摘? 要: 高壓噴射注漿技術(shù)具有適用范圍廣、施工簡便、安全可靠、樁身強(qiáng)度大、材源廣、成本低等特點(diǎn)。首先學(xué)習(xí)了高壓噴射注漿技術(shù)的定義，在研究其歷史現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了該技術(shù)的機(jī)理6大技術(shù)機(jī)理。結(jié)合具體工程實(shí)例認(rèn)識高壓噴射注漿技術(shù)的5大特點(diǎn)，然后根據(jù)國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究了解高壓噴射注漿技術(shù)土建、公路、礦山、隧道、橋梁等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最后初步總結(jié)該技術(shù)有待進(jìn)一步研究之處。
關(guān)鍵詞:?? 高壓噴射注漿技術(shù);? 技術(shù)機(jī)理;技術(shù)特點(diǎn)；應(yīng)用研究
Discussion On The Technique Of High Jet Grouting
Abstract: The technique of high jet grouting has a wide range of applications, construction is simple, safe and reliable, pile strength, material source wide, low cost. Firstly, the definition of the technique of high jet grouting is studied, and on the basis of studying its historical situation, the mechanism of the technology is analyzed. Combined with specific engineering examples to understand the five characteristics of the technique of high jet grouting, and then according to the relevant domestic scholars to understand the technique of high jet grouting, civil engineering, roads, mines, tunnels, bridges and other fields widely used. Finally, the preliminary summary of the technology are listed for further study..
Key Words: The technique of high jet grouting; Technical mechanism; technical characteristics; application research
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0 引 言
高壓噴射注漿技術(shù)具有適用范圍廣、施工簡便、安全可靠、樁身強(qiáng)度大、材源廣、成本低等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于建筑物地基加固、地基處理、防滲止水、邊坡防護(hù)和治理、堤壩防滲等方面,在國內(nèi)外得到推廣和應(yīng)用。
1? 高壓噴射注漿技術(shù)概述
1.1 定義
高壓噴射注漿技術(shù)是在化學(xué)注漿法的基礎(chǔ)上，采用高壓水流切割技術(shù)發(fā)
展而來的。程春生（2007）[1]認(rèn)為注漿（Injection Grout/Grouting）,是將具有特定性質(zhì)的材料或用其配制成的漿液,以一定的壓力注入地基巖土體內(nèi)使其滲透、充填或置換,經(jīng)膠凝或固化后改善地基的物理力學(xué)性質(zhì),達(dá)到加固、防滲、堵漏等目的。
周蒼松（1992）[2]認(rèn)為高壓噴射注漿技術(shù)的原理是利用高壓載能介質(zhì)將軟弱土體沖切破碎后與注入的固結(jié)漿液在原位混合凝固,達(dá)到加固地基的目的, 它適應(yīng)于軟弱地層、砂層、砂卵石層及強(qiáng)風(fēng)化的基巖中用于建造防滲帷幕或提高地層的承載能力;利用旋噴樁與鉆孔樁搭接, 還可以建造高強(qiáng)度的防滲擋土墻,以利于基坑開挖。高噴技術(shù)既可對新建的工程進(jìn)行基礎(chǔ)處理,也可以對已成建筑物進(jìn)行病害補(bǔ)強(qiáng)。高噴技術(shù)是一種成本低、效率高、效益好的非明挖地基的處理方法。
呂強(qiáng)（1999）[3]認(rèn)為高壓噴射注漿法就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆入(或置入)至土層預(yù)定的深度后,以20-4OMpa的壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來,形成噴射流沖擊破壞上層,形成預(yù)定形狀的空間,當(dāng)能量大、速度快和脈動(dòng)狀的噴射流的動(dòng)壓力大于土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),土顆粒便從土層中剝落下來,一部分細(xì)粒土隨漿液或水冒出地面,其余土顆粒在射流的沖擊力、離心力和重力等作用下,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)律地重新排列。這樣注入的漿液將沖下的部分土混合凝結(jié)成加固體,從而達(dá)到加固土體的目的。它具有增大地基強(qiáng)度、提高地基承載力、止水防滲、減少支擋結(jié)構(gòu)土壓力、防止土液化和降低土的含水量等多種功能。
1.2 歷史和現(xiàn)狀
高壓噴射注漿技術(shù)是地層注漿加固技術(shù)的一種。從這一點(diǎn)理解，當(dāng)漿體被液壓設(shè)備送入土中后，漿體會穿越土層孔隙，土層交界面，從而滲流、擴(kuò)散、膨脹、膠凝。最終固化后，具有膠結(jié)能力的漿體對土體起到補(bǔ)強(qiáng)——提高土體剛度和抗變形能力，還起到防滲的作用。
注漿技術(shù)成為工程技術(shù)的新領(lǐng)域不超過一百年，最早發(fā)明現(xiàn)代注漿法的是法國工程師查爾貝林尼(Charles Berigny), 1802年,貝林尼用自己設(shè)計(jì)木錘打擊沖擊泵向己經(jīng)開裂的污工墻注入粘土和石灰漿液,成功地進(jìn)行了修補(bǔ)。1838年,馬克?面魯諾(Marc lsambrd Brunel)開始將注漿技術(shù)用于隧道圍巖加固,在英國的太晤士河隧道向上部圍巖壓注了硅酸鹽水泥漿液。1880-1905年間,在法國北部和秘魯煤礦工作的工程師們在涌水量較大的豎井的下沉施工過程中進(jìn)行了硅酸鹽水泥注漿試驗(yàn),研制了高壓注漿泵,并對注漿材料
的合理配方和施工工藝提出了改進(jìn)建議,有關(guān)成果很快被用于隧道施工。[4]
但靠注入漿液加固地基的這項(xiàng)技術(shù)歷史悠久。楊震（2008）[5]認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)并非國外首創(chuàng)，在我國幾千年以前就普遍使用粘土、樹膠、糯米漿等作為砌塊的膠結(jié)材料以及防滲水材料,如二世紀(jì)的萬里長城、歷代帝王的地下陵墓建筑及南北大運(yùn)河等工程都可以找到在工程實(shí)踐中使用封堵材料的證明。
1968年,日本首創(chuàng)高壓旋噴的單管法(稱CCP工法),先后用于地基加固和防水工程。之后,意大利、德國和前蘇聯(lián)等國陸續(xù)引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù),在CCP工法的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了二重管旋噴法(JGP和JSG工法)、三重管旋噴法(CJP工法),使高壓噴射注漿技術(shù)得到迅速發(fā)展。相對來說,國外在該方面開發(fā)較早,應(yīng)用面較廣,設(shè)備機(jī)具配套也較齊全。[6]
高壓噴射注漿技術(shù)在國內(nèi)主要經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段。一是引進(jìn)試驗(yàn)階段(1972-1975年);二是研究應(yīng)用階段(1976-1986年);三是多向發(fā)展階段(1987年至今),各個(gè)階段均有其發(fā)展特點(diǎn)。第一個(gè)階段的特點(diǎn)是僅有鐵道科學(xué)院建筑研究所、山東水科所、浙江大學(xué)等少數(shù)科研院所從事研究試驗(yàn);第二個(gè)階段的特點(diǎn)則是廠、所結(jié)合既研究工法又研制噴射注漿設(shè)備、機(jī)具,并且主要應(yīng)用于水利工程的土壩、松散地基等構(gòu)筑防滲體系,使用范圍還比較單一;第三個(gè)階段是一個(gè)全方位發(fā)展的階段。自1987年以來,國內(nèi)開展高壓噴射注漿設(shè)計(jì)和施工的單位和隊(duì)伍已遍布全國各地,僅湖南長沙市便有上十家,工藝方法發(fā)展較全、應(yīng)用范圍較廣。如高壓旋噴注漿在單管法基礎(chǔ)上發(fā)展了單管雙液分噴法,功能上不僅可作擋土防滲體系,亦直接作為承重樁基,并已大量用于工民建筑尤其是深基坑開挖圍護(hù)體。[6]
隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要,各大城市地下工程建設(shè)規(guī)模越來越大,尤其是南方發(fā)達(dá)城市,在己有建筑和新建工程的地基處理,深基坑地下工程支護(hù),筑造地下防水帷幕、減振防山液化、增大土的磨擦力和粘聚力以及防止基礎(chǔ)沖刷等方面,都需要高壓噴射注漿技術(shù)來進(jìn)行地層加固,高壓噴射注漿地層加固技術(shù)進(jìn)入深入研究階段。
1.3 技術(shù)機(jī)理
高壓噴射注漿是借助高壓噴射流沖切摻攪地層，漿液在高壓噴射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散充填，具有較好的可控性和可注性，形成的固結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中的工作條件、地層因素起主導(dǎo)作用［1,7 － 10］。高噴注漿機(jī)
理主要有以下6點(diǎn)［1,5,10－14］。
(1)沖切摻攪作用
當(dāng)能量相對集中的射流作用于土體時(shí)，將直接產(chǎn)生沖切土層的作用。同時(shí)在射流產(chǎn)生的卷吸擴(kuò)散作用下，被沖切下來的土粒與漿液摻攪混合。
(2)升揚(yáng)置換作用
壓縮空氣釋放能量后在漿液中產(chǎn)生氣泡，這些氣泡在上升過程中能對從孔底挾帶沖切下來的土粒產(chǎn)生向上的浮托力，可使土粒沿孔壁向上升揚(yáng)流出孔口，同時(shí)漿液被摻攪注入地層，并與較粗土顆粒凝結(jié)成強(qiáng)度較高的凝結(jié)體，使地層組分發(fā)生改變。升揚(yáng)置換可有效改善和提高漿液灌注的強(qiáng)度和密實(shí)性。
(3)充填擠壓作用。
射流末端雖不能沖切土體，但仍可對周圍土體產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，同時(shí)噴射過程中及噴射結(jié)束后，靜壓注漿作用仍在持續(xù)，可促使凝結(jié)體與兩側(cè)土體結(jié)合更為緊密。
(4)滲透凝結(jié)作用
高壓噴射注漿過程除了在沖切范圍內(nèi)形成凝結(jié)體外，還可向沖切范圍以外產(chǎn)生漿液滲透作用，形成滲透凝結(jié)層，其層厚與被注地層中的級配和滲透性有關(guān)。
(5)位移袱裹作用。
在高壓噴射流對土體沖切摻攪過程中，如遇卵、漂石等大顆粒，隨著自下而上的沖切摻攪作用，大顆粒間的充填物被切削剝落，同時(shí)部分細(xì)顆粒被升揚(yáng)置換出地面，則大顆粒在強(qiáng)大的沖擊振動(dòng)力作用下產(chǎn)生位移，并被漿液袱裹，漿液也可沿著大顆粒周圍的空隙直接產(chǎn)生袱裹、充填和滲透凝結(jié)作用。
(6)負(fù)壓卷吸作用。
在高壓噴射流的周側(cè)為低壓區(qū)，存在較強(qiáng)的卷吸作用，漿液在低壓狀態(tài)下被渦卷吸附，并沿漿液噴射方向被挾帶注入沖切范圍內(nèi)形成凝結(jié)體。
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2?? 高壓噴射注漿技術(shù)特點(diǎn)與實(shí)例
根據(jù)目前使用情況,該技術(shù)有下列特點(diǎn):
(1)擴(kuò)大了靜壓注漿的使用范圍,解決了對微細(xì)粘土體不易注漿加固的難題。
(2)由于高速水噴流被限制在破碎的范圍內(nèi),漿液不易竄人土層遠(yuǎn)處,避免漿液浪費(fèi),且可確保預(yù)期的土質(zhì)加固和形狀。
(3)通過改變漿材和工藝,可使土體達(dá)到一定的強(qiáng)度或滲透性的要求。
(4)一般都用水泥漿,不會造成環(huán)境和地下水的污染,無公害問題。
(5)能在孔中任何一段范圍內(nèi)施工。由于高壓噴射注漿技術(shù)的實(shí)用性,能解決許多棘手的工程問題,因此發(fā)展很快。中國自70年代以來,采用此技術(shù)施工和試驗(yàn)項(xiàng)目已達(dá)到數(shù)百項(xiàng)之多。下面介紹幾個(gè)典型實(shí)例。
2.1 修筑壩基防滲墻[15]
河南鞏縣塢羅水庫,建成后多年來由于壩基砂卵石層漏水,只能作為低水位運(yùn)行。1993年采用高壓噴射注漿和帷幕注漿的防滲技術(shù),達(dá)到治漏目的。此壩采用SGP3o一5型高噴臺車(三重管型),達(dá)到高壓噴射注漿深度53.4m,創(chuàng)全國最深的紀(jì)錄。
2.2 樓房加層后的地基加固[16]
湖南省石油化工建設(shè)公司辦公樓加層后,由于不均勻下沉,建筑物產(chǎn)生大量裂縫,有倒塌危險(xiǎn)。1990年采用高壓噴射注漿加固基礎(chǔ),經(jīng)歷兩年的使用與觀測,不再發(fā)生異?，F(xiàn)象,效果良好。
2.3 橋墩基礎(chǔ)防止不均勻下沉[17]
寶成鐵路金砂寺橋建成后,橋墩基礎(chǔ)不均勻下沉,1980底,3號臺下沉量已達(dá)99mm,經(jīng)用高壓噴注漿處理后,已安然運(yùn)行。
2.4 深基坑灌注樁、旋噴樁組合擋土阻水壁[18]
由灌注樁與旋噴樁組合的擋土阻水壁,在日本、西歐國家已經(jīng)應(yīng)用。武漢鋼鐵公司礦石場地下通廓施工需進(jìn)行基坑開挖,由于場地不具備放坡條件,地下水位又高,因此深基坑支護(hù)除要求擋土外,還要求阻水。1990年采用價(jià)低的灌注樁、施噴樁組合擋土阻水方案首次在我國獲得成功。
3? 國內(nèi)高壓噴射注漿技術(shù)的應(yīng)用研究
高壓噴射注漿技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于土建、公路、礦山、隧道、橋梁等領(lǐng)
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域,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3.1 土建
范紹武（2007）[19]針對周圍環(huán)境復(fù)雜、降水不佳的基坑多采用高壓噴射注漿止水帷幕的施工方法的現(xiàn)狀，結(jié)合廣州番禺金海岸花園改建、擴(kuò)建工程，說明該技術(shù)作止水帷幕的優(yōu)越性，并強(qiáng)調(diào)在施工過程中要嚴(yán)格控制漿體材料的選用與配比，要嚴(yán)格控制樁位的準(zhǔn)確性和成孔的垂直度，要做好冒漿觀察等。
李國華[20]針對武漢市泰合廣場基坑在開挖過程中形成管涌或流土而致使附近建筑物遭受嚴(yán)重破壞的問題,采用高壓噴射注漿法施工工藝方法,杜絕了基坑壁管涌或流土現(xiàn)象,使基坑開挖和基礎(chǔ)施工得以安全進(jìn)行。
3.2 公路
楊文江(2013)[21]認(rèn)為高壓噴射注漿技術(shù)的噴射流主要由初始區(qū)域、遷移區(qū)域、主要區(qū)域、終了區(qū)域構(gòu)成，而噴射流通常通過動(dòng)壓力、攪拌效應(yīng)、水楔破碎效應(yīng)以及氣穴作用對地基的巖土進(jìn)行破壞。通過工程實(shí)例說明高壓噴漿技術(shù)能夠較好地克服軟土地基不能滿足公路及其它人工構(gòu)造物基底強(qiáng)度要求問題。對高壓注漿技術(shù)在施工中容易出現(xiàn)的冒漿、固結(jié)不完整、固結(jié)體不垂直以及固結(jié)強(qiáng)度不均勻的問題進(jìn)行了分析，并給出了具體的處理措施。
????? 3.3 礦山
孫水鋒，陳永鋒，崔永生（2013）[22]介紹了五礦邯邢礦業(yè)有限公司李樓、諾普鐵礦斜坡道工程穿越流沙層的施工技術(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用高壓噴射注漿法建造截滲連續(xù)墻，是斜坡道也是巷道快速通過含水流沙層、破碎帶的有效方法，比其他特鑿施工方法要有明顯的優(yōu)越性。
卞明軍,金英豪,高洪順(2005)[23] 針對倉上金礦露天開采所遇到的海泥和流砂,應(yīng)用高壓噴射注漿技術(shù)從治水入手進(jìn)行治理,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3.4 隧道
劉鐘，柳建國，張義，李志毅[24]為突破隧道水平旋噴超前支護(hù)施工的關(guān)鍵技術(shù)，研制出大型液壓雙搖臂式全方位高壓噴射注漿鉆機(jī)，以及具有自主知識產(chǎn)權(quán)的配套孔口止?jié){器裝置，并探索出一整套帶孔口止?jié){器的隧道全方位高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)新技術(shù)。
鄧指軍，王如路[25]利用成熟高效的 MJS［26～28］工法，開發(fā)一種適用于地鐵運(yùn)營盾構(gòu)隧道內(nèi)的特殊的低擾動(dòng)高壓噴射注漿工法十分必要，可以為今
后上海地鐵隧道下臥土層治理提供新的加固手段。
3.5 橋梁
李立君(2013)[29]結(jié)合東新高速公路樁基施工過程，介紹高壓噴射注漿補(bǔ)強(qiáng)加固持力層施工技術(shù)的應(yīng)用過程，并對質(zhì)量控制方法進(jìn)行總結(jié).該方法 提高了施工效率、節(jié)約了成本、節(jié)約了工期，保證了工程質(zhì)量，對橋梁樁基持力層強(qiáng)度不足等問題的處理具有一定指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
夏友芳(2017)[30] 通過研究高壓噴射注漿法在某碼頭軟基加固中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：在水灰比 0.8、適當(dāng)?shù)氖┕?shù)條件下，水泥樁體 28d 齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到 1.0MPa 以上，完全滿足設(shè)計(jì)樁體 28d 強(qiáng)度不小于0.8MPa、90d 強(qiáng)度不小于 1.0MPa 的要求， 高壓噴射注漿法適合于橋梁樁基施工。
4.結(jié)語
綜上，高壓噴射注漿技術(shù)具有以下特點(diǎn)。
1.高壓噴射注漿法施工簡便、安全可靠。適用范圍廣、處理效果好、成本相對低等優(yōu)點(diǎn),值得深人研究和推廣。
2.高壓噴射注漿法理論和工藝技術(shù)起步較晚,發(fā)展尚不夠成熟,但發(fā)展前景廣闊,應(yīng)加強(qiáng)試驗(yàn)研究和施工經(jīng)驗(yàn)的積累。
3.與其它工法(如混凝土樁、壓密注漿等)結(jié)合使用,可進(jìn)一步擴(kuò)大高壓噴射注漿法應(yīng)用范圍、提高施工效果。
隨著地下空間的開發(fā)朝著大深度方向發(fā)展，高壓噴射注漿技術(shù)必將獲得更大應(yīng)用，也需要在以下幾個(gè)方面不斷創(chuàng)新發(fā)展。[31]
(1)噴射方式的突破
粉體高壓噴射注漿法為高壓噴射注漿技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)思路上的突破，改變了水泥注入土體中的方式，后續(xù)的研究也將繼續(xù)深入分析如何實(shí)現(xiàn)水泥與土體更高效的拌合。
(2)噴射系統(tǒng)的研發(fā)
高壓噴射注漿沖切拌合的動(dòng)能來自高壓射流，射流性能的提升對促進(jìn)加固效果作用明顯，研發(fā)領(lǐng)域包括超高壓大排量泵、噴嘴的結(jié)構(gòu)形式及不同深度不同土質(zhì)條件下的參數(shù)匹配等等。
(3)施工控制系統(tǒng)的研發(fā)
現(xiàn)階段各類高壓噴射注漿技術(shù)的加固效果檢測都具有滯后性，若能實(shí)現(xiàn)加固過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便可以及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保加固效果的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)；另一方面現(xiàn)有加固效果對施工操作依賴程度很大，為了保證加固體質(zhì)量，有必要增加施工過程的自動(dòng)化程度，以確保隱蔽工程的質(zhì)量。
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