【正文】 噴示意圖 （ 4） 多重管法 這種方法首先需要在地面鉆一個導(dǎo)孔，然后 置入多重管，用逐漸向下運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)超高壓力水射流（壓力約為 40MPa） ,切削破壞四周的土體，經(jīng)高壓水沖擊下來的土和石成為砂漿后，立即用真空泵從多重管中抽出。 如此反復(fù)地沖和抽，便在地層中形成一個較大的空間。裝在噴嘴附近的超聲波傳感器及時(shí)測出空間的直徑和形狀，最后根據(jù)工程要求選用漿液、砂漿、礫石等材料進(jìn)行填充。于是在地層中形成一個大直徑的柱狀固結(jié)體，在砂性土中最大直徑可達(dá) 4m(圖 29)。這種方法日本成為SSSMAN 工法。 高壓旋噴注漿法的特征 （ 1） 適用范圍較廣 由于固結(jié)體的質(zhì)量明顯提高，它既可用于工程新 建之前，又可用于竣工后的托換工程，可以不損壞建（構(gòu)）筑物的上部結(jié)構(gòu)，且能使已有的建（構(gòu)）筑物在施工時(shí)不影響使用功能。 （ 2） 施工簡便 施工時(shí)只需在土層中鉆一個孔徑為 50mm 或 300mm 的小孔，便可在土中噴射成直徑為 ～ 的固結(jié)體，因而施工時(shí)能貼近已有建（構(gòu)）筑物，成型靈活，既可在鉆孔的全長范圍形成固結(jié)體，也可僅做其中一段。 23 （ 3） 可控制固結(jié)體形狀 在施工中可調(diào)整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力或更換噴嘴孔徑改變流量，使固結(jié)體形成工程設(shè)計(jì)所需要的形狀。 （ 4） 可垂直噴射也可傾斜和水平噴射 通常 是在 地 面進(jìn)行垂直噴射注漿，但在隧道、礦井巷道工程、地下鐵道等建設(shè)中，亦可采用傾斜和水平注漿。 （ 5） 耐久性較好 由于能得到穩(wěn)定的加固效果并有較好的耐久性，所以可用于永久性工程。 （ 6） 料源廣闊 漿液以水泥為主體。在地下水流速快或含有腐蝕性元素、土的含水量大或固結(jié)體強(qiáng)度要求高的情況下，則可在水泥中摻入適量的外加劑，以達(dá)到速凝、高強(qiáng)度、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。 （ 7） 設(shè)備簡單 高壓噴射注漿全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動性強(qiáng)、占地少，能在狹窄和低矮的空間施工。 高壓噴射注漿法的適用范圍 （ 1） 土質(zhì)條件適用范圍 主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。 當(dāng)土中含有較多的大粒徑塊石、堅(jiān)硬粘性土、大量植物根莖或有過多的有機(jī)質(zhì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果確定其適用程度。 對地下水流速過大，漿液無法在注漿管周圍凝的情況，對無填充物的巖溶地段，永凍土以及對水泥有嚴(yán)重腐蝕的地基，均不宜采用高壓噴射注漿法。 （ 2） 工程使用范圍 ① 增加地基強(qiáng)度 (a)提高地基承受力，整治已有建筑物沉降和不均勻沉降的托換工程。 (b)減少建筑物沉降，加固持力層或軟弱下臥層。 (c)加強(qiáng)盾構(gòu)法和頂管法的后座，形成反 力后座基礎(chǔ)。 ② 擋土圍堰及地下工程建設(shè) 24 (a)保護(hù)鄰近構(gòu)筑物（圖 210）。 (b)保護(hù)地下工程建設(shè)（圖 211）。 (c)防止基坑底部隆起（圖 212）。 圖 210 保護(hù)鄰近建筑物 圖 211 地下管道或涵洞護(hù)拱 ③ 增大土的摩擦力和粘聚力 (a)防止小型坍方滑坡（圖 213）。 (b)錨固基礎(chǔ)。 ④ 減少震動、防止液化 圖 212 防止基坑底部隆起 (a)減少設(shè)備基礎(chǔ)振動； (b)防止砂土地基液化 ⑤ 降低土的含水量 (a)整治路基翻漿冒泥； (b)防止地基凍脹。 ⑥ 防滲帷幕 25 圖 213 防止小型坍方滑坡 圖 214 壩基防滲 (a)河堤水池的防漏及壩基防滲（圖 214）； 圖 215 帷幕井筒 圖 216 防止盾構(gòu)和地下管道漏水漏氣 (b)帷幕井筒（圖 215）； (c)防止盾構(gòu)和地下管道漏水漏氣（圖 216）； (d)地下連續(xù)墻補(bǔ)缺（圖 217）； (e)防止涌砂冒水（圖 218）。 圖 217 地下連續(xù)墻補(bǔ)缺 圖 218 防止涌砂冒水 26 高壓旋噴注漿 法 加固地基機(jī)理 高壓旋噴法通過在軟弱土層中形成水泥固結(jié)體與樁間土一起形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降變形，達(dá)到地基加固的目的。其工藝流程圖見圖 219[40]。 圖 219 高壓旋噴樁加固軟土地基施工流程圖 高壓噴射破壞土體的加固機(jī)理可以主要?dú)w納為以下幾類 [41]： 流動壓 —— 高壓射流沖擊土體時(shí)，由于能量高度集中地作用于一個很小的區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)受到很大的壓力作用，當(dāng)這些外力超過土的臨界破壞壓力時(shí)，土體便發(fā)生破壞。 噴射流的脈 動負(fù)荷 —— 當(dāng)噴射流不停的脈動式?jīng)_擊土體時(shí)，土粒表而受到脈動負(fù)荷的影響，逐漸積累起殘余變形，使土粒失去平衡而發(fā)生破壞。 水塊的沖擊力 —— 由于噴射流繼續(xù)錘擊土體產(chǎn)生沖擊力，促進(jìn)破壞 進(jìn)一步發(fā)展。 空穴現(xiàn)象 —— 當(dāng)土體沒有被射出孔洞時(shí)，噴射流沖擊土體以沖擊面大氣壓為基放線、定位 引孔 鉆孔 噴漿、提升 設(shè)計(jì)樁頂 鉆 進(jìn) 壓 漿泵送漿 設(shè)計(jì)孔深 排污、清潔機(jī)具 調(diào)平 對中 空壓機(jī)送氣 制 漿 成 樁 27 礎(chǔ)，產(chǎn)生壓力變動，在壓力差大的部位產(chǎn)生空洞，呈現(xiàn)出類似空穴的現(xiàn)象，在沖擊面上的土體被氣泡的破壞力所腐蝕，使沖擊力破壞。此外，空穴中由于噴射流的激流激烈紊流，也會把較軟的土體掏空，造成空穴破壞，使更多的土粒發(fā)生破壞。 水楔效應(yīng) —— 當(dāng)噴射流充滿土層，由于噴射 流的反作用力，產(chǎn)生水楔，楔入土體裂隙或薄弱部分，這時(shí)噴射流的動壓變成靜壓，使土體發(fā)生剝落裂隙加寬。 擠壓力 —— 噴射流在終期區(qū)域能量衰減很大，不能直接破壞土體，但能對有效射程的邊界土產(chǎn)生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙里，使固結(jié)體與四周緊密相依，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。 氣流攪動 —— 空氣流具有將己被水或漿液的高壓噴射流破壞了的土體，從土的表面迅速吹散的作用，使噴射流的作用得以保持，能量消耗得以減少，因而增大了高壓噴射流的破壞能力。單管噴射注漿使?jié){液作為噴射流；二重管噴射注漿也使?jié){液作為噴射流 ，但在其四周又包裹了一層空氣，成為復(fù)合噴射流；三重管以水汽為復(fù)合噴射流并注漿填空；三者使用的漿液都隨時(shí)間凝固硬化。其加固的范圍就是噴射距離加上滲透部分或擠壓部分。加固過程中一部分細(xì)小的土顆粒被漿液所置換，隨著漿液被帶到地面上，其余的土粒與漿液混合在噴射動壓、離心力和重力作用下，在橫斷面上按土粒質(zhì)量的大小，有規(guī)律的排列起來，小顆粒在中部居多，大顆粒在外側(cè)或邊緣部分，形成了漿液主體，攪拌混合、壓縮和滲透等部分，經(jīng)過一定時(shí)間便凝固成強(qiáng)度較高、滲透系數(shù)較小的固結(jié)體 [42]。通常中心部分強(qiáng)度低，邊緣部分強(qiáng)度高。 軟土 加固的機(jī)理有幾個方面 [43]： 因旋噴樁的存在，使得軟弱土層在荷載作用下由原來的無側(cè)限狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ǖ倪吔鐥l件的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了樁間土的強(qiáng)度。 由于旋噴樁在自重作用下對樁周圍有一定的擠密壓實(shí)作用，即樁的側(cè)壁磨擦阻力，也使得樁周圍的軟弱土層承載力提高。 旋噴結(jié)束后，當(dāng)水泥 — 土混合漿液尚未凝結(jié)時(shí)，這種漿液將產(chǎn)生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙中，形成“脈”狀、“板”狀水泥結(jié)石體，這種情況在開挖檢查中比較明顯。 高壓噴射流破壞土體的效能，隨著土的物理力學(xué)性質(zhì)的不同，在數(shù) 量方面有較大的差異。噴射流破壞土體的機(jī)理比較復(fù)雜，透過旋噴的現(xiàn)象，可以分析其主要作 28 用。 高壓噴射流破壞土體的作用，可用以下主要因素予以說明： 噴流動壓 水泥漿液在高壓下獲得能量產(chǎn)生對淤泥土層破壞，并充滿被破壞土體的空間而釋放出能量，根據(jù)力學(xué)原理，漿液產(chǎn)生的破壞力為： mQVF ?? （ 21） 式（ 21） [44]中 F —— 破壞力（ kg m/s2） ? —— 密度（ kg/m3） Q —— 流量（ m3/s） 而流量 AVQ m?? ，將 AVQ m?? 代入（ 21）式得 2mAVF ?? （ 22） 2mV —— 噴射流平均速度（ m/s） A —— 噴嘴 截面積（ m2） 式（ 22）中說明：破壞力對于某一種液體，在同一噴嘴截面積的條件下，跟液體的平均流速平方成正比，只要增大旋噴壓力加快流速，就能獲得更大破壞力（如圖 2 22 222），使噴射流在有效作用于邊界上產(chǎn)生土體內(nèi)的漿液進(jìn)入土粒之間的空隙里，對四周土與固結(jié)體的緊密擠壓效果。 圖 220 高壓旋噴樁鉆頭圖片 圖 221 高壓旋噴樁噴嘴構(gòu)造圖片 29 圖 222 高壓噴射流示意圖 噴射流的脈動負(fù)荷 當(dāng)噴射流不停地脈沖式?jīng)_擊土體時(shí)，上粒表面受到脈動負(fù)荷的影響，逐漸積累起殘余變形，使土粒失掉平衡，從而促使了土的破壞。 水流的沖擊力 由于噴射流斷續(xù)地錘擊土體，產(chǎn)生沖擊力，促進(jìn)破壞的進(jìn)一步發(fā)展。 空穴現(xiàn)象 當(dāng)土體沒有被射出孔洞時(shí)，噴射流沖擊土體以沖擊面上的大氣壓力為基礎(chǔ)，產(chǎn)生壓力變動，在壓力差大的部位產(chǎn)生孔洞，呈現(xiàn)出類似空穴的現(xiàn)象。在沖擊面上的土體被蒸氣泡的破壞壓所腐蝕，使沖擊面破壞。此外，在空穴中，由于噴射流的激烈紊流，也會把較軟弱的土體掏空，造成空穴擴(kuò)大，使更多的土顆粒受剝離，使土體遭受破壞。 水楔效應(yīng) 當(dāng)噴射流充滿土層時(shí)，由于噴射流的反作用力，產(chǎn)生水楔。噴射流在垂直于噴射流軸線的方向上，楔入土體的裂隙或薄弱部分中，這時(shí)噴射流的動壓變?yōu)殪o壓，使土發(fā)生剝落加寬裂隙。 擠壓力 噴射流在終了區(qū)域，能量衰減很大，不能直接沖擊土體使土粒剝落，但能對有效射程的邊界土產(chǎn)生擠壓力，對四周土有壓密作用，并使部分漿液進(jìn)入土粒之間的空隙里，使固結(jié)體與四周土緊密相依，不產(chǎn)生脫離現(xiàn)象。 氣流攪動 在水或漿與氣的同軸噴射作用下，空氣流使水或漿的高壓噴射流從破壞的土體上將土粒迅速吹散，使高壓噴射流的噴流破壞條件得到 改善，阻力大大減少，能量高壓噴嘴 30 消耗降低，因而增大了高壓噴射流的破壞能力。 旋噴注漿復(fù)合地基的承載特性和工程特性 旋噴樁應(yīng)力一應(yīng)變特征 在以往的樁基工程中，混凝土被視為彈性體，這是 因 為混凝土的彈性模量與土體的壓縮量相差懸殊，這樣的假定是合理的。但是，對于由土和水泥組成的加固體，強(qiáng)度通常比混凝土低很多，其應(yīng)力 — 應(yīng)變特性有其自身的特征。 試驗(yàn)資料表明，水泥土的應(yīng)力 — 應(yīng)變關(guān)系接近于雙曲線，即呈現(xiàn)出明顯的非線性關(guān)系。噴射注漿加固體的強(qiáng)度變化幅度是很大的，可由 1MPa 直到約 10MPa，應(yīng)力— 應(yīng)變特性也 存在差別。試驗(yàn)表明水泥含量低（ 5%）的情況下，試樣達(dá)到很大應(yīng)變值之后才出現(xiàn)破壞強(qiáng)度的峰值，而且曲線比較平緩；反之，當(dāng)水泥含量較高（ 25%）時(shí)，試樣應(yīng)變在很小的情況下，強(qiáng)度就到峰值，并且曲線驟然下降，呈現(xiàn)脆性特性的明顯增長。 復(fù)合地基破壞特性及荷載分擔(dān)比 旋噴樁的承載力取決于樁體的強(qiáng)度和地基土對樁的承載力 [44]。因此，樁的破壞形式可以劃分成兩種類型，即樁身破壞和樁 — 土體系的破壞。鋼筋混凝土樁的強(qiáng)度通常要比旋噴樁強(qiáng)度高得多，在鋼筋混凝土樁中，樁體破壞的情況是很少的，只有在支承在巖石上的支承樁等少 數(shù)情況下，才能出現(xiàn)樁身強(qiáng)度成為控制樁承載力的固素。但在旋噴樁中，樁身常常就成為決定樁承載力的決定因素。當(dāng)采用了幾種不同水泥含量的土 — 水泥樁做試驗(yàn)時(shí)。水泥含量低（即 5,10,15%）的樁的強(qiáng)度是樁承載力的控制條件，而水泥含量高（ 25 和 35）的樁，由于樁體強(qiáng)度較高，其承載力是由樁 — 土體系的強(qiáng)度決定的，即取決于樁側(cè) 摩擦力 的樁尖反力。 旋噴樁的樁身易于破壞的原因，除了主要是樁身強(qiáng)度低之外，樁身強(qiáng)度不均也是一個主要因素。在加載過程中，局部應(yīng)力超過樁體剪切強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度，開始導(dǎo)致破壞，進(jìn)而會逐步擴(kuò)大。根據(jù)模型試驗(yàn)和有限 元分析，樁頭的剪切破壞區(qū)在樁頭的 3 倍直徑范圍內(nèi)，因此保證這個范圍內(nèi)樁的強(qiáng)度及其均勻性，對樁的承載力影響是很大的。 當(dāng)樁身強(qiáng)度是承載力的決定因素時(shí)，增加樁的長度并不能提高承載力；反之， 31 當(dāng)樁身強(qiáng)度較高時(shí)，增加長度，就能顯著提高樁的承載力。 對于構(gòu)造物路段復(fù)合地基承載力取決于單樁承載力，對于一般路段，旋噴樁與樁間土之間所承受的荷載分擔(dān)比約為 20。 復(fù)合地基樁身應(yīng)力分布及應(yīng)力場 一般來說，水泥一土樁沿軸線和樁側(cè)的摩阻力分布規(guī)律與鋼筋混凝土樁是相近似的。但是在旋噴樁復(fù)合地基中，由于承臺可能承受較大的荷載 和發(fā)生較大的變形，因此明顯地改變了地基中的位移分布。 在復(fù)合地基中接近承臺相當(dāng)于承臺寬度的深度范圍內(nèi)，其位移場與單樁有顯著不同，出現(xiàn)了承臺與樁同時(shí)沉降時(shí)組合的位移場。這種位移的變化，必然使樁側(cè)摩阻力和樁軸向應(yīng)力的變化，由于地基的壓縮，樁與土的相對位移在一定范圍內(nèi)有減少的趨勢，即側(cè)向摩阻力有所降低。實(shí)測的樁側(cè)摩阻力證實(shí)了這種現(xiàn)象的存在。 值得提出的是，實(shí)