專利名稱：三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種地基注漿加固施工方法，特別是一種三重管旋噴注漿加固施工方法及其設(shè)備，屬于建筑工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓噴射注漿是將高壓水力噴射切割技術(shù)和化學(xué)注漿技術(shù)相結(jié)合用于建筑地基加固的一種施工工藝。其原理是利用鉆機等設(shè)備，把安裝在注漿管最底端的帶有噴嘴的噴射器置于土層預(yù)定的深度，以高壓水流和壓縮空氣流切碎地下的軟弱土體后再注入水泥漿，使之與切碎的土體混合形成加固樁體。
上述施工工藝首先由日本專家用于地基加固和防水帷幕施工，從而形成一種新的地基加固技術(shù)。該技術(shù)最初于1968年由日本化學(xué)注漿協(xié)會開發(fā)而成，其逐步由單重管工法(Chemical Churning Pile)通過二重管工法(JamboSpecial Pile)發(fā)展為三重管旋噴注漿工法(Column Jet Pile)。三種施工方法對土體的破碎能量依次不斷增大，形成的加固樁體直徑也相應(yīng)不斷增大，由0.6～1.0m之間增大至1.5m左右，最大加固深度也達(dá)到了30m。三重管旋噴注漿工法是通過在高壓水流外部環(huán)繞壓縮空氣形成復(fù)合式高壓噴射流對土體切割破碎，再注入水泥漿與切碎的土體混合形成加固樁體。
旋噴注漿加固施工方法于上世紀(jì)70年代末期被引入到國內(nèi)，對現(xiàn)有文獻(xiàn)資料檢索表明由劉建航、候?qū)W淵主編的《基坑工程手冊》在第661～702頁中介紹了該方法，其內(nèi)容包括旋噴加固的基本原理與概念、國內(nèi)外一些實驗室與現(xiàn)場的試驗成果以及旋噴樁的設(shè)計，在工藝方面主要涉及到單重管、雙重管和三重管三種施工方法。三重管旋噴注漿工法的三種噴注介質(zhì)分別為高壓水、壓縮空氣及水泥漿，在氣膜的保護下高壓水噴射流對土體進(jìn)行破壞切割，低壓水泥漿與土體攪拌充填形成加固樁體。牛虹撰寫的論文《高壓旋噴法的施工特性及設(shè)備》收錄于期刊《工業(yè)建筑》2002年32卷第10期，在第52-59頁中對該工藝的設(shè)備體系進(jìn)行了介紹，主要包括應(yīng)用于單重管法、雙重管法以及三重管法中的送水器、旋噴管和噴射器等裝置的結(jié)構(gòu)形式。
隨著地下空間開發(fā)向大深度方向發(fā)展，上述三重管高壓旋噴注漿工藝已無法滿足當(dāng)今地基加固的要求，主要表現(xiàn)為①加固深度相對較小，均在30m范圍內(nèi)；②形成的加固樁體直徑相對較小，最大樁徑為1.5m。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有三重管旋噴注漿加固施工方法對土體破碎能量不足的缺點，提供一種三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，其所形成的高壓噴射流噴射能量大、對土體的破碎作用強，可形成大直徑、大深度的加固樁體，以滿足大深度地下空間開發(fā)的需要。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，首先以壓縮空氣與高壓水形成的復(fù)合噴射流對土體進(jìn)行切割破碎，然后以水泥漿與土體攪拌充填形成地基加固體，其特征在于在高壓水流切割之后、充填加固體之前，以壓縮空氣與高壓水泥漿形成的高壓噴射流對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎。
本發(fā)明所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法的具體工藝操作步驟如下(1)構(gòu)筑由地面通入地下的旋噴先導(dǎo)孔，并滿足下列要求樁位偏差控制在5cm以內(nèi)、旋噴先導(dǎo)孔保證順暢且垂直度控制在1％以內(nèi)；(2)按設(shè)計比例準(zhǔn)確配制注漿用水泥漿液，攪拌時間不少于5分鐘；(3)將通入高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿的旋噴機下部的旋噴管置入旋噴先導(dǎo)孔內(nèi)土層預(yù)定的深度，調(diào)整施工工藝參數(shù)到符合要求后開啟旋噴機，邊旋轉(zhuǎn)邊噴注邊提升旋噴管，提升過程中卸管后繼續(xù)噴漿時至少復(fù)噴10cm，最后提升旋噴管直至設(shè)計頂標(biāo)高；施工過程中相關(guān)的工藝參數(shù)是高壓水的壓力為35～38MPa，流量為75l/min；高壓水泥漿的壓力為20～25MPa，流量為90～95l/min；壓縮空氣的壓力為0.5～0.7MPa，流量為6m3/min；旋噴管的提升速度為4～6cm/min，轉(zhuǎn)速為5～7r/min。
本發(fā)明申請還包括一種用于實施上述施工方法的旋噴設(shè)備，其包括有旋噴機、連接于該旋噴機下部并可通入高壓水、壓縮空氣、高壓水泥漿的旋噴管以及連接于旋噴管底端的噴射器，其特征在于所述噴射器的上部設(shè)置有用以一次切割破碎土體的高壓水嘴，其下部設(shè)置有用以二次擴大切割破碎土體的高壓漿嘴。
當(dāng)進(jìn)行地基注漿加固施工時，本發(fā)明將包裹壓縮空氣的高壓水流和包裹壓縮空氣的高壓水泥漿流分別通過旋噴管底端的噴射器上、下部的噴嘴噴出，分兩個階段對土體進(jìn)行切割攪拌，位于上部的高壓水噴射流對土體進(jìn)行先行的一次切割破碎，位于下部的高壓水泥漿噴射流對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎，之后水泥漿與土體攪拌混合形成加固樁體，從而達(dá)到地基加固的目的。與現(xiàn)有三重管旋噴注漿加固施工方法相比，本發(fā)明中改變了以往使用低壓水泥漿的做法，采用與壓縮空氣共同形成的高壓水泥漿噴射流對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎，提高了噴射能量，增強了對土體的破碎作用，可以在高壓水流進(jìn)行初次切割破碎的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴大樁體孔，形成大直徑、大深度的加固樁體。為實施所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，本發(fā)明對現(xiàn)有旋噴設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，主要在連接于旋噴管底端的噴射器的上部和下部分別設(shè)置高壓水嘴和高壓漿嘴，以適應(yīng)一次和二次切割破碎工藝的實現(xiàn)。應(yīng)用本發(fā)明所述方法所形成的加固樁體較普通的大而深，最大加固深度可達(dá)到40m，最大樁徑可達(dá)到2m。


圖1為本發(fā)明施工設(shè)備體系圖。
圖2為本發(fā)明施工原理圖。
圖3為本發(fā)明施工設(shè)備噴射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為旋噴機，2為送水器，3為旋噴管，4為噴射器，5為高壓管路，6為高壓水泵，7為高壓泥漿泵，8為空壓機，9為水池，10為泥漿池，11為儲氣罐，12為加固樁體，13為壓縮空氣，14為高壓水噴射流，15為高壓水泥漿噴射流，16為旋噴管接頭，17為高壓水嘴，18為高壓漿嘴，19為旋噴先導(dǎo)孔，a為一次切割樁體腔的高度，b為二次擴大切割樁體腔的高度，d為加固樁體的直徑，H為先導(dǎo)孔深度，h為加固深度。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體的實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
某超深基坑工程最大開挖深度達(dá)到41m，基坑的維護體系為地下連續(xù)墻和鋼筋混凝土支撐，地下連續(xù)墻的厚度為1.2m，深度達(dá)到65.5m。考慮到地下連續(xù)墻接縫對止水的要求較高的特點，在地下連續(xù)墻接縫處外側(cè)施工高壓旋噴樁進(jìn)行止水加固。根據(jù)設(shè)計要求最大加固深度達(dá)到50m，加固樁體的直徑大于1.8m，單軸無側(cè)限抗壓強度不低于1.2MPa，在接縫處按兩排布置，根據(jù)地下連續(xù)墻施工的質(zhì)量情況分三根、五根以及整排布置三種情況，樁的排距為1.4m，樁的間距為1.3m。
該工程運用了本發(fā)明所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法及其設(shè)備進(jìn)行地下加固樁體的施工。所述施工的旋噴設(shè)備如圖1所示，其包括有旋噴機1、連接于該旋噴機1上的送水器2、連接于送水器2下部的旋噴管3以及連接于旋噴管3底端的噴射器4；其還包括有高壓水泵6、高壓泥漿泵7、空壓機8、水池9、泥漿池10和儲氣罐11。高壓管路5依次將水池9、高壓水泵6和送水器2串聯(lián)連接起來，從而把高壓水通入旋噴管3；同樣地，高壓管路5依次將泥漿池10、高壓泥漿泵7和送水器2串聯(lián)連接起來，從而把高壓水泥漿通入旋噴管3；高壓管路5依次將儲氣罐11、空壓機8和送水器2串聯(lián)連接起來，從而把壓縮空氣通入旋噴管3。再請參考圖3噴射器4的結(jié)構(gòu)示意圖，所述噴射器4通過旋噴管接頭16固接于旋噴管3的底端，其上部設(shè)置有噴射高壓水的高壓水嘴17、下部設(shè)置有噴射高壓水泥漿的高壓漿嘴18。
請參閱圖1，圖示本發(fā)明所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法在該工程實施例中的具體工藝操作步驟和施工工藝參數(shù)說明如下(1)旋噴先導(dǎo)孔施工首先構(gòu)筑由地面通入地下的旋噴先導(dǎo)孔19。旋噴樁樁位應(yīng)按設(shè)計圖紙進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，樁位偏差應(yīng)控制在5cm以內(nèi)；旋噴先導(dǎo)孔19的孔徑比旋噴管3的直徑略大以保證旋噴過程中返漿順暢，并且其垂直度應(yīng)控制在1％以內(nèi)，旋噴先導(dǎo)孔19的深度H超過最大加固深度的設(shè)計值50m。
(2)注漿用水泥漿液制備按設(shè)計比例配制注漿用水泥漿液，配制時要依配比準(zhǔn)確計量，漿液的攪拌時間不得少于5分鐘，攪拌配制完成的水泥漿液注入泥漿池10。
(3)旋噴注漿，構(gòu)筑加固樁體先將旋噴機1下部的旋噴管3及其底端的噴射器4置入已鉆通的旋噴先導(dǎo)孔19內(nèi)，一直達(dá)到土層預(yù)定的深度，即設(shè)計底標(biāo)高的深度，然后開啟高壓水泵6、高壓泥漿泵7和空壓機8，使高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿通入旋噴管3到達(dá)噴射器4，并按如下范圍調(diào)整施工工藝參數(shù)高壓水壓力35～38MPa、流量為75l/min，高壓水泥漿壓力20～25MPa、流量90～95l/min，壓縮空氣壓力0.5～0.7MPa、流量6m3/min。
符合要求后開啟旋噴機1，邊旋轉(zhuǎn)邊噴注邊提升旋噴管3，旋噴管3的提升速度為4～6cm/min、轉(zhuǎn)速為5～7r/min。在提升過程中卸管后繼續(xù)噴漿時至少復(fù)噴10cm，以確保樁身搭接質(zhì)量，最后提升旋噴管3直至設(shè)計頂標(biāo)高。
加固樁體12在旋噴注漿中的形成過程結(jié)合圖2和圖3說明如下高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿通入旋噴管3之后，高壓水由噴射器4上部的高壓水嘴17(見圖3)中噴出形成高壓水噴射流14，其外周包裹著壓縮空氣13，該高壓水噴射流14對土體進(jìn)行初次切割破碎，在土體內(nèi)形成直徑較小的高度為a的一次樁體腔(見圖2)；與此同時，通入旋噴管3的高壓水泥漿由噴射器4下部的高壓漿嘴18(見圖3)中噴出，形成高壓水泥漿噴射流15，其外周亦包裹著壓縮空氣13，該高壓水泥漿噴射流15在已形成的一次樁體腔內(nèi)進(jìn)一步對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎，從而擴大樁體腔的直徑以達(dá)到預(yù)定值d，并形成高度為b的二次樁體腔；隨后噴出的水泥漿與已粉碎的土體攪拌混合形成加固樁體12(見圖2)；隨著旋噴管3的提升，噴射器4邊旋轉(zhuǎn)邊噴注，通過一次和二次切割破碎，分兩個階段對土體進(jìn)行切割攪拌，最終自下而上地構(gòu)筑成直徑為d、深度為h的加固樁體12。
旋噴注漿完成后，將旋噴管3提出地表，及時清洗旋噴管3，以免被水泥漿凝固后堵塞管路，然后將旋噴機1移至下一樁位。
為了驗證該施工方法的實施效果，專門在基坑內(nèi)布設(shè)三根通長試驗樁，試驗樁的最大加固深度h為46m，隨基坑開挖對試驗樁進(jìn)行逐段暴露，并進(jìn)行強度和加固樁直徑等項目的檢測。暴露開挖后的監(jiān)測結(jié)果為開挖深度35m時，加固樁體直徑d超過2.0m，深度對加固樁體直徑d影響不大，單軸無側(cè)限抗壓強度超過4.0Mpa，表明加固樁體12滿足設(shè)計要求?；永^續(xù)開挖深達(dá)38m，過程中未發(fā)現(xiàn)接縫漏水的情況，說明本發(fā)明所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法應(yīng)用效果良好。
本發(fā)明采用與壓縮空氣共同形成的高壓水泥漿噴射流對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎，提高了噴射能量，增強了對土體的破碎作用，在高壓水流進(jìn)行初次切割破碎的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴大樁體孔，從而達(dá)到構(gòu)筑大直徑、大深度加固樁體的目的，最大限度地滿足了大深度地下空間開發(fā)地基加固的需要。本發(fā)明所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法先后在上海地區(qū)的多項市政工程中得到應(yīng)用，效果都達(dá)到了預(yù)定設(shè)計要求。
權(quán)利要求
1.一種三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，首先以壓縮空氣與高壓水形成的復(fù)合噴射流對土體進(jìn)行切割破碎，然后以水泥漿與土體攪拌充填形成地基加固體，其特征在于在高壓水流切割之后、充填加固體之前，以壓縮空氣與高壓水泥漿形成的高壓噴射流對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，其特征在于其具體工藝操作按如下步驟進(jìn)行(1)構(gòu)筑由地面通入地下的旋噴先導(dǎo)孔，并滿足下列要求樁位偏差控制在5cm以內(nèi)、旋噴先導(dǎo)孔保證順暢且垂直度控制在1％以內(nèi)；(2)按設(shè)計比例準(zhǔn)確配制注漿用水泥漿液，攪拌時間不少于5分鐘；(3)將通入高壓水、壓縮空氣和高壓水泥漿的旋噴機下部的旋噴管置入旋噴先導(dǎo)孔內(nèi)土層預(yù)定的深度，調(diào)整施工工藝參數(shù)到符合要求后開啟旋噴機，邊旋轉(zhuǎn)邊噴注邊提升旋噴管，提升過程中卸管后繼續(xù)噴漿時至少復(fù)噴10cm，最后提升旋噴管直至設(shè)計頂標(biāo)高。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，其特征在于旋噴注漿施工過程中相關(guān)工藝參數(shù)滿足如下要求高壓水的壓力為35～38MPa，流量為75l/min；高壓水泥漿的壓力為20～25MPa，流量為90～95l/min；壓縮空氣的壓力為0.5～0.7MPa，流量為6m3/min；旋噴管的提升速度為4～6cm/min，轉(zhuǎn)速為5～7r/min。
4.一種用于實施權(quán)利要求1所述的三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法的旋噴設(shè)備，包括有旋噴機、連接于該旋噴機下部并可通入高壓水、壓縮空氣、高壓水泥漿的旋噴管以及連接于旋噴管底端的噴射器，其特征在于所述噴射器的上部設(shè)置有用以一次切割破碎土體的高壓水嘴，其下部設(shè)置有用以二次擴大切割破碎土體的高壓漿嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三重管雙高壓旋噴注漿加固施工方法，其將包裹壓縮空氣的高壓水流和包裹壓縮空氣的高壓水泥漿流分別通過噴射器上、下部的噴嘴噴出，上部的高壓水噴射流先對土體進(jìn)行一次切割破碎，以下部的高壓水泥漿噴射流再對土體進(jìn)行二次擴大切割破碎，之后水泥漿與土體攪拌混合形成地基加固樁體；本發(fā)明還公開了一種實施所述方法的旋噴設(shè)備，其噴射器的上部和下部分別設(shè)置高壓水嘴和高壓漿嘴，以實現(xiàn)對土體的一次和二次切割。本發(fā)明所形成的高壓噴射流噴射能量大、對土體的破碎作用強，可形成大直徑、大深度的加固樁體，滿足大深度地下空間開發(fā)的需要，可廣泛用于建筑地下地基的加固施工。
文檔編號E02D15/00GK1944809SQ200610117589
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者余暄平, 肖曉春, 朱衛(wèi)杰, 王吉望, 郭亮, 蔡興華 申請人:上海隧道工程股份有限公司