高压喷射注浆法(high pressure jet grouting method)

将注入剂形成高压喷射流，借助高压喷射流的切削和混合，使硬化剂和土体混合，形成圆柱状加固体，达到改良地基的方法。在中国又称为“旋喷法”。适用于处理砂类土、标准贯入值N<10的粘性土、淤泥和不含或含少量砾石的填土地基。对于含有卵石的砾砂层，需通过现场试验，取得处理效果后，再决定是否采用旋喷法。

高压喷射注浆法可用作下列加固目的：(1)止水，形成防水幕，隔断地下水渗流；(2)防止基坑底部的粘性土涌土或砂类土管涌；(3)保护相邻构筑物或地下埋设物；(4)旧有建筑物的地基补强；(5)桩基的防护或代用；(6)地下盾构法等顶管施工时始末端的加固等。

设计   主要包括加固体(桩)承载力确定，加固体直径确定，加固体强度确定，复合地基承载力确定，硬化剂用量确定，加固体的平面布置等。

加固体(桩)承载力确定   可近似地按钻孔灌注桩的承载力计算方法确定。桩的承载力取决于土的阻力和桩体强度。

按理论计算方法确定，包括按土体强度计算和按桩体材料强度计算。

按土体强度计算，可采用钻孔灌注桩的静力计算公式：

 [P]=μΣƒ_il_i+A[R]

式中[p]为加固体(桩)的容许承载力，N；μ为桩身截面周长，可按桩的直径计算，m；ƒ_i为各层土的容许摩阻力，N／m²；l_i为各层土的厚度，m；A为桩底支承面积，m²；[R]为桩尖处地基容许承载力，N，／m²。

按桩体材料强度计算：

[P]=Kα[σ]A

式中[σ]为加固体(桩)材料的室内平均极限抗压强度，N／m²；α为加固体(桩)材料的强度折减系数，取0.4～0.5；A为加固体(桩)的横断面积，m²；K为安全系数。

此外，还可采取通过静荷载试验方法来确定旋喷桩的承载力，也可以利用静力触探和标准贯入触探的结果近似地计算承载力。

加固体(桩)直径确定   加固体(桩)的直径和土质与施工方法等有密切关系，主要根据现场试验和工程实测资料确定。

加固体(桩)强度确定   加固体(桩)的强度与土质和施工方法有密切关系。采用单管法在砂类土中的加固体强度一般为3～7MPa，在粘性土中的加固体强度一般为1.2～5MPa，采用三重管法在砂类土中的加固体强度为5～15MPa，在粘性土中的加固体强度为1～5MPa。在一定土质条件下，通过调节浆液的水灰比和单位时间的喷射量或改变提升喷射管速度等措施，可适当提高或降低加固体强度。

硬化剂用量确定   硬化剂(浆液)用量可按体积法和喷量法确定。

体积法

喷量法

式中Q为硬化剂用量，m³；D为设计的加固体(桩)直径，m；H为设计的加固体(桩)长度，m；α为与加固体(桩)直径和土质有关的混合系数，采用单管法时α=0.6～1.8，采用二重管法时α=0.6～1.1(下限)或0.8～1.3(上限)；β为作业损失系数，通常为0.1～0.2；q为单位时间的喷射量，m³／min；t为每根加固体(桩)的喷射时间，min。

加固体(桩)的平面布置   可根据加固目的考虑。作为承重桩时，旋喷桩的平面布置同钢筋混凝土桩的平面布置相似；作为桩群加固土体时，则其平面布置有所不同：(1)用于基础承重可为分开布置的单桩；(2)用作防水帷幕可采用排桩和板墙形式；(3)用于防止基坑底部涌土或提高土体稳定性可采取整体加固；(4)用于形成地基中的水平隔水层可采取水平封闭桩。当采用整体加固或排桩形式时，桩的间距既取决于桩的直径，也取决于桩施工时的垂直度。

复合地基承载力确定   复合地基承载力由旋喷桩承载力和桩周围土体承载力共同组成，通过静荷载试验按下式计算

式中[P]为单根旋喷桩承载力，N；[R]为桩间土(天然地基)容许承载力，N／m²；A_c为1根旋喷桩分担的荷载(承台)面积，m²；A_p为1根旋喷桩的断面积，m²；α为天然地基承载力折减系数，可取0.5～1.0。

施工   通常分成成孔和喷射两个阶段。

成孔阶段   采用普通(或专用)钻机，驱动密封良好的喷射管和带有1个或2个横向喷嘴的特制喷射头进行成孔。成孔可采用水冲或振动方法，以使喷射头达到预定的深度。

喷射阶段   通常以15MPa以上压力，使水泥浆(或其他硬化剂)通过喷射管的喷射头上直径约为2mm的横向喷嘴向土中喷射，边旋转，边向上提升钻杆，喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与之搅拌混合，形成水泥与土混合的柱状加固体。在中国这个加固体被称为“旋喷桩”。根据工程需要，钻杆可只提升而不旋转地进行“定向喷射”，形成“片状”加固体，例如隔水帷幕。这种情况常采用一个或两个喷嘴进行喷射。

喷射注浆法施工工艺根据喷射方法可分为单管法、二重管法和三重管法。(1)单管法。如图中a所示。采用较细的单层喷射管，借助喷射管本身的喷射或振动贯入土中，仅在必要时才使用钻机在地基中预先成孔(孔径6～10cm)，然后放入喷射管进行喷射。加固直径可达30～80cm。水、水泥和膨润土经称量，并两次进行搅拌、混合，然后输入到高压泵。水可输送到搅拌器与水泥混合，也可直接输送到高压泵。(2)二重管法。又称浆液、气体喷射法，如图中b所示。使用两层喷射管分别将高压水泥浆和空气同时横向喷射。加固直径可达100cm。(3)三重管法，是同时喷射水、空气和浆液的方法，如图中c所示。使用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射，并切削土体，借空气的上升力将破碎的土由地表排出；同时另一个喷嘴将水泥浆以较低压力喷射注入到被切削、搅拌的地基中，使水泥浆与土混合。加固直径可达80～200cm。在这个系统中，设置专门的水泥仓、水箱和自动称量系统；在输送水泥浆、高压水、压缩空气过程中，采用监测装置，以保证施工质量。

施工机具   主要有高压泵、钻机、喷射管和有关仪表。

(1)高压泵。包括高压泥浆泵和高压清水泵。中国多用高压泵车(泥浆泵)或柱塞泵(清水泵)。德国、意大利一些国家采用喷射量比较符合喷射注浆技术要求的专用高压泵。高压泵的压力通常要求在15MPa以上。高压泵的流量和压力应具有适当的调节范围。高压泵有柴油机带动和电动机带动两大类。柴油机带动的高压泵压力往往不很稳定，电动机带动的高压泵压力比较稳定。

(2)钻机。根据喷射工艺要求(提升速度和旋转速度)，在钻杆上部增设一个小型振动器，以使喷射管振动而贯入土中。

(3)喷射管。其构造根据所采用的单管法、二重管法和三重管法而有所不同。单管法的喷射管仅喷射高压水泥浆。二重管法的喷射管则同时输送高压水泥浆和压缩空气，而压缩空气是通过围绕浆液喷嘴四周的环状喷嘴喷出。三重管法的喷射管则同时输送水、压缩空气和水泥浆，由于这三种介质均有不同的压力，因此喷射管的加工精度必须严格，要保证不漏、不串、不堵，才能保证施工质量。

(4)仪表。主要有记录高压泵的压力和流量，空压机的送风量和压缩空气量的玻璃转子流量计。

发展趋势   20世纪70年代初期，日本最先把高压喷射技术用于地基加固和防水帷幕，形成一种特殊的地基加固技术，称为CCP工法。70年代中期又开发了同时喷射高压浆液和压缩空气的二重管法以及同时喷射高压清水、压缩空气和灌注低压浆液的三重管法。这些方法经过不断改进，已在世界数百项工程中得到应用，包括用于深基坑开挖中的挡土或隔水，盾构工程始端和终端部位的土体加固，旧有房屋、桥梁地基补强和旧有建筑物邻近工程的施工等。使用这项技术的国家有德国、美国、意大利、瑞典和俄罗斯等。

中国于1975年起首先在铁道科学研究院进行了单管法的试验和应用。中国冶金工业部建筑研究院自1977年起开展了三重管喷射注浆法的试验研究，并在上海宝山钢铁总厂工程上应用获得成功。现已在中国建筑、市政、水利各部门广泛使用。