高压旋喷灌浆施工方案.pdf

筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 1 高压喷射灌浆高压喷射灌浆 第一节 概 述 高压喷射灌浆技术是通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高速射流（水、浆液或 空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌 注的水泥浆或其它浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而 构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构筑物，以满足工 程需要的一种技术措施。 高压喷射灌浆于二十世纪六十年代首创于日本。七十年代初，我国铁路、煤炭、水 电及冶金系统相继引进，开始研究和应用高压喷射灌浆技术，目前已广泛地应用于各种 建筑物地基的加固工程中。八十年代初，我国水利系统于将此项技术应用于山东**河土 坝防渗并取得良好效果。 本章主要阐述高喷灌浆防渗工程的有关技术问题。 1 高喷灌浆的适用范围 1 高喷灌浆的适用范围 高压喷射灌浆防渗和加固技术适用于软弱土层，如第四纪的冲（淤）积层、残积层 以及人工填土等（图 3-1-1） 。我国的实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥等地层均 能进行喷射加固，效果较好。对粒径过大的含量过多的砾卵石以及有大量纤维质的腐殖 土地层，一般应通过现场试验确定施工方法。对含有较多漂石或块石的地层，应慎重使 用。 对于地下水流速过大喷射浆液无法在喷射管周围凝固、无填充物的岩溶地段、永冻 土和对水泥有严重腐蚀的地基，不宜采用高压喷射灌浆。 在水利水电建设中，高喷灌浆广泛应用于低水头土石坝坝基、堤防、临时围堰的防 渗，边坡挡土，基础防冲，地下工程缺陷的修补等工程。 2 高喷灌浆的方法 2 高喷灌浆的方法 高压喷射灌浆方法常用的有单管、两管、三管三种，多管法国内尚少应用。 单管高喷灌浆的工艺流程如图 3-1-2 所示。 单管法是用高压泥浆泵以 2025MPa 或更高的压力，从喷嘴中喷射出水泥浆液射流， 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 2 100 20 5.0 2.0 0.5 0.25 0.1 0.05 0.005 0.001 60 300 冲击破坏土体，同时提升或旋转喷射管，使浆液与被剥落下来的土石颗粒掺搅混合，经 一定时间后凝固，在土中形成凝结体。这种方法形成凝结体的范围（桩径或延伸长度） 较小。一般桩径为 0.50.9m，板状凝结体的延伸长度可达 12m。加固质量较好，施工速 度较快，成本较低。 粗粒组 细粒组 砾 砂粒 分类 浆材名称 卵石 碎石 粗 中 细 粗 中 细 极 细 粉 粒 粘 粒 旋 喷 纯水泥浆 摆 喷 纯水泥浆 高压 喷射 定 喷 纯水泥浆 粒径（mm） 图 3-1-1 高喷灌浆对地层的适应范围示意图 图 3-1-1 高喷灌浆对地层的适应范围示意图 图 3-1-2 单管旋喷法施工工艺流程图 3-1-2 单管旋喷法施工工艺流程 （a）钻机就位钻孔； （b）钻孔至设计标高； （c）旋喷开始； （d）边旋喷边提升； （e）旋喷结束成桩； 1钻孔机械；2高压泥浆泵；3高压胶管 二管法是用高压泥浆泵产生 2025MPa 或更高压力的浆液，用压缩空气机产生 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 3 0.70.8MPa 压力的压缩空气，浆液和压缩空气通过具有两个通道的喷射管，在喷射管底 部侧面的同轴双重喷嘴中同时喷射出高压浆液和空气两种射流，冲击破坏土体，在高压 浆液射流和它外围环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量比单管法显著增大，喷嘴一 边喷射一边旋转和提升，最后在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，其直径达 80150cm。除上述情况外，二管法也有采用高压水和低压浆液两种介质的。二管法使用 的喷射管初期都是一种同轴的双重钢管，内管内输浆，内管和外管之间的环形通道输气， 故又称为二重管法，至今工业民用建筑行业仍沿用此名。 三管法是使用能输送水、气、浆的三个通道的喷射管，从内喷嘴中喷射出压力为 3040MPa 或更高的超高压水流，水流周围环绕着从外喷嘴中喷射出的圆管状气流，同轴 喷射的水流与气流冲击破坏土体。由泥浆泵灌注较低压力的水泥浆液进行充填置换。这 种方法的水压力一般很高，在高压水射流和压缩空气的共同作用下，喷射流破坏土体的 有效射程显著增大。喷嘴边旋转喷射边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压 入的浆液进入被破坏的地层进行混合、充填，在地基中形成直径较大、强度较高的旋喷 桩凝结体，起到防渗或加固地基的作用。其直径一般有 1.02.0m，较二管法大，较单管 法要大 12 倍。 新三管法是先用高压水和气冲击切割地层土体，然后再用较高压力的水泥浆对土体 进行二次切割和喷入。水、气喷嘴和浆、气喷嘴铅直间距约 0.5～0.6m。由于水的粘滞性 小，易于进入较小空隙中产生水楔劈裂效应，对于冲切置换细颗粒有较好的作用。高压 浆液射流对地层二次喷射不仅增大了喷射半径，使浆液均匀注入被破坏的地层，而且由 于浆、气喷嘴和水、气喷嘴间距较大，水对浆液的稀释作用减小，使实际灌入的浆量增 多，提高了凝结体的结石率和强度。该法高喷质量优于三管法，适用于含较多密实性充 填物的大粒径地层。 近几年，在上述几种基本的喷射灌浆工法的基础上，日本、意大利等国又先后开发 出了具有大直径的 MMM 工法、交叉射流工法、多管（九管）工法以及改变技术参 数的工法。它们各有特色，但多处于初始阶段。 根据喷射介质不同，高压喷射灌浆又可分为单介质喷射、双介质喷射及多介质喷射 等类别。后两种在国内尚少应用。 第二节 高喷凝结体和高喷墙 第二节 高喷凝结体和高喷墙 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 4 1 高喷凝结体的形状1 高喷凝结体的形状 高喷凝结体的形状与喷射形式有关。一般喷射形式有旋转喷射（旋） 、摆动喷射（摆） 和定向喷射（定）三种。旋转喷射时，喷嘴一面提升、一面旋转，形成柱状凝结体。摆 动喷射时，喷嘴一面提升、一面摆动，形成似亚铃状凝结体。定向喷射时，喷嘴一面提 升、一面定向喷射，形成板状凝结体。三种凝结体如图 3-2-1 所示。图中延伸长度 A 是 喷射中心至凝结体边缘的最大长度。有效长度 B 是喷射中心至凝结体的均匀连续长度。 在相同地质条件下不同水压力和水量形成凝结体的延伸长度和有效长度见表 3-2-1。在不 同地层中定喷时形成的墙厚范围见表 3-2-2。 表 3-2-1 三管法高喷凝结体的尺寸 压力（MPa） 15～20 20～30 30～40 水量（L/min） 90～120 75～100 75～100 A 35～100 75～150 110～180 旋喷 B 30～90 60～120 90～150 A 60～180 130～220 190～310 摆喷 B 50～150 100～205 150～250 A 87～280 185～380 270～450 凝结体 尺寸 （cm） 定喷 B 75～230 150～300 220～370 注此表一般适用标贯击数 N 值为 10 以下的黏性土、砂类土。 表 3-2-2 不同土层中高喷墙的厚度 喷嘴直径（mm） 2 3 墙厚（cm） 47 69 黏土层 渗透凝结层厚（cm） 0 0 墙厚（cm） 69 812 砂层 渗透凝结层厚（cm） 27 27 墙厚（cm） 1015 1230 砂砾石层 渗透凝结层厚（cm） 750 750 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 5 图 3-2-1 高喷凝结体的形式 （a）旋喷体（桩） （b）摆喷体（薄墙） （c）定喷体（薄墙） A 延伸长度；B有效长度 （略） 图 3-2-2 高喷凝结体结构 （a）旋喷， （b）摆喷， （c）定喷 1渗透凝结层（粘性土中无此层） ；2挤压层；3搅拌混合层；4浆液主体层 定向喷射是喷射流固定在一定方向的喷射，能量集中，自下而上切割地层，形成一 条沟槽，射流使较大颗粒挤压在沟槽周边，沟槽内充填着浆液和土中的细颗粒料，形成 了均质板状凝结体。板状凝结体通常用于坝基防渗，改善地基土体的渗透性质和稳定边 坡工程等。旋转喷射时，有自下而上和旋转的双重作用，除对地层切割剥蚀、升扬置换、 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 6 强制掺搅、凝结硬化、充填挤压、移动包裹外，还有旋转的离心力搅拌作用，柱状凝结 体在横断面上的土粒按粒径大小排列，小粒在中间，大粒多集中在外侧，形成了浆液主 体层、搅拌混合层、挤压层和渗透凝结层。柱状凝结体主要用于加固地基，提高地基强 度，改善变形性质，不致产生破坏变形或过大变形；也可用作组合闭合帷幕，用以截阻 地下水流。摆动喷射的凝结体介于定喷与旋喷之间，如图 3-2-2 所示。 2 高喷凝结体的特性 2 高喷凝结体的特性 高喷凝结体的物理力学性质取决于工艺参数、灌浆材料及地层组成条件。纯水泥浆 在砂砾石层中喷射，经升扬置换和搅拌混合成水泥砂浆凝结体，而在黏土层中的凝结体 的性状相当于水泥土。高压喷射灌浆凝结体的组成不均匀，定喷凝结体结构中板体层、 浆皮层、渗透凝结层的性质指标如表 3-2-3。一般凝结体的各项特性如下述。 表 3-2-3 定喷凝结体的性质指标值范围 部位 喷射材料 水泥成分 百分数（） 抗压强度 （MPa） 渗透系数 （cm/s） 弹性模量 （MPa） 水泥浆 30～60 10～20 10-6～10-7 102～104 主体层 黏土水泥浆 20～30 3～5 10-6～10-8 102～103 水泥浆 60～80 15～25 10-5～10-6 103～104 搅拌和 挤压层 黏土水泥浆 30～40 5～10 10-5～10-7 102～103 水泥浆 20～10 1～3 10-4～10-5 102～103 渗透凝结层 黏土水泥浆 10～20 0.5～1 10-4～10-6 102～103 注黏土水泥浆中水泥占 50。 （1）抗冻和抗干湿循环 凝结体抗冻和抗干湿循环在-20C 条件下是稳定的。因此在冻结温度不低于-20C 条件下，高喷凝结体可用于永久性工程。 （2）渗透系数 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 7 喷射凝结体的渗透系数可达 10-610-7cm/s，具有良好的防渗性能。 （3）凝结体直径 旋喷凝结体直径的大小与土的种类和密实程度有较密切的关系。旋喷灌浆凝结体直 径见表 3-2-4。单管法旋喷灌浆凝结体直径 0.50.9m，三管法旋喷灌浆凝结体直径达 0.81.5m，两管法旋喷灌浆凝结体直径介于二者之间。 表 3-2-4 旋喷灌浆凝结体的直径 单管法 两管法 三管法 0N10 1.20.2 1.60.3 2.50.3 11N20 0.80.2 1.20.2 1.80.3 粘性土 21N30 0.60.2 0.80.2 1.00.3 0N10 1.00.2 1.40.2 2.00.3 11N20 0.80.2 1.20.3 1.50.3 砂性土 21N30 0.60.2 1.00.3 1.20.3 砂砾 20N30 0.60.2 1.00.3 1.20.3 注N 为土层的标准贯入击数；定喷凝结体的延伸长度约为旋喷体长度的 2 倍。 （4）凝结体形状 在均质土中，旋喷的圆柱体比较均称。在非均质或有裂隙土中，旋喷的圆柱体不均 称，甚至在圆柱体旁凸出翼片。由于喷射流脉动和提升速度不均匀，固结体的外表很粗 糙，三管法旋喷凝结体受水、气流影响，在黏砂土中外表格外粗糙。凝结体的形状可以 通过改变喷射方法、喷射参数来控制，大致可喷成均匀圆柱状、非均匀圆柱状、圆盘状、 板墙状及扇形状。 在深度大的土层中，因受地层密实度和喷射压力阻减的影响，如果不采用其他的措 施，旋喷圆柱固结体可能出现上粗下细似胡萝卜的形状。 （5）凝结体密度 凝结体内部含土粒较少并有一定数量的气泡，因此凝结体的重量较轻，小于或接近 方 法 旋 喷 体 直 径 （ m ） 土 质 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 8 喷 类 种 注 质 性 体 结 固 于原状土的密度。黏性土高喷凝结体比原状土密度小约 10％，但砂类土凝结体密度可能 比原状土大 10左右。 （6）凝结体强度 土体经过喷射灌浆后，土粒重新排列，水泥等浆液含量大。一般外侧土颗粒直径大 些，数量也多些，浆液成分多。因此在横断面上中心强度低，外侧强度高，与土交换的 边缘处有一层坚硬的外壳。 影响凝结体强度的主要因素是土质和旋喷灌浆材料。有时使用同一浆材配方，软黏 土中凝结体强度成倍地小于砂土中凝结体强度。 高喷凝结体弹性模量较低。喷射水泥浆形成凝结体的弹性模量为 1000MPa，喷射黏 土水泥浆凝结体一般远小于 1000MPa，具有较高的变形适应性。通常黏土和水泥的重量 比为 1∶1 时，黏土水泥浆凝结体的抗压强度仍不低于 35MPa。 凝结体的抗拉强度较低，一般是抗压强度的 1/51/10。 （7）单桩承载力 旋喷柱状凝结体有较高的强度，外形凸凹不平，因此具有较大的承载力。一般固结 土直径愈大，承载力愈高。 高压喷射灌浆固结体力学性质见表 3-2-5。 表 3-2-5 高喷凝结体性质一览表 单管法 两管法 三管法 单桩垂直极限荷载（kN） 500600 10001200 2000 单桩水平极限荷载（kN） 3040 最大抗压强度（MPa） 砂类土 1020,黏性土 510,黄土 510,砂砾 820 平均抗压强度/最大抗压强度 1/51/10 弹性模量（MPa） n103（1≤n＜10 ） 干密度（g/㎝ 3） 砂类土 1.62.0 粘性土 1.41.5 黄土 1.31.5 渗透系数（㎝/s） 砂类土 10-510-6 粘性土 10-610-7 砂砾 10-510-7 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 9 粘聚力（MPa） 砂类土 0.4～0.5,黏性土 0.7～1.0 内摩檫角（） 砂类土 30～40,黏性土 20～30 标贯击数 砂类土 30～50,黏性土 20～30 P 波 砂类土 2.0～3.0,黏性土 1.5～2.0 弹性波 km/s S 波 砂类土 1.0～1.5,黏性土 0.8～1.0 3 高喷防渗板墙的主要结构型式 3 高喷防渗板墙的主要结构型式 高压喷射灌浆防渗墙几种典型的结构布置型式如图 3-2-3 所示， 在实际工程中 b、 c、 d 三种形式也都有双排或多排布置的。 各工程应依据具体情况和地质条件， 进行技术经济 比较确定。通常应注意 a b c d 图 3-2-3 高喷灌浆板墙典型结构型式 （a）单排或多排旋喷套接 （b）旋摆、旋定结合 （c）摆喷对接、折接 （d）定喷折接 （1）定喷和小角度摆喷适用于粉土和砂土地层。 （2）承受水头较小的或水头虽较大但历时短暂的工程，可采用小角度摆喷或定喷折 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 10 接型式。 （3）在卵（碎）砾石地层中，深度小于 25m 时，可采用摆喷对接或折接型式。摆喷 对接时，摆角不宜小于 60,摆喷折接时，摆角不宜小于 30。深度大于 25m 时，可采用 单排旋喷套接、旋摆结合型式。当深度超过 35m 时，宜采用两排或三排旋喷套接的型式。 （4）各种结构形式高喷墙的结构参数和特点可参见表 3-2-6。 表 3-2-6 高喷墙的结构参数和特点 表 3-2-6 高喷墙的结构参数和特点 编号 墙体形式 孔距m 厚度cm 特点 a 旋喷套接 0.8～1.4 20～40 单排连接的可靠性差，通常要多排 b 旋摆、旋定搭接 1.4～2.0 ＞10 便于连接，结构稳定性好 c 摆喷对接或折接 1.6～2.2 20～40 便于连接 d 定喷折接 1.6～2.5 10～30 便于连接 4 高喷灌浆工艺参数的选择 4 高喷灌浆工艺参数的选择 施工工艺技术参数的选择直接影响着高压喷射灌浆的质量、工效和造价。 高喷施工工艺技术参数包括水、气、浆的压力及其流量、喷嘴直径大小及数量、喷 射管旋转速度、摆角及摆动频率、提升速度、浆液配比及密度、孔距与板墙的布置形式 等。施工实践表明，要获得较大的防渗加固体，一般应加大泵压，但限于国内机械水平， 常用的喷射水压力为 20～40MPa，最大达 70MPa。 我国目前高喷灌浆常用的工艺参数如表 3-2-7。 高喷灌浆孔的孔距应根据墙体结构型式、墙深、防渗要求和地层条件，综合考虑确 定。 高喷灌浆的工艺参数和钻孔布置初步确定以后，一般宜进行现场试验予以验证和调 整。特别是重要的、地层复杂的或深度较大（≥40m）的高喷灌浆防渗工程，一定要进行 现场试验。高喷灌浆试验可按照下述原则进行 （1）确定有效桩径或喷射范围、施工工艺参数和浆液种类等技术指标时，宜分别采 用不同的技术参数进行单孔高喷灌浆试验。 （2）确定孔距和墙体的防渗性能时，宜分别采用不同的孔距和结构型式进行群孔高 喷灌浆试验。 表 3-2-7 高喷灌浆常用工艺参数 表 3-2-7 高喷灌浆常用工艺参数 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 11 项 目 单管法 两管法 三管法 新三管法 压力MPa 35～40 35～40 流量L/min 70～80 70～100 喷嘴（个） 2 2 水 喷嘴直径（mm） 1.7～1.9 1.7～1.9 压力MPa 0.6～1.2 0.6～1.2 1.0～1.2 流量m3/min 0.8～1.5 0.8～1.5 0.8～1.5 喷嘴（个） 2 2 2 压缩 空气 喷嘴间隙（mm） 1.0～1.5 1.0～1.5 1.0～1.5 压力MPa 22～35 25～40 0.1～1.0 35～40 流量L/min 70～120 75～150 70～80 70～110 密度（g/cm3） 1.4～1.5 1.4～1.5 1.6～1.7 1.4～1.5 喷嘴（出浆口） （个） 2 2 1～2 2 喷嘴直径（mm） 2.0～3.2 2.0～3.2 6～10 2.0～3.2 水泥浆 孔口回浆密度（g/cm3） ≥1.3 ≥1.3 ≥1.2 ≥1.2 粉土 15～25 15～25 10～15 15～30 砂土 15～30 15～30 10～20 15～35 砾石 10～20 10～20 8～15 10～25 提升 速度 V cm/min 卵（碎）石 8～15 8～15 5～10 8～20 旋喷r/min 宜取 V**值的 0.8～1.0 倍 摆喷次/min ＊ 宜取 V**值的 0.8～1.0 倍 粉土、砂土 15～30 旋（摆） 速度 摆角 砾石、卵碎石 30～90 * 摆动一个单程为一次。** 单喷嘴取高限，双喷嘴取低限。 第三节 材料和机具 1 浆液材料 1 浆液材料 高喷灌浆最常用的材料为水泥浆。黏土（膨润土）水泥浆在有时防渗工程中使用。 化学浆液使用很少，国内仅在个别工程中应用过丙凝、脲醛树脂等浆液。 高喷用的水泥应根据灌浆目的和坝堤地基的地质情况而定。一般应采用较高的强度 等级。在地下水有侵蚀性的地方应选用有抗侵蚀性的水泥，以保证防渗板墙或帷幕的耐 久性。 为了提高浆液的流动性和稳定性，改变浆液的凝胶时间或提高凝结体的抗压强度， 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 12 可在水泥浆液中加入外加剂。根据加入的外加剂及注浆目的不同，高喷水泥浆液可分为 以下几种类型。 （1）普通型 普通型浆液一般采用强度等级为 32.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不加任何外 加剂，水灰比一般为 0.611.51，凝结体的抗压强度28d最大可达 20MPa。对于无特殊 要求的工程宜采用普通型浆液。 （2）速凝一早强型 对地下水位较高或要求早期承担荷载的工程，需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺 等速凝早强剂。其用量为水泥用量的 2％～4％。纯水泥浆与土的凝结体的抗压强度1d 为 1MPa，而掺人 2％氯化钙的水泥一土的凝结体的抗压强度为 1.6MPa，掺人 4％氯化钙 后为 2.4MPa。 （3）高强型 凡喷射凝结体的 28d 平均抗压强度在 20MPa 以上的称为高强型。若想提高凝结体的 抗压强度，可以选择强度等级高的水泥，或选择高效能的扩散剂和外加剂组成的复合配 方等，外加剂对凝结体强度的影响见表 3-3-1。 表 3-3-1 外加剂对固结体抗压强度的影响 表 3-3-1 外加剂对固结体抗压强度的影响 主剂 外加剂 抗压强度（MPa） 名称 用量 名称 掺量（） 28d 3 个月 6 个月 1 年 抗折强度 （MPa） NNO 0.5 NR3 0.05 13.59 18.62 22.8 24.68 6.27 NaNO2 1 NF 0.5 42.5 普 通硅酸 盐水泥 100 NR3 0.05 14.14 19.37 27.8 29.0 7.36 （4）抗渗型 在水泥浆中掺人 2％～4％的水玻璃，其凝结体渗透性降低，如表 3-3-2 所示。如工 程以抗渗为目的，最好使用“柔性材料” 。可在水泥浆液中掺人 10％～50％的膨润土占 水泥重量的百分比。此时不宜使用矿渣水泥，如仅有抗渗要求而无抗冻要求者，可使用 火山灰水泥。日本采用的三种抗渗型浆液如表 3-3-3。 表 3-3-2 掺入水玻璃的水泥浆凝结体的渗透系数 表 3-3-2 掺入水玻璃的水泥浆凝结体的渗透系数 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 13 土的类别 水泥品种 水泥含量 水玻璃含量 渗透系数（cm/s） 40 0 2.310-6 细砂 32.5 硅酸盐水泥 40 2 8.510-8 40 0 1.410-6 粗砂 32.5 硅酸盐水泥 40 2 2.110-8 注水玻璃模数 2.4～3.0,浓度 30～45 波美度。 表 3-3-3 日本采用的部分抗渗型浆液 表 3-3-3 日本采用的部分抗渗型浆液 喷射浆液 配比（kg/m3） 使用目的与范围 备注 水泥 760,水 760,添加剂 60 一般地及加固与防渗 水泥 760,水 750,混合剂 11.4 一般地及加固与防渗 一般强度型 水泥浆 早强水泥 980,水 677,混合剂 14.7 承重地及加固与防渗 高强型 水泥黏土浆 水泥十 80,水 693,膨润土 380 添加剂 50,混合剂 14.4 一般地及加固与防渗 低强型 水泥-水玻璃浆 A 液水玻璃 250（L） ，水 250 B 液水泥 200,膨润土 200, 水 365,混合剂 123 地下水大时，地基加固 与防渗 普通水泥浆液可不进行室内试验，其它浆液根据需要进行一些必要的试验，如测定 浆液的密度、含砂量、静切力、粘度、失水量、胶体率或析水率、酸碱度、流散直径、 凝结时间等，详见本书第二章。 2 机具和设备 2 机具和设备 高压喷射灌浆的施工机械设备由普通地质钻机或特种钻机、高压泵等组成。由于喷 射方法不同，所使用的机械设备也不尽相同。表 3-3-4 为不同喷射方法所使用的主要施 工设备表。 2.1 钻孔设备 2.1 钻孔设备 （1）回转式钻机 各种回转式岩芯钻机均可在高压喷射灌浆造孔中应用。 （2）冲击回转钻机（全液压工程钻机） 这种钻机机械化程度高，对地层的适应能力强，尤其在复杂的卵砾石地层造孔工效 较高。国产的机型有 MG-200河北宣化、MGY-100重庆探矿、SM-3000河北三河、 QDG-2北京探矿等，进口的机型有 SM305、SM400、SM505 等。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 14 表 3-3-4 高压喷射灌浆主要施工机具表 设备名称 规 格 单管 两管 法 三管 法 *新三 管法 提升台车 起重 2∼6t，起升高度 15m。深孔或振孔高喷宜用高 架台车或履带吊车式高喷台车 √ √ √ √ 钻机 100m～300m 型地质钻机，跟管钻进钻机等 √ √ √ √ 高压水泵 最大压力 50MPa，流量 75∼100L/min √ √ 超高压泥浆泵，最大压力 60∼80MPa，流量 150∼200 L/min √ √ √ 高压泥浆泵，最大压力 40MPa，流量 70∼110 L/min √ 灌浆泵 灌浆泵，压力 1.0∼3.0MPa，流量 80∼200L/min √ 搅拌机 卧式或立式 √ √ √ √ 空气 压缩机 气压 0.7∼0.8MPa 或 1.0∼1.5MPa，气量 6m 3/min √ √ √ 单管 √ 二重管（二管） √ 喷射管 三重管（三列管） √ √ *新三管法，同时喷射高压水和高压浆。 （3）振动钻机 振动钻机适用于高喷灌浆的钻孔，能穿入覆盖层中的砂类土层、粘性土层、淤泥地 层及砂砾石层。它的重量轻，搬运解体方便，钻孔速度快。国产机型有 ZHX-1 型（辽宁 抚顺） 、70 改进型和 76 型（铁科院） 、XJ100北京探矿等。 2.2 灌浆设备 2.2 灌浆设备 高压喷射灌浆设备是按高压喷射灌浆施工工艺要求，由多种设备组合而成，如图 3-3-1。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 15 图 3-3-1 三管法高压喷射灌浆设备 1三角架；2接卷扬机；3转子流量计；4高压水泵；5空气压缩机；6孔口装置； 7搅灌机；8贮浆池；9回浆泵；10筛；11喷头；12供静压灌浆与钻孔用 （1）搅浆机 搅浆机现常用的有卧式搅浆机和立式搅浆机两种。制浆作业时，将水泥和水等灌浆 材料，按设计配合比，经过料斗送入搅浆筒内。卧式搅浆机搅浆时，灌浆材料从进料端 至出浆端连续受到 10 根搅臂和 8 根定臂的高速搅拌粉碎成浆。浆体由甩浆板通过离心作 用甩至滚动筛中。搅臂的最大线速度达 16m/s。立式搅浆机原理与卧式搅浆机基本相同， 分为上、下两只浆筒，由电动机通过减速器带动搅臂旋转。 （2）灌浆泵 根据高压喷射灌浆的要求，一般压力应大于 0.8MPa，流量大于 80L/min。但单介质 喷射时需用较高压力的高压泥浆泵。 WJG80 型搅灌机是将搅浆机和灌浆机组装在一起的灌浆专用设备。 几种常用的灌浆泵技术性能如表 3-3-5。 （3）水泥上料机 水泥上料机有皮带上料机、气动上料机和螺旋上料机等许多种类，工地上常用的是 螺旋上料机。螺旋上料机是一种不带挠性牵引件的输送装置，它的主要部件是螺旋（搅 龙） ，螺旋体在固定的倾斜输送管（或槽）内旋转，输送水泥至储料罐。易变质的、粘性 大的、易结块的及大块的物料不容易输送。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 16 表 3-3-5 几种常用灌浆泵技术性能表 表 3-3-5 几种常用灌浆泵技术性能表 设备名称、型号 主 要 性 能 生产厂家 BW250/50 型 压力 3～5MPa，排量 150～250L/min，功率 17kW 200/40 型 压力 4MPa，排量 120～200L/min 100/100 型 压力 10MPa，排量 80～100L/min，功率 18kW 通用 灌浆 泵 HB80 型 单缸单作用柱塞泵，压力★ PP-120 型 压力 30～40MPa，排量 50～145L/min，功率 90kW 北京探矿机械厂 SMC-H300 型 压力 10～30MPa，排量 150～750L/min，功率 132.5kW XPB-90 型 最大压力 60MPa，排量 90～160L/min，功率 90kW 天津聚能高压注浆 泵厂 高压 灌浆 泵 GPB-90 型 压力 45MPa，排量 76～119L/min，功率 90kW 天津通洁高压泵公 司 （4）高压水泵和水管 ①高压水泵 高压水泵的一般要求为压力 20～50MPa，流量 50～100L/min。高压喷射灌浆施工中 常用的是 3D2-SZ 系列卧式三柱塞水泵，它的技术规格见表 3-3-6。与其他水泵相比， 3D2-SZ 系列卧式三柱塞水泵的特点为a.柱塞直径较小，为了提高泵量而大大提高了柱 塞往复次数；b.柱塞往复快，因此无吸程，而且必须将吸水管水面提高到泵头以上 2m 左 右；c.柱塞往复快，提高了水流的脉动频率，使喷嘴的水射流更加平稳均衡；d.柱塞承 受压力高，往复快，要求填料（密封材料）质量好、水质清洁无泥沙。 ②高压水管 高压水管一般选用 4 层或 6 层的钢丝缠绕胶管。常用的高压水管内径有 16、19、25、 32mm 四种，工作压力 30～60MPa。爆破压力一般为工作压力的 3 倍。胶管的连接可用卡 口活接头或丝扣压胶管接头。 （5）空气压缩机 两介质和三介质高压喷射灌浆需要压缩空气和主射流（水或水泥浆）同轴喷射，以 提高主射流的效果。高压喷射灌浆常用的 YV 型活塞式普通空气压缩机的技术性能见表 3-3-7。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 17 表 3-3-6 3D2-SZ 高压水泵（速比ⅰ2.917）技术规格 柱塞 直径 流量 输出压力MPa 流量 输出压力MPa mm m 3/h L/min 37kW 45kW 55kW 75kW m 3/h L/min 45kW 55kW 75kW 90kW 22 2.4 40 45 3 50 45 25 3 50 35 45 3.9 65 35 45 26 3.2 54 38 45 51 70 4.2 70 70 28 3.9 65 28 35 42 4.8 80 28 35 48 30 4.5 75 25 30 38 50 5.7 95 25 30 40 50 32 5.1 85 22 26 34 45 6.3 105 22 26 36 45 35 6.1 102 18 22 28 36 7.5 125 18 22 30 36 40 8.1 15 14 17 21 28 10.2 170 14 17 24 28 45 10.2 170 11 13 17 22 12.9 215 11 13 18 22 注柱塞行程 95mm，往复次数 400 次/min。 表 3-3-7 常用空气压缩机技术性能 型号 排气量 m 3/min 排气压力 MPa 排气温度 C 冷却 方式 动力 kW 备注 YV 3/8 3 0.8 ＜180 风冷 电动 22 移动式 YV 3/8 3 0.8 ＜180 风冷 电动 22 YV 6/8 6 0.8 ＜180 风冷 电动 40 移动式 CYV 6/8 6 0.8 ＜180 风冷 柴油 52.9 移动式 ZV 6/8 6 0.8 ＜180 风冷 柴油 29.4 （6）提升、卷扬及旋摆设备 提升、卷扬及旋摆设备包括卷扬机、提升台车、旋摆机构，用于控制喷射流运动， 以形成要求性状的凝结体。 ①卷扬机 卷扬机按速度可分为快速、慢速、手摇三种。快速卷扬机又可分为单筒式和双筒式， 其钢丝绳牵引速度为 20～50m/min，单头牵引力为 4～5kN。慢速卷扬机多为单筒式，钢 丝绳的牵引速度为 7～13m/min，牵引力为 30～300kN。高压喷射灌浆施工中常用的卷扬 机是 JD-041 型、JB-1 型单筒快速卷扬机及 JJW-20 型单筒慢速卷扬机。 ②提升台车 提升台车用于起下喷射管，固定安装卷扬机和旋摆机构。对提升台车的要求是a. 应有足够的承载能力，确保台车稳定性；b.应有合理的高度，移动定位方便准确；c.自 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 18 重轻，便于安装、拆卸和运输。高压喷射灌浆最普遍用的提升台车为四腿塔架型。台车 由底盘、塔腿及天轮组成。底盘上放置四根塔腿、卷扬机及孔口装置。底盘的大小和强 度应根据施工现场和塔腿稳定进行设计，一般架高 18m 时，底盘为 3m5m。台车垂直高 度按一次提升喷射装置而定，一般为 15～20m。超过 20m 时，应加拉杆加强。 ③旋摆机构 旋摆机构是使喷射装置定向、摆动和旋转的设备。通常采用的旋摆装置坐落在台车 底盘上，其结构如图 3-3-2 所示。转盘引用了转盘回转钻机的转盘体，内部为一对伞齿 轮。大伞齿轮是绕转盘体的空心轴空心水平放置而水平自动转动。转盘体上部装置导向 卡和摆臂，转盘的工作转速为 5～10r/min。由偏心轮、拉杆、摆臂组成的机件使转动变 为摆动。摆动角度根据喷射灌浆要求确定，摆角的大小通过摆臂插入偏心轮的不同预制 孔位置而调整。偏心轮上预制孔位置按四连杆机构计算确定，一般按摆角为 10、22、 30、45预制孔位，也可根据工程要求专门配制偏心轮。 （7）喷射装置 喷射装置按射流介质不同可分为单介质（也称单管） 、双介质（也称两管） 、三介质 （也称三管）和多介质喷射装置，由高压水龙头、喷射管及喷头三部分组成。喷头上装 有（高压）喷嘴，喷嘴装在喷头的一侧、两侧或底部，喷嘴型式如图 3-3-3 所示。 图 3-3-2 旋摆机构 1 转动伞齿轮；2摆臂；3拉杆；4偏心轮；5摆动伞齿轮；6减速机； 7旋摆离合器；8电机；9转盘；10导向卡 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 19 图 3-3-3 喷嘴型式 （a）圆柱式； （b）收敛圆锥形； （c）流线形； （d）双喷嘴； （e）三重管喷嘴 ①单管喷射装置 单管喷射装置用以输送一种高压浆液， 使高压浆液在地层中切割掺搅升扬置换土体。 单管水龙头安装在喷射管的顶部，它将高压胶管和旋摆的喷射管连接起来，而将高压浆 液从胶管输送给喷射管、喷头。单介质喷射管一般采用φ50mm 或φ42mm 普通地质钻杆， 每根长 1～3.5m。钻杆的上下连接采用方扣螺纹，螺纹接头处应加铜垫圈，保证有良好的 密封性。用于摆动喷射时，应加配销钉孔，在反摆时用以阻止销钉倒移。单介质喷头装 在钻杆的最下端。喷头的顶端做成平头或圆锥形。平头型喷头结构，如图 3-3-4 所示， 装有合金钢块，以利钻进。此喷头对地层中有个别卵石情况较为方便。圆锥型喷头结构， 如图 3-3-5 所示，端部没有合金块，用 45 号钢加工而成。圆锥型喷头对粘性土或砂类土 等小粒径地层中喷射，较为理想。两种喷头上各装有高压喷嘴两个，喷嘴装在喷头的一 侧或两侧，高压射流可横向射入地层。喷嘴结构如图 3-3-6 所示，其直径一般为 1.6～ 3.5mm。喷射水泥浆的喷嘴一般用硬质合金钢制成（多用 YG8 或 YG11） 。 ②两管喷射装置 两管喷射装置中浆液和压缩空气分别输入喷射管内两根不相通的管道，使压缩空气 从喷头的外环形喷嘴喷出而包围在高压喷浆射流的外侧。两管喷射装置，如图 3-3-7 所 示，也由水龙头、喷射管和喷头三部分组成。两管水龙头由外壳和芯管组成。外壳用 45 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 20 号钢制成，内侧与橡胶管接触部分的光洁度较高。外壳上有两个卡口接头，通过橡胶软 管，分别与高压泥浆泵和空气压缩机连接。喷射时，外壳