專(zhuān)利名稱(chēng)：基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種高壓旋噴施工技術(shù)生成加固體的直徑確定方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，高壓旋噴技術(shù)已經(jīng)在地下工程中得到了廣泛的應(yīng)用，如基坑圍護(hù)樁、盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞的加固等。高壓旋噴技術(shù)是將水力采煤中的高壓水射流技術(shù)的原理與化學(xué)注漿技術(shù)相結(jié)合，以高壓水泥漿噴射并沖擊土層，漿液與土粒相互拌和， 在地層中經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后形成堅(jiān)固的圓柱狀固結(jié)體(該加固體一般稱(chēng)為旋噴樁)。然而高壓旋噴技術(shù)施工設(shè)計(jì)方面長(zhǎng)期存在著一個(gè)問(wèn)題，即關(guān)于旋噴樁直徑的準(zhǔn)確確定，現(xiàn)有的一些方法大多數(shù)基于工程經(jīng)驗(yàn)，不確定性較高?？紤]到旋噴樁的形成過(guò)程，旋噴樁直徑的影響因素可以簡(jiǎn)單的分為兩類(lèi)1) 土質(zhì)條件；2)旋噴施工參數(shù)。關(guān)于土質(zhì)條件的影響，可以從土的顆粒級(jí)配、相對(duì)密度、不排水抗剪強(qiáng)度等方面進(jìn)行考慮，1984年Miki在其發(fā)表的文章 《Technical progress of the jet grouting method and its newest type》中通過(guò)試驗(yàn)證明旋噴樁直徑隨著土層不排水抗剪強(qiáng)度的增大而減?。?993年Bell在其發(fā)表的文章《Jet grouting》中總結(jié)了一系列現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并提出了旋噴樁直徑隨著土層顆粒大小的減小而減小。關(guān)于旋噴施工參數(shù)對(duì)旋噴樁直徑產(chǎn)生的影響，基本都是依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，并沒(méi)有較為明確的物理意義。然而在旋噴技術(shù)設(shè)計(jì)階段，旋噴樁的直徑又是一個(gè)很重要的考慮因素，直接影響地基的處理效果，因此迫切需要一種可以準(zhǔn)確確定旋噴樁直徑的方法，這樣就可以更加合理的配置資源，從而給施工設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的便利。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Shikizaki在2003年發(fā)表了文章《State of practice of jet grouting》，給出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的確定方法。由于該方法純粹依靠作者在日本的施工經(jīng)驗(yàn)，不確定性很高，并且該方法在土性和旋噴施工參數(shù)方面的考慮也不夠全面，因而很難應(yīng)用到我國(guó)的旋噴工程實(shí)踐中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓旋噴樁直徑的確定方法，通過(guò)地質(zhì)調(diào)查的方法確定土層參數(shù)，由此確定土層的臨界破壞速度，并根據(jù)施工參數(shù)確定水泥漿在噴嘴出口處的流速以及水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)，最終準(zhǔn)確的確定高壓旋噴樁直徑，從而給高壓旋噴設(shè)計(jì)施工帶來(lái)方便。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟
第一步、通過(guò)鉆孔取土的方法對(duì)需要加固的區(qū)域進(jìn)行土層劃分，隨后獲取施工現(xiàn)場(chǎng)土樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)，得到施工現(xiàn)場(chǎng)土層劃分信息和地質(zhì)信息；
所述的獲取施工現(xiàn)場(chǎng)土樣是指用厚壁取土設(shè)備，在施工現(xiàn)場(chǎng)從地面至樁的設(shè)計(jì)深度的1. 5倍取土，用于做室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)，取土量根據(jù)試件量確定，以每層土不少于三個(gè)試件為宜；所述室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)是指無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，含水量測(cè)定試驗(yàn)，密度試驗(yàn)，粒度分析試驗(yàn)。其中
所述的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是指首先把土樣制成直徑為3. 91cm高度為IOcm的圓柱狀試件，每層土不少于三個(gè)試件為宜，試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試樣放在無(wú)側(cè)限壓力儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時(shí)試樣所能承受的最大軸向壓力稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，該試驗(yàn)過(guò)程稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。所述的含水量測(cè)定試驗(yàn)是指通過(guò)烘干土樣得到土樣的含水量。所述的密度試驗(yàn)是指通過(guò)環(huán)刀法等密度試驗(yàn)方法測(cè)得各土層的濕密度，并計(jì)算相應(yīng)的重度。所述的粒度分析試驗(yàn)是指采用激光粒度儀對(duì)取回的土樣進(jìn)行粒度分析試驗(yàn)，得到其顆粒組成，并制成顆粒粒徑分布圖。第二步、確定土層特征破壞速度和臨界破壞速度。所述土層的破壞速度是指水泥漿使土層發(fā)生破壞所具有的速度。所述土層特征破壞速度是指當(dāng)土層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的土
層的破壞速度，土層特征破壞速度滿足公式
權(quán)利要求
1.一種基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于包括以下步驟第一步、通過(guò)鉆孔取土的方法對(duì)需要加固的區(qū)域進(jìn)行土層劃分，隨后獲取施工現(xiàn)場(chǎng)土樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)，得到施工現(xiàn)場(chǎng)土層劃分信息和地質(zhì)信息；所述室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)是指無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、含水量測(cè)定試驗(yàn)、密度試驗(yàn)以及粒度分析試驗(yàn)，分別得到無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、土樣的含水量、各土層的濕密度以及土樣顆粒粒徑分布圖；第二步、根據(jù)第一步的施工現(xiàn)場(chǎng)土層劃分信息和地質(zhì)信息，進(jìn)一步確定土層特征破壞速度和臨界破壞速度；第三步、根據(jù)高壓旋噴施工設(shè)計(jì)方案，獲得高壓旋噴施工參數(shù)和水泥漿在噴嘴出口處的流速，所述高壓旋噴施工參數(shù)是指水泥漿的流量、噴頭上噴嘴的個(gè)數(shù)和噴嘴的內(nèi)徑；第四步、根據(jù)高壓旋噴施工設(shè)計(jì)方案，獲得水泥漿的水灰比、水泥的密度、水泥漿的密度、水泥漿動(dòng)力粘滯系數(shù)和水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)；第五步、收集噴頭外徑參數(shù)，結(jié)合上述步驟得到的水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)， 噴嘴的內(nèi)徑，水泥漿在噴嘴出口處的流速，以及土層臨界破壞速度，根據(jù)以下公式獲得高壓旋噴樁的直徑其中 是噴頭外徑，α是水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)，Cltl是噴嘴的內(nèi)徑，Vtl是水泥漿在噴嘴出口處的流速，vL 土層臨界破壞速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述的獲取施工現(xiàn)場(chǎng)土樣是指用厚壁取土設(shè)備，在施工現(xiàn)場(chǎng)從地面至樁的設(shè)計(jì)深度的1.5倍取土，用于做室內(nèi)常規(guī)土工試驗(yàn)，取土量根據(jù)試件量確定，以每層土不少于三個(gè)試件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是指首先把土樣制成直徑為3. 91cm高度為IOcm的圓柱狀試件，每層土不少于三個(gè)試件，試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試樣放在無(wú)側(cè)限壓力儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時(shí)試樣所能承受的最大軸向壓力稱(chēng)為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述土層特征破壞速度是指當(dāng)土層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的土層的破壞速度，土層特征破壞速度滿足公式" = 0.3+0.061^ ,其中η ·是土層特征破壞速度，Mc是土層的<75 μ m細(xì)顆粒含量，由第一步制成的顆粒粒徑分布圖讀出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述土層臨界破壞速度是指水泥漿使土層發(fā)生破壞所具有的最小速度，土層臨界破壞速度滿足公式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述的水泥漿在噴嘴出口處的流速是指水泥漿從噴嘴噴出時(shí)所具有的速度，水泥漿在噴嘴出口處的流速滿足公式
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述的水泥漿動(dòng)力粘滯系數(shù)是指水泥漿流體中切應(yīng)力與流速梯度的比例常數(shù)， 滿足公式
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，其特征在于，所述水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)滿足公式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于圓形自由紊動(dòng)射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法，該方法通過(guò)地質(zhì)調(diào)查的方法確定土層參數(shù)，由此確定土層的臨界破壞速度，并根據(jù)施工參數(shù)確定水泥漿在噴嘴出口處的流速以及水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)，最終準(zhǔn)確的確定高壓旋噴樁直徑，從而給高壓旋噴設(shè)計(jì)施工帶來(lái)方便。本發(fā)明依托于圓形自由紊動(dòng)射流理論，綜合考慮了高壓旋噴樁施工時(shí)，土層以及高壓旋噴施工參數(shù)對(duì)高壓旋噴樁直徑的影響，避免先前純經(jīng)驗(yàn)確定高壓旋噴樁直徑的不可靠性。本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)傳統(tǒng)的方法優(yōu)勢(shì)主要是對(duì)高壓旋噴樁直徑的判斷預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確，并且方法簡(jiǎn)單。本發(fā)明適用于高壓旋噴施工設(shè)計(jì)中確定高壓旋噴加固體直徑的問(wèn)題。
文檔編號(hào)E02D33/00GK102373718SQ20111031461
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者沈水龍, 王志豐, 許燁霜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)