高壓噴射注漿法加固地基的作用機理探討

【摘要】本文首先簡介了旋噴樁加固地基的基本概念，旋噴樁在地基加固應用中的優(yōu)點。進而探討了旋噴漿液在土中的噴射形態(tài)、噴射流構造，以及高壓旋噴成樁機理。詳細的分析了旋噴漿液在土中的硬化機理。最后，對旋噴注漿法的可靠性進行了探討?？傊?，使用優(yōu)質(zhì)的注漿材料和采用恰當噴射技術參數(shù)以及合理的設計方案，旋噴樁復合地基就能取得良好的加固地基的效果。

【關鍵詞】注漿；復合地基；端阻力；摩阻力

1.引言

高壓噴射注漿法是在注漿法的基礎上，應用高壓噴射技術而發(fā)展起來的一項新的地基加固方法，于1970年始于日本。它是利用工程鉆機鉆孔作為導孔，將帶有特殊噴嘴的噴射管插入設計處理深度后，用高壓脈沖泵等高壓發(fā)生裝置，使?jié){液或水以20～40MPa的高壓流從噴嘴中噴出，沖擊切割土體。當能量大、速度快、呈脈動狀的噴射流的動壓超過土體結構強度時，土粒便從土體上剝落下來。一部分細小的土粒被噴射的漿液所置換，隨著液流被帶到土面上(俗稱冒漿)。其余的土粒與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。待漿液凝固后，便在土中形成一固結體，固結體的形狀與噴射流移動方向有關。

高壓旋噴注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)粘土，粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土等地基。當土中含有較多的大粒徑塊石、堅硬粘性土、大量植物根莖或有過多的用機質(zhì)時，應根據(jù)現(xiàn)場試驗結果確定其使用程度。

2.旋噴樁加固技術的優(yōu)點

由于將水泥土與原地基軟土就地攪拌混合，因而可最大限度地利用原土；

對周圍原有建筑的影響較??；

可按照不同的地基土的性質(zhì)及工程設計要求，合理選擇，設計比較靈活；

施工設備簡單，管理方便，施工時無振動，無污染，可在密集的建筑群中進行施工，而且料源廣闊，價格低廉；

土體加固后重度變化不大，粘性土固結體比原狀土輕約10%，但砂類土固結體可能比原狀土重10%左右，基本上輕于或接近原狀土的容量，較小的產(chǎn)生附加沉降；

透氣透水性差，固結體內(nèi)雖有一定的孔隙，但這些孔隙并不貫通，為封密型，而且固結體有一層較致密的硬殼，其滲透系數(shù)相當高，具有一定的防滲功能；

固結強度高，單樁承載力較高；

與鋼筋混凝土樁基比，節(jié)省了大量的鋼材，降低了造價；

根據(jù)上部結構的需要，可靈活采取垂直噴射或傾斜噴射或水平噴射，使之形成柱狀、壁狀、塊狀等加固形式。

3.水射流破土機理分析

3.1影響水射流破土效果的因素。水氣同軸噴射時，高壓水射流破碎土體的效果與水射流出口壓力、噴射速度、噴嘴直徑、噴嘴形狀等因素有關；與空氣射流的速度、方向及流量大小等因素有關；與被破碎土體的密度、顆粒大小及級配、抗剪強度等因素有關。

隨著噴射壓力增加，有效噴射距離增大，但噴射流的流量對水射流壓力有較大影響。水射流出口速度增加，所攜帶的能量增大，破土效果提高。空氣射流的速度越大，高壓水射流速度的衰減越小，空氣射流的流量增加，水射流的擴散減小，射流有效距離增大，可取得較好的破土效果，因而成樁直徑增大。

3.2水射流對土體的破壞作用。水射流破土效果，隨土介質(zhì)的物理力學性質(zhì)不同而變化。當噴射初始時，被破壞土體處于三向受壓狀態(tài)，在水射流沖擊點表而，土體被水射流沖壓產(chǎn)生凹陷變形。

射流作用在土體表而時，將產(chǎn)生兩種作用力：一是在距噴嘴較近處，射流作用而積很小，壓力遠遠大于土體的自重應力，因而在土體中少產(chǎn)生個剪切力；一是在距噴嘴較遠處，射流壓力不能使土體發(fā)生破壞，但可壓密土體并將部分射流液體擠入土體中，因而在土體中產(chǎn)生個擠壓力。對于無粘性土，滲透作用占主導地位；對于粘性土，壓密起主要作用。

當水射流移動進入土顆粒之間時，土體因被切割而破壞。由于土質(zhì)的不均勻性，水射流首先進入大孔隙中產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，以裂隙為邊界大塊土體被沖刷下來，翻滾到射流壓力較小處而停止。因此該處射流壓力較小土塊不會再發(fā)生破壞，這就是噴射樁體內(nèi)存在塊狀土的原因。