浆管分段提升的搭接长度不得小于200mm。喷嘴型式有图7-27所示几种。
图7-27 喷嘴型式
(a)圆柱式;(b)收敛圆锥形;(c)流线形;(d)双喷嘴;(e)三重管用喷嘴
(5)在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情况,各部位密封圈是否封闭,插入后先作高压水射水试验,合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时,可用低压(0.1~2MPa)水冲孔喷下,但须把高压水喷嘴用塑料布包裹,以免泥土堵塞。
(6)喷嘴直径、提升速度、旋喷速度、喷射压力、排量等旋喷参数见表7-23或根据现场试验确定。
旋喷施工主要机具和参数 表7-23
项目 喷嘴孔径(mm) 喷嘴个数 参数 旋转速度(r/min) 提升速度(mm/min) 压力(MPa) 高压泵 流量(L/min) 机具 压力(MPa) 空压机 性能 流量(L/min) 压力(MPa) 泥浆泵 流量(L/min) 浆液配合比:水:水泥:陶土:碱 单管法 二重管法 三重管法 φ2~3 φ2~3 φ2~3 2 1~2 1~2 20 10 5~15 200~250 100 50~150 20~40 20~40 20~40 60~120 60~120 60~120 - 0.7 0.7 - 1~3 1~3 - - 3~5 - - 100~150 (1~1.5):1:0.03:0.0009 注:高压泵喷射的(单管法、二重管法)是浆液或(三重管法)水。 (7)当采用三重管法旋喷,开始时,先送高压水,再送水泥浆和压缩空气,在一般情况下,压缩空气可晚送30s。在桩底部边旋转边喷射1min后,再进行边旋转、边提升、边喷射。
(8)喷射时,先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时,应停止提升和旋喷,以防桩体中断,同时立即进行检查排除故障;如发现有浆液喷射不足,影响桩体的设计直径时,应进行复核。
(9)当处理既有建筑地基时,应采取速凝浆液或大间隔孔旋喷和冒浆回灌等措施,以防旋喷过程中地基产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象,影响被加固建筑及邻近建筑。
(10)桩喷浆量Q(L/根)可按下式计算:
QHvq(1)
式中 H——旋喷长度(m);
v——旋喷管提升速度(m/min); q——泵的排浆量(L/min);
β——浆液损失系数,一般取0.1~0.2。
旋喷过程中,冒浆量应控制在10%~25%之间。对需要扩大加固范围或提高强度的工程,可采取复喷措施,即先喷一遍清水,再喷一遍或两遍水泥浆。
(11)喷到桩高后应迅速拔出注浆管,用清水冲洗管路,防止凝固堵塞。相邻两桩施工间隔时间应不小于48h,间距应不小于4~6m。
5. 高压旋喷桩注浆体直径不小于1.2m,桩体搭接必须大于300mm,相邻桩中心距离为0.9m。地基加固施工安排在地下连续墙施工完毕后进行,高压旋喷桩采用32.5级的普通硅酸盐水泥,单桩水泥掺量不小于加固土体积的30%。
要求:基坑加固后高压旋喷桩加固区范围内28天龄期的无侧限抗压强度达到1.2mpa以上。开挖前必须对高压旋喷桩进行强度检查,高压旋喷桩要求进行现场取芯试验,取芯数量应占高压旋喷桩总数的2%。
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