三重管高压旋喷注浆施工工法

三重管高压旋喷注浆施工工法

朱奎1，张成楷2，杨显锋2

朱奎1，张成楷2，杨显锋2

1.温州市瓯海区施工安全监督站浙江温州325000；

2.温州市东风建筑工程公司浙江温州325000

【摘要】介绍了三重管高压旋喷注浆施工工法特点、工艺原理、施工工艺、主要材料及机具、质量控制措施，环保措施、安全措施，该工法使高压水、高压空气、水泥浆液三种介质通过三重管注浆管，以高压射流切割、破坏周围的土体，使水泥浆与土粒搅拌混合，水泥浆凝固后形成各种不同形状的注浆体。

【关键词】三重管；高压旋喷注浆；施工工法

【Abstract】Theconstructionmethodcharacteristic,principlesofcraft,constructioncraft,mainmaterial,machinesandqualitycontrolmeasure,environmentalprotectionmeasure,safetymeasureofhigh-pressurerotary-spurtinggroutingwithtertiarytubeareintroduced.Threemediumsuchashigh-pressuredwater,compressedairandcementmortargothroughthetertiarygroutingtube,simultaneously,high-pressurespraycutanddestructsoilaroundtube,whichagitateandmixcementmortarandsoil,differentshapehydromassformafterthecementmortarcoagulation.

【Keywords】tertiarytube；high-pressurerotary-spurtinggrouting；constructionmethod.

1.前言高压喷射注浆按注浆管类型可分为单管、二重管和三重管三种方法。单管采用单纯喷射水泥浆液的方法；二重管在水泥浆液射流外面包裹一层高压空气同时喷射，来破坏土层结构，同时完成置换、填充；而三重管则是以包裹了高压空气的高压水流来破坏土层结构，再以水泥浆液进行置换、填充。三重管高压喷射注浆的效果，不仅与地质条件有关，而且与施工所采用的高喷技术参数和施工工艺有关。高喷施工技术参数，包括高压水、高压空气、浆液三种工作介质的压力、流量、喷嘴直径和注浆管的提升速度、旋转速度，以及回浆的数量、比重等，必须正确选择这些参数，才能保证高压喷射注浆的质量。

2.工法特点

2.1高压水、高压空气、水泥浆液三种介质通过三重管注浆管，以高压射流切割、破坏周围的土体，使水泥浆与土粒搅拌混合，水泥浆凝固后形成各种不同形状的注浆体。

2.2三重管高压旋喷注浆中高压水和水泥浆液体流量的总和比单管、二重管高压喷射注浆大一倍多，更充分利用了喷射流的能量，再加上压缩空气的升扬作用，增加了浆液扩散距离。

2.3三重管高压旋喷采用水平喷射方式，提高浆液喷射压力，不仅有助于浆液与土体的搅拌混合，而且可以对土体进行二次切割破坏，有利于扩大旋喷注浆体直径和提高搅拌均匀程度。

3.适用范围本工法适用于工业与民用建筑工程中的淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土等的地基加固；既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，基坑内防止管涌与隆起的加固，坝的加固与防水帷幕等工程。

4.工艺原理

4.1三重管高压旋喷是以高压水作为喷射动力，通过一定形状的喷嘴，产生能量大、连续脉冲运动的高压射流，切削、冲击、破坏土体结构，使水泥浆与土颗粒置换、搅拌、混合，因水泥的水化作用而凝结，在土层中形成注浆体。为了防止水射流衰减过快，增加有效射程，在高压水射流的喷射孔周围，加上圆筒状的空气喷流，形成水、气的同轴喷射。低压的水泥浆依赖高压水喷射流，使水泥浆与土颗粒搅拌混合。

4.2三重管注浆管由内、中、外三种不同直径无缝钢管以特殊的连接件组装而成，高压水走内管，高压空气走内、中管间的环形空间，水泥浆走中管与外管间的环形空间，三种介质各走自身的通道，互不串通。高压空气包裹高压水射流作同轴喷射，防止高压水射流分散漫射而使水压力衰减过快，同时由注浆泵压注水泥浆，虽然浆液的压力不高，但由于高压射流的作用，使水泥浆与被切削下来的土粒搅拌混合，从而达到加固土体的作用。

4.3由于三重管旋喷是高压水射流和水泥浆的共同作用，旋喷后返浆量多，而且浆液含水量高，相对密度较低(对于淤泥质地层浆液相对密度为1.35～1.4)，故旋喷后注浆体沉降量大，容易形成孔穴，因此要进行浆液回灌，直至注浆体不再沉降为止。

5.施工工艺

5.1工艺流程。旋喷机就位→钻孔→下三重管→接通管路→试喷→旋喷注浆→浆液回灌

5.2旋喷机就位。

5.2.1钻机就位时机座要平稳，立轴或转盘要与孔位对正，钻杆与注浆体位置偏差应在10mm以内。

5.2.2钻机就位后应进行垂直校正，倾角误差一般不得大于0.5°，钻机垂直度须保证在1%以内。

5.3钻孔。在空压机、清水泵，泥浆泵低压状态下成孔，将喷头送至设计标高。

5.4下三重管。在插入三重管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时可用低压水（0.1～2MPa）冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑料包裹以免泥土堵塞。

5.5接通管路。三重注浆管下放到设计深度后，接通管路，依次开动高压水泵和空气压缩机，检查压力是否达到设计要求，如果达不到要求，检查密封与喷嘴的状况是否正常；如果压力正常，开动水泥注浆泵。

5.6试喷。

5.6.1旋喷开始时先送高压水再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下压缩空气可晚送30s，在注浆体底部边旋转边喷射1min后再进行边旋转边提升边喷射。

5.6.2当喷管达到预定位置，原位旋喷3～5min，以达到扩大注浆体底部直径的目的，保证注浆体底部与持力层具有较好的连接性。

5.7旋喷注浆。

5.7.1钻杆的旋转和提升应连续进行不得中断拆卸钻杆，要保持钻杆伸入下节100mm以上，以免注浆体脱节。钻机发生故障应停止提升钻杆和旋喷，并应立即检修排除故障，避免注浆体断开。

5.7.2随时测定进浆与回浆密度，切实保证工艺参数要求。当回浆量小于进浆量的20%时，可视为正常现象，当超过20%或完全不回浆时，应查明原因并采取下列措施：

5.7.2.1若原地层中有较大的空隙引起的不回浆时，则可在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间。必要时也可考虑加大进浆量或灌细砂充填，待填满后再继续旋喷。

5.7.2.2回浆量过大，其原因一般是有效旋喷范围与进浆量不相适应所致，即注浆量明显超过旋喷所需的浆量，可以适当调整进浆量。

5.7.3减少回浆量的措施有三种：提高旋喷压力；缩小喷嘴直径；加快提升速度和旋转速度。

5.8旋喷复喷。

5.8.1每次拆卸三重管后再喷注时，要保证300mm复喷段，以防注浆体断开，拆卸下来的三重管注浆管要及时冲洗干净，并检查三重管的密封圈，如有损坏需及时更换。

5.8.2为提高注浆体的承载力，在注浆体底部1m范围内应采取复喷，适当增加旋喷时间。

5.9沉降观测。旋喷过程中要注意注浆体沉降观测以及地基沉降观测，当处理既有建筑地基时应采取速凝浆液或大间距隔孔旋喷和冒浆回灌等措施，以防旋喷过程中地基产生附加变形，避免基础与基础间出现脱空从而影响被加固建筑及邻近建筑。

5.10浆液回灌。用25mm的自来水管加工成灌浆管，前端带尖头并在管侧开4个对称小孔，灌浆时将灌浆管通过孔口管插入注浆体内，开动泥浆泵灌入0.8∶1的单液水泥浆。随时观察孔口管内流出浆液的变化情况，直到注浆体孔内的浆液面不再下沉，停止灌浆。

5.11高压喷射注浆技术参数。

5.11.1高压水喷头的喷嘴内径。喷头的喷嘴内径对高喷工作条件影响很大，喷射压力与喷嘴内径的4次方成反比。高喷施工应根据工作条件选择喷嘴规格，并在施工过程中经常检查喷嘴的磨耗情况和畅通情况。表1为在不同压力、流量条件下高压水喷嘴内径。

5.11.2高压空气的压力和流量。高压空气的压力一般选用0.7MPa，风量1～2m3/min。

5.11.3浆液压力、流量和比重。

5.11.3.1浆液压力、流量、喷嘴内径。浆液喷射采用水平喷射方式，水平喷射方式采用标准锥形喷嘴，喷嘴位置在高压水嘴下方100～200mm处。浆液流量不仅与注浆压力及喷嘴内径有关，而且必须与旋喷注浆体直径及注浆管提升速度相适应。为了防止因注浆管提升速度过快，造成旋喷注浆体直径偏小，施工中采用注浆量较小的注浆泵，这样在喷嘴内径一定时，注浆压力也较小。注浆压力为0.5～2.0MPa，与之相应的喷嘴内径列于表2

5.11.3.2进浆浆液比重。进浆浆液比重是控制浆液水灰比的重要参数，不同水灰比的水泥浆液比重及材料用量。

5.11.3.3回浆比重与回浆量。三重管法回浆成份包括被置换的土、部份水泥浆液和水，其回浆比重和回浆量决定于土的置换率、单位时间内水的喷量和浆液喷量、浆液水灰比，三重管回浆比重的测算值列于表4。回浆比重是反映高喷状态的一项重要指标，施工中必须经常检测，一般应每5～10min或每1m旋喷检测一次。若发现回浆比重与测算值有较大出入时，应查明原因处理。通常回浆比重过低，反映高喷置换率偏低，注浆体质量差，或进浆水灰比过低、喷浆量过小；回浆比重过高，有可能反映成注浆体直径偏小，或进浆水灰比过高、高压射水流量过小

5.11.3.4注浆管提升速度。注浆泵流量越大时，提升速度应相应提高；提升速度与旋喷注浆体直径的平方成反比。提升速度应根据旋喷注浆体设计直径和所选用的注浆泵的流量按式(1)确定：V=qπ4D2K(1+β)(1)

式中V为注浆管提升速度(m/min)；

q为单位时间的注浆量(m3/min)；

D为设计旋喷注浆体直径(m)；

K为填充率，取0.75～0.9；

β为损失系数，取0.1～0.2。

5.11.3.5注浆管旋转速度。注浆管旋转速度越快，工作介质对土体作用时间越短，注浆体直径越小；旋转速度减慢，注浆体直径将会增大。但是旋转速度减慢到一定程度后，意味着工作介质对同一高度范围内的土体的重复切割次数减少，反而降低了破坏和置换土体的作用，注浆体直径会减小。旋转速度要与提升速度相配合，一般以每提升10mm旋转0.8～2圈为宜。

6.主要材料及施工机具

6.1主要材料。水泥应采用32.5级或42.5级普通水泥，要求新鲜无结块，水泥应经试验及过筛，其细度应在标准筛（孔径为0.08mm）的筛余量不大于15%。泥浆水灰比为1:1~1.5。为消除离析，一般再加入水泥用量3%的陶土，0.9%的碱。浆液宜在旋喷前1h以内配制使用，并滤去硬块砂石等以免堵塞管路和喷嘴。

6.2主要施工机具。

6.3劳动力组织。

7.质量控制

7.1相邻注浆体施工间距应小于4～6m，相邻两注浆体施工间隔时间应不小于48h。

7.2保证水泥标号、质量及水泥浆的水灰比，同时旋喷注浆要连续进行，不得中途停止作业。

7.3旋喷时必须严格按照预定提升速度、旋转速度、水泥浆的浓度和排量等技术参数施工，并时刻观察高压泵、空压机和注浆泵的压力及流量变化，认真观测压力表，如压力骤升表明喷嘴堵塞，应立即停止作业，待处理完堵塞后才能开始工作。

7.4在插管旋喷过程中，要注意防止喷嘴被堵，压力和流量必须符合设计值，否则要拔管清洗，再重新进行插管和旋喷。使用双喷嘴时，若一个喷嘴被堵，则用复喷方法继续施工。

7.5钻杆要进行量测，并作记录，经常检查孔深，保证孔深达到设计要求。

7.6旋喷注浆施工完成后，不能随意堆放重物，防止旋喷注浆变形。

8.安全措施

8.1高压泥浆泵应全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣存在，各密封圈完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压。

8.2压力表应定期检查，保证正常使用。

8.3司钻人员需熟练操作技能，了解注浆全过程及钻机旋喷注浆工艺。

8.4高压胶管不能超过压力范围使用，使用时屈弯不小于规定的弯曲半径，防止高压胶管破裂。

9.环保措施施工过程中要注意浆液的排放。在下水道铁蓖周围用砖砌成围堰，以免冒上来的废浆流入下水道中去。使用污泥泵把冒上来的废浆打到施工前已准备好的储浆池中，然后将废浆打入槽车内运走。为了防止废浆硬化于槽车中，需要不断地搅拌废浆，并掺加一定量的缓凝剂。

10.效益分析三重管高压旋喷注浆施工工法经济效益和社会效益显著，主要优点如下：

10.1受土层、土的粒度，土的密度、硬化剂硬化时间的影响较小。

10.2可采用价格便宜的水泥作为主要硬化剂，加固体的强度较高，根据土质不同，加固体的强度可为500~1000KPa。

10.3可以有计划地在预定的范围内注入必要的浆液，形成一定间距的注浆体，或连成一片帷幕墙，加固深度可自由调节，连续或分段均可。

10.4采用相应的钻机，不仅可以形成垂直的注浆体，也可以形成倾斜的注浆体。

10.5可以作为施工中的临时措施，也可作为永久建筑物的地基加固，尤其是对已有建筑物地基补强和基坑开挖中需要对临近旧建筑物加以保护时，这种方法能发挥其特殊作用。

11.应用实例

11.1工程实例1。某工程围护结构根据地下管线布置及周围建筑物限制采用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩间距为1.1m，钻孔灌注桩直径为1.2m，钻孔灌注桩底平均标高在底板以下3.0m，钻孔灌注桩长度为20m，钻孔灌注桩混凝土强度等级为C25。为防止注浆体间土体坍塌及结构外地下水涌入基坑，采用三重管高压旋喷注浆加固，在相临两个钻孔灌注桩之间进行三重管高压旋喷注浆，注浆体直径为1.0m，抗渗强度为0.8MPa。旋喷注浆体起到了挡土及防水的作用，保证了基坑开挖的安全。该工程采用本工法施工，从以后基坑开挖的情况来看，绝大部分注浆体与围护注浆体联接得很好，挡土、止水防渗效果显著，基坑开挖过程中，从未出现注浆体间土体坍塌、流砂涌入基坑等现象。

11.2工程实例2。某工程基坑距毗邻建筑物仅10m，为保证毗邻建筑物安全，该处采用不降水施工，以防止降水时带走砂粒，从而危及大厦安全。基坑靠近毗邻建筑物侧设置双排旋喷注浆止水帷幕，旋喷注浆分内外两层，外侧注浆体长度13.6m，内侧注浆体与相邻钻孔桩长度相同，采用本工法施工，在高压水射流外围，同时喷射高压空气，使高压水的轴动压力衰减及扩散率变缓，增大了射流核及迁移段的长度，扩展了射流切割土体的范围，而且高压水、高压空气同时作用于土体，增强了破坏土体的能力，达到水泥浆置换土体颗粒，加固地基的目的。经检验，旋喷注浆体深度、直径、整体性、注浆体强度等及其物理力学性能必须符合设计要求。

参考文献

［1］建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］，GB50202-2002.北京:中国建筑工业出版杜,2002

［2］注浆技术规程［S］，YSJ2ll-92.北京:中国建筑工业出版杜,1992

［3］建筑地基处理技术规范［S］，J220-2002.北京:中国建筑工业出版杜,2002

［文章编号］1006-7619（2009）09-09-837

［作者简介］朱奎（1975-）,浙江温州人，博士、高级工程师、经济师。