一、高壓噴射灌漿技術
高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液），同時鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結構破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體。
固結體的形狀和噴射流的移動方向有關。一般分為旋轉噴射（簡稱旋噴），定向噴射（簡稱定噴）和擺動噴射（簡稱擺噴）。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強度，改善地基土的變形性能，使其在上部結構荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過大的變形。定噴固結體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結體。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。
（一）加固機理
高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動土體，同時用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓水、氣射流卷吸帶入，同時與被攪動土體混合形成固結體。加固地基，形成樁、板、墻的機理可用五種作用來說明：
1.高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結構破壞出現(xiàn)空洞。
2.混合攪拌作用 鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動相反的方向（即阻力小的方向）移動，與漿液攪拌混合后形成固結體。
3.置換作用 三重管高噴法又稱置換法，高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補入。
4.充填、滲透固結作用 高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙，析水固結，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結體。
5.壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。
（二）基本種類
按噴射介質及其管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。
1.單管旋噴法 通過單根管路，利用高壓漿液（20～30MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm.其加固質量好，施工速度快和成本低，但固結體直徑較小。
2.二管旋噴法 在單管法的基礎上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側面有一個同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結體，達80～150cm.
3.三管旋噴法 使用分別輸送水、氣、漿三種介質的三重灌漿管。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周圍加上圓筒狀的空氣射流，進行水、氣同軸噴射，可以減少水射流與周圍介質的摩擦，避免水射流過早霧化，增強水射流的切割能力。噴嘴邊旋轉噴射，邊提升，在地基中形成較大的負壓區(qū)，攜帶同時壓入的漿液充填空隙，就會在地基中形成直徑較大、強度較高的固結體，起到加固地基的作用。
（三）漿液材料
水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類漿液可分為以下幾種類型。
1.普通型漿液 一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.8：1～1.5：1，固結體的抗壓強度（28d）可達1.0～20MPa，適應于無特殊要求的工程。
2.速凝－早強型 適于地下水位較高或要求早期承擔荷載的工程，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結體的抗壓強度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa.
3.高強型 噴射固結體的平均抗壓強度在20MPa以上?？梢赃x擇高標號的水泥，或選擇高效能的擴散劑和無機鹽組成的復合配方等。
在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的，使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤土（占水泥重量的面分比）。此時不宜使用礦渣水泥，如僅有抗?jié)B要求而無抗凍要者，可使用火山灰水泥。
（四）高壓噴射灌漿工藝
噴射范圍應在現(xiàn)場通過試驗確定。高噴固結體的范圍大小與土的種類和其密實程度有較密切的關系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結體大小也不相同。定噴的噴射能量集中，噴射范圍較大，參見表5－6.
表5－6 高壓噴射灌漿固結體的特性
固結體特性
噴灌方法
單管法
二管法
三管法
固 結 體 有 效 直 徑(m)
粘性土
0 1.2±0.2
1.4±0.3
2.0±0.3
10 0.8±0.2
1.1±0.3
1.5±0.3
20 0.6±0.2
0.8±0.3
1.0±0.3
砂 土
0 1.0±0.2
1.6±0.3
2.5±0.3
10 0.8±0.2
1.3±0.3
1.8±0.3
20 0.6±0.2
1.0±0.3
1.2±0.3
礫 砂
20 0.6±0.2
1.0±0.3
1.2±0.3
單向定噴有效長度(m)
1.0～2.5
單樁垂直極限荷載(kN)
500～600
1000～1200
2000
單樁水平極限荷載(kN)
30～40
抗壓強度(MPa)
砂土10～20，粘性土2～6,礫砂8～20
平均抗折強度/平均抗壓強度
1/5～1/10
干土容重(kN/m3)
砂土16～20,粘性土14～15,黃土13～5
滲透系數(shù)(cm/s)
砂土、砂礫10-5～10-7,粘性土10-6～10-7
粘聚力(MPa)
砂土0.4～0.5,粘性土0.7～1.0
內(nèi)摩擦角φ(o)
砂土30～40,粘性土20～30
標準貫入錘擊數(shù)N
砂土30～50,粘性土20～30
彈性波(km/s)
P波
砂土2～3, 粘性土1.5～2.0
S波
砂土1.0～1.5,粘性土0.8～1.0
旋噴粘性土固結強度為0.3～6.0MPa，無粘性土固結強度為4～15MPa.
高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液），同時鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結構破壞，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體。
固結體的形狀和噴射流的移動方向有關。一般分為旋轉噴射（簡稱旋噴），定向噴射（簡稱定噴）和擺動噴射（簡稱擺噴）。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強度，改善地基土的變形性能，使其在上部結構荷載作用下，不至破壞或產(chǎn)生過大的變形。定噴固結體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結體。定噴和擺噴通常用于地基防滲，改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。
（一）加固機理
高噴法如三管高噴法用壓縮空氣包裹高壓噴射水流沖擊破壞攪動土體，同時用低壓灌漿泵灌入漿液，漿液被高壓水、氣射流卷吸帶入，同時與被攪動土體混合形成固結體。加固地基，形成樁、板、墻的機理可用五種作用來說明：
1.高壓噴射流切割破壞土體作用 噴流動壓以脈沖形式?jīng)_擊土體，使土體結構破壞出現(xiàn)空洞。
2.混合攪拌作用 鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒向與噴嘴移動相反的方向（即阻力小的方向）移動，與漿液攪拌混合后形成固結體。
3.置換作用 三重管高噴法又稱置換法，高速水射流切割土體的同時，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補入。
4.充填、滲透固結作用 高壓漿液充填沖開的和原有的土體空隙，析水固結，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結體。
5.壓密作用 高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，使高噴樁體邊緣部分的抗壓強度高于中心部分。
（二）基本種類
按噴射介質及其管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。
1.單管旋噴法 通過單根管路，利用高壓漿液（20～30MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為40～50cm.其加固質量好，施工速度快和成本低，但固結體直徑較小。
2.二管旋噴法 在單管法的基礎上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側面有一個同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結體，達80～150cm.
3.三管旋噴法 使用分別輸送水、氣、漿三種介質的三重灌漿管。高壓水射流和外圍環(huán)繞的氣流同軸噴射沖切破壞土體，在高壓水射流的噴嘴周圍加上圓筒狀的空氣射流，進行水、氣同軸噴射，可以減少水射流與周圍介質的摩擦，避免水射流過早霧化，增強水射流的切割能力。噴嘴邊旋轉噴射，邊提升，在地基中形成較大的負壓區(qū)，攜帶同時壓入的漿液充填空隙，就會在地基中形成直徑較大、強度較高的固結體，起到加固地基的作用。
（三）漿液材料
水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類漿液可分為以下幾種類型。
1.普通型漿液 一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.8：1～1.5：1，固結體的抗壓強度（28d）可達1.0～20MPa，適應于無特殊要求的工程。
2.速凝－早強型 適于地下水位較高或要求早期承擔荷載的工程，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結體的抗壓強度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa.
3.高強型 噴射固結體的平均抗壓強度在20MPa以上?？梢赃x擇高標號的水泥，或選擇高效能的擴散劑和無機鹽組成的復合配方等。
在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的，使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤土（占水泥重量的面分比）。此時不宜使用礦渣水泥，如僅有抗?jié)B要求而無抗凍要者，可使用火山灰水泥。
（四）高壓噴射灌漿工藝
噴射范圍應在現(xiàn)場通過試驗確定。高噴固結體的范圍大小與土的種類和其密實程度有較密切的關系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結體大小也不相同。定噴的噴射能量集中，噴射范圍較大，參見表5－6.
表5－6 高壓噴射灌漿固結體的特性
固結體特性
噴灌方法
單管法
二管法
三管法
固 結 體 有 效 直 徑(m)
粘性土
0
1.4±0.3
2.0±0.3
10
1.1±0.3
1.5±0.3
20
0.8±0.3
1.0±0.3
砂 土
0
1.6±0.3
2.5±0.3
10
1.3±0.3
1.8±0.3
20
1.0±0.3
1.2±0.3
礫 砂
20
1.0±0.3
1.2±0.3
單向定噴有效長度(m)
1.0～2.5
單樁垂直極限荷載(kN)
500～600
1000～1200
2000
單樁水平極限荷載(kN)
30～40
抗壓強度(MPa)
砂土10～20，粘性土2～6,礫砂8～20
平均抗折強度/平均抗壓強度
1/5～1/10
干土容重(kN/m3)
砂土16～20,粘性土14～15,黃土13～5
滲透系數(shù)(cm/s)
砂土、砂礫10-5～10-7,粘性土10-6～10-7
粘聚力(MPa)
砂土0.4～0.5,粘性土0.7～1.0
內(nèi)摩擦角φ(o)
砂土30～40,粘性土20～30
標準貫入錘擊數(shù)N
砂土30～50,粘性土20～30
彈性波(km/s)
P波
砂土2～3, 粘性土1.5～2.0
S波
砂土1.0～1.5,粘性土0.8～1.0
旋噴粘性土固結強度為0.3～6.0MPa，無粘性土固結強度為4～15MPa.