[發(fā)明專利]基于圓形自由紊動射流理論的高壓旋噴樁直徑確定方法

有效

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• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102373718A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 王志豐;沈水龍;許燁霜
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種建筑工程技術領域的方法，具體是一種高壓旋噴施工技術生成加固體的直徑確定方法。

背景技術

隨著我國基礎建設的不斷發(fā)展，高壓旋噴技術已經(jīng)在地下工程中得到了廣泛的應用，如基坑圍護樁、盾構機進出洞的加固等。高壓旋噴技術是將水力采煤中的高壓水射流技術的原理與化學注漿技術相結合，以高壓水泥漿噴射并沖擊土層，漿液與土粒相互拌和，在地層中經(jīng)化學反應后形成堅固的圓柱狀固結體（該加固體一般稱為旋噴樁）。然而高壓旋噴技術施工設計方面長期存在著一個問題，即關于旋噴樁直徑的準確確定，現(xiàn)有的一些方法大多數(shù)基于工程經(jīng)驗，不確定性較高。考慮到旋噴樁的形成過程，旋噴樁直徑的影響因素可以簡單的分為兩類：1）土質(zhì)條件；2）旋噴施工參數(shù)。關于土質(zhì)條件的影響，可以從土的顆粒級配、相對密度、不排水抗剪強度等方面進行考慮，1984年Miki在其發(fā)表的文章《Technical?progress?of?the?jet?grouting?method?and?its?newest?type》中通過試驗證明旋噴樁直徑隨著土層不排水抗剪強度的增大而減小；1993年Bell在其發(fā)表的文章《Jet?grouting》中總結了一系列現(xiàn)場試驗，并提出了旋噴樁直徑隨著土層顆粒大小的減小而減小。關于旋噴施工參數(shù)對旋噴樁直徑產(chǎn)生的影響，基本都是依據(jù)工程經(jīng)驗，并沒有較為明確的物理意義。然而在旋噴技術設計階段，旋噴樁的直徑又是一個很重要的考慮因素，直接影響地基的處理效果，因此迫切需要一種可以準確確定旋噴樁直徑的方法，這樣就可以更加合理的配置資源，從而給施工設計帶來巨大的便利。

經(jīng)對現(xiàn)有的技術文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Shibazaki在2003年發(fā)表了文章《State?of?practice?of?jet?grouting》，給出了一個經(jīng)驗性的確定方法。由于該方法純粹依靠作者在日本的施工經(jīng)驗，不確定性很高，并且該方法在土性和旋噴施工參數(shù)方面的考慮也不夠全面，因而很難應用到我國的旋噴工程實踐中去。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種高壓旋噴樁直徑的確定方法，通過地質(zhì)調(diào)查的方法確定土層參數(shù)，由此確定土層的臨界破壞速度，并根據(jù)施工參數(shù)確定水泥漿在噴嘴出口處的流速以及水泥漿流速沿噴射距離的衰變系數(shù)，最終準確的確定高壓旋噴樁直徑，從而給高壓旋噴設計施工帶來方便。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，包括以下步驟：

第一步、通過鉆孔取土的方法對需要加固的區(qū)域進行土層劃分，隨后獲取施工現(xiàn)場土樣進行室內(nèi)常規(guī)土工試驗，得到施工現(xiàn)場土層劃分信息和地質(zhì)信息；

所述的獲取施工現(xiàn)場土樣是指：用厚壁取土設備，在施工現(xiàn)場從地面至樁的設計深度的1.5倍取土，用于做室內(nèi)常規(guī)土工試驗，取土量根據(jù)試件量確定，以每層土不少于三個試件為宜；

所述室內(nèi)常規(guī)土工試驗是指：無側(cè)限抗壓強度試驗，含水量測定試驗，密度試驗，粒度分析試驗。其中：

所述的無側(cè)限抗壓強度試驗是指：首先把土樣制成直徑為3.91cm高度為10cm的圓柱狀試件，每層土不少于三個試件為宜，試驗時，將圓柱形試樣放在無側(cè)限壓力儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時試樣所能承受的最大軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度，該試驗過程稱為無側(cè)限抗壓強度試驗。

所述的含水量測定試驗是指：通過烘干土樣得到土樣的含水量。

所述的密度試驗是指：通過環(huán)刀法等密度試驗方法測得各土層的濕密度，并計算相應的重度。

所述的粒度分析試驗是指：采用激光粒度儀對取回的土樣進行粒度分析試驗，得到其顆粒組成，并制成顆粒粒徑分布圖。

第二步、確定土層特征破壞速度和臨界破壞速度。

所述土層的破壞速度是指：水泥漿使土層發(fā)生破壞所具有的速度。

所述土層特征破壞速度是指：當土層無側(cè)限抗壓強度等于一個標準大氣壓時的土層的破壞速度，土層特征破壞速度滿足公式：，

其中：是土層特征破壞速度，M_c是土層的細顆粒含量(<75μm)，可以由第一步制成的顆粒粒徑分布圖讀出。

所述土層臨界破壞速度是指：水泥漿使土層發(fā)生破壞所具有的最小速度，土層臨界破壞速度滿足公式：，