12振冲与旋喷

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、,振冲,碎石桩,振冲碎石桩,是用起重机悬吊振冲器，启动振冲器的潜水电机带动偏心块转动，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在地基中形成圆孔，然后填入碎石，并进行捣实达到要求的密实度，从而在地基中形成一根密实的桩体。若干根碎石桩,与地基土组成复合地基。,1,1,、振冲法施工配套机械,2,2,、振冲碎石桩施工工序,3,3,、振冲法加固地基的机理,（一）对于松散砂性土是挤密和桩体作用,砂性土属于单粒结构。可分为疏松和密实两种极端状态。,密实的单粒结构，,其颗粒结构的排列已接近稳定的位置，在动力和静力作用下不再产生大的沉降，是理想的天然地基。,疏松的单粒结构,，颗粒间孔隙大，颗粒位置不稳定，在动力和静力作用下很容易位移，因而会产生较大的沉降，特别是在振动力作用下更为显著，体积可减少,20,。,4,对砂性土地基，振冲器的振动力在饱和砂土中传播振动加速度，因此在振冲器周围一定范围内的砂土产生了振动液化。液化后的土颗粒在重力、上覆土压力以及填料的挤压力作用下重新排列，使孔隙减小而成为较为密实的砂土地基。因此，密实后的土地基承载力和变形模量得到了提高。,由于砂土预先经历了人工振动液化，预震效应使砂土提高了抗震能力，而且制成的碎石桩构成良好的排水通道，降低了今后发生地震时该场地的超孔隙水压力。这也是提高砂土地基抗震能力的一个主要原因。,5,二）粘性土,对粘性上地基（特别是饱和软土,),由于土的粘粒含量高，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。,振冲法施工时，通过振动器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆水排出孔外，形成略大于振冲器直径的孔，再向孔中灌入碎石料，并在振冲器的侧向力作用下，将碎石挤入周围孔中，形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。,由于碎石桩（或砂桩）的刚度比桩周粘性土的刚度大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分布。因此，大部分荷载将由碎石桩（或砂桩）承担，桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为桩土应力比，一般为,2,4,。,6,4,、碎石桩复合地基承载力计算,7,等效影响圆直径 三角形 正方形 长方形,8,根据地基土的承载力计算复合地基承载力,S-,十字板剪切强度,9,经验法估算承载力,:,对于中小型工程可根据天然土的土质条件,施工特点并按同类土质中工程实例来确定碎石桩的承载力,:,软粘土 一般粘性土 可加密粉质粘土,30kw 300400 kp 400500 kp 500700kp,70kw 400500 kp 500600kp 600900kp,10,碎石桩承载力与密实度的关系,:,密实度,N,内摩擦角 模量 承载力,63.5 (100kp) (100kp),很松散 ,4 30 35 1.2,松散,47 3033 3560 1.22.0,中等,710 3338 6090 2.03.0,密实,1017 3845 90150 3.05.0,很密实 ,17 45 150 5.0,11,5,、振冲碎石桩设计与计算,(,一）设计步骤,1,）对地基土的,物理力学性质,与指标进行分析，尤其是查明淤泥或淤泥质粘士的厚度变化。,2,）编制综合,剖面图,，确定加固层的厚度、深度及力学指标；编制淤泥平面分布或等厚线图，为确定桩长、合理布桩提供基础资料。,3,）对上部结构特征、,荷载分布,进行分析,12,4,）确定桩长。,5,）根据建筑物基础对加固土层的强度与变形要求，按有关公式试算复合地基,承载力,标准值及压缩模量预估值，从而确定碎石桩的直径、桩间距、置换率、布桩方式、加固范围、加固效果，形成初步加固方案。,6,）按照初步方案，结合地基条件、机械条件、场地条件进行,试桩,。试桩组数不少于两组,6,根。根据试桩的结果对初步方案进行修改调整，最终确定施工方案。,13,（二）设计原则,（,1,）,加固范围,（处理范围）应根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘宜扩大,l,2,排桩；对可液化地基，在基础外缘应扩大,2,4,排桩。,（,2,）,布桩方式,（桩位布置）对大面积满堂处理，宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础（如油罐基础），宜用放射形布置。,14,（,3,）,桩长的确定,当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形允许值确定；对按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面的深度；在可液化的地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定；桩长不宜短于,4m,。,（,4,）,桩的直径,桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。如采用,30kw,振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为,0.7,1.0m,。也可按每根桩所用的填料量计算，常为,0.81.2m,。,15,（,5,）,桩间距,应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定，可取为,1.5,2.5m,。荷载大或原土强度低时直取较小的间距；反之，直取较大的间距。对桩端未达相对硬层的短桩，应取小间距,。,16,6,振冲碎石桩施工工艺,1,）主要机具：振冲器、起吊机械、水泵、,泥浆泵、填料机械、电动控制系统,2,）桩身材料,2050mm,碎石,3,）工艺参数,f=1450,次,/,分,加速度,13KW,的,4.5m/ss,30KW,的,9.9m/ss,55KW,的,11m/ss,17,7,工艺要点：,1),要有足够的压力水，保证孔端喷出水压,400600KPa,水量,2030,立方,/,小时,2,）加固深度为,10m,时，保证输送料量为,46,立方,/,小时,3,）密实电流应超过空振电流,3545A,4,）保证一定的留振时间，每提升,0.30.5m,留振,30s,18,8,质量检验,1),单桩荷载试验,2),桩间土原位试验,3),单桩复合地基试验和多桩复合地基试验,19,二、高压喷射注浆法,(,属柔性桩类，水泥土搅拌桩,),高压喷射注浆法是把注浆管放入,(,或钻入,),预定深度后，通过地面的高压设备使安装在注浆管上的喷嘴喷出,20,40MPa,的高压射流，冲击切割地基土体，与此同时，注入的浆液与冲切下的土体强制混合。待凝结后，在土中形成具有一定强度的固结体，以达到加固改良土体的目的。,20,工法示意图,21,喷射方式,旋喷,成桩，定喷,成板摆喷,成墙,22,23,24,（一）高压旋喷加固地基机理,1,、高压射流对土体的冲切作用,高压喷射注浆是通过高压发生装置，使液流获得巨大能量后，经过注浆管道从一定形状和孔径的喷嘴中以很高的速度喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接冲击切割土体。（包括动压、射流脉动、水锤冲击力、空穴现象、水契效应等）,浆液与土搅拌混合，在土中凝固成为一个具有特殊结构的固结体，从而使地基得到加固。,25,2,水泥与土的固结机理,水泥与水拌合后，首先产生硅酸三钙水化物和氢氧化物，它们可溶于水中，但溶解度不高，很快就达到饱和，这种化学反应连续不断地进行，就析出一种胶质物体。,随后,:,26,1,）胶凝体增大并吸收水分，凝固加速，使水泥进入初凝状态,.,2,）与此同时产生结晶体,(,不溶于水的铝酸钙，硅酸钙,),结晶体与胶凝体相互包围渗透并达到一种稳定状态，这就是硬化的开始。,3,）水化作用继续深人到水泥微粒内部，使未水化部分再参加以上的化学反应，直到完全没有水分以及胶质凝固和结晶充盈为止。但无论水化时间持续多久，很难将水泥微粒内核全部水化完了，所以水化过程是一个长久的过程。,27,3,、固结体的结构,高压喷射流在地基中把土切割破坏，其加固范围就是喷射距离加渗透部分。在喷射动压力、离心力和重力的共同作用下，在横断面上土粒质量大小有规律地排列起来，小颗粒在中心部位居多，大颗粒都在外侧和边缘部分，形成了浆液主体、搅拌混合、压缩和渗透等部分，经过一定时间便凝固成强度较高、渗透系数较小的固结体。随着土质的不同，横断面结构也多少有些不同。由于旋喷体不是等颗粒的单体结构，固结质量也不均匀，通常是中心部分强度低，边缘部分强度高。,定喷时，高压喷射注浆的喷嘴不旋转，只作水平的固定方向喷射，随钻具向上提升，在土中冲成一条沟槽，同时浆液充填槽中，最后形成一个板状固结体。固结体在砂性土中有一部分渗透层，而粘性土却无这一部分渗透层。,28,29,30,（二）工艺类型,单,(,重,),管（,CCP,工法）,喷浆压力,20,40MPa,31,单射流虽然具有巨大的能量，但由于压力在土中急剧衰减，因此破坏土的有效射程较短，致使旋喷固结体的直径较小。,当在喷嘴出口的高压水喷流的周围加上圆筒状空气射流进行水、气同轴喷射时，空气流使水或浆的高压喷射流从破坏的土体上将土粒迅速吹散，使高压喷射流的喷射破坏条件得到改善，阻力大大减少，能量消耗降低，因而增大了高压喷射流的破坏能力，形成的旋喷固结体的直径较大,。,32,双,(,重,),管（,JSG,工法）,在高压浆流外圈采用环绕气流进行聚能，使喷射浆液对土体的作用半径增大，即最终形成的桩体增大。通常，浆液压力为,20MPa,，气体压力为,0.7MPa,三,(,重,),管（,CJP,工法）,采用高压气体环绕高压水进行同轴喷射，冲切土体。水压,29MPa,，气压,0.7MPa,，浆液压力为,2,5MPa,33,34,35,（三）加固效果,1,、固结体尺寸,影响固结体尺寸因素：,a,）土层的类别与密实度（见表）,b,）喷射方式 双重管,=1.3,1.5,倍单喷,三重管,=1.5,2.0,倍单喷,在粘性土中复喷一次可使直径加大,38%,，,在 砂性土中可加大,50%,。,c,）喷射技术参数（喷咀直径、喷射压力、,提升 速度与旋转速度）,d,）喷射出口处地层静水压力的影响,36,土层类别与密实度对固结体尺寸的影响,37,喷嘴直径与定喷板厚的关系,喷嘴直径 定喷板厚,(cm),(mm),粘土 砂土 砂砾,2 47 69 1015,3 69 812 1220,38,喷射距离与喷嘴直径的关系,39,旋转速度与固结体直径的关系,1-N=10,的砂土,2-N=3,的粘土,40,固结体直径与提升速度的关系,41,静水压力与喷射距离的关系,42,2,、固结体的强度：,(Mpa),单 双 三,砂土,3-7 4-10 5-15,粘土,1.5-5 1.5-5 1-5,43,（四）旋喷桩复合地基承载力,其中,或,承载力折减系数,0.20.6,水泥土强度折减系数,0.350.50,44,（五）应用,1,、适用条件：,1,）适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、 黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基,2,）对含有砾石直径过大过多、含大量植物根茎的腐殖土以及地层有地下水径流、永久冻土和无填充物的岩溶地段不宜采用。,2,、应用,1,）地基处理、提高地基强度，减少不均匀沉降,2,）挡土、止水,3,）基坑底部加固、防止管涌与隆起,4,）坝体加固与防渗止水帷幕。,45,防渗止水帷幕的常用形式：,1,）柱列型,2,）柱墙型,3,）定喷与摆喷,4,）复合型（桩,+,旋喷）,46,47,常用的水泥浆液,1,）普通型：,325,、,425#,水灰比,1:1 1.5:1,2,）速凝早强型：,+,氯化钙,+,水玻璃,用于有地下水或要求早强度,3,）高强型 ：,525#,固结体的强度大于,20mpa,4,）填充型 ：,+,粉煤灰、矿渣,5,）抗冻型：,+,沸石粉,1020%,6,）抗渗型 ：,+,水玻璃,48,END,49,