一种快速确定单管旋喷工法成桩直径的方法

摘要

本发明公开一种快速确定单管旋喷工法成桩直径的方法，该方法首先通过钻孔取样和室内试验的方法确定土性参数，然后根据单管法旋喷施工设计方案确定所需施工参数和高速水泥浆射流的破坏能量，最终根据高速水泥浆射流的破坏能量和土体不排水抗剪强度快速准确地确定成桩直径，从而给单管法旋喷设计施工带来便利。本发明依托于能量原理，综合考虑了土体强度和单管法旋喷施工参数对成桩直径的影响影响，避免了传统方法中的计算参数繁多和计算过程复杂的情况。本发明在实际应用中，对传统的方法优势主要是可以快速确定单管旋喷工法的成桩直径，并且结果准确。本发明适用于单管法旋喷施工设计中确定成桩直径的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种快速确定单管旋喷工法成桩直径的方法。

背景技术

随着我国基础建设的不断发展，高压旋喷技术已经在地基处理领域得到了广泛的应用，如软土地基加固、隧道进洞口的加固等。单管旋喷工法作为高压旋喷技术的一种基本工法，以旋转的喷头喷出高速水泥浆射流切削土体，然后水泥浆与切削下来的部分土体混合形成水泥土混合物，经过一段时间的固化之后，形成高压旋喷桩。然而，由于高压旋喷成桩过程是一个极其复杂的过程，因而成桩直径的预测一直是单管旋喷工法设计阶段的一个难题。

现有的成桩直径计算方法大致可以分为两类：(1)经验公式法，与(2)半经验半理论方法。经验公式法基于旋喷试验(包括现场试验和室内试验)，这类方法较为直观，然而没有明确的物理意义，并且考虑的影响因素也不够全面，因而不确定性较大，在一种地层中适用，但在另一种地层中可能不适用。半经验半理论方法基于紊动射流理论，这类方法有一定的理论基础，可以较好地解释一些施工中的现象，然而计算过程非常复杂，实际应用起来较为困难。因此，急需一种快速确定单管旋喷工法成桩直径的方法，为高压旋喷施工设计提供便利。

经对现有的技术文献检索发现，王志丰等提供了一种基于自由紊动射流理论的旋喷桩直接确定方法(ZL201110314616.2)，方法分别考虑了土质条件和旋喷施工参数对成桩直径的影响，然而由于该方法使用参数繁多，计算过程复杂，实际应用起来较为困难。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种快速确定单管旋喷工法成桩直径的方法，通过钻孔取样和室内试验的方法确定土性参数，并根据施工参数确定高速水泥浆射流的破坏能量，然后快速确定高压旋喷桩直径，从而给高压旋喷设计施工带来方便。

[本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步、通过钻孔取土的方法对需要加固的区域进行土层划分，随后获取施工现场土样进行室内无侧限抗压强度试验，并确定土体不排水抗剪强度；

所述的获取施工现场土样是指：用厚壁取土设备，在施工现场从地面至桩的设计深度的1.2倍取土，用于做室内无侧限抗压强度试验，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件为宜；

所述的无侧限抗压强度试验是指：首先把土样制成直径为3.91cm高度为10cm的圆柱状试件，每层土不少于三个试件为宜，试验时，将圆柱形试样放在无侧限压力仪中，在不加任何侧向压力的情况下施加垂直压力，直到使试件剪切破坏为止，剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，该试验过程称为无侧限抗压强度试验。

所述土体不排水抗剪强度满足公式：

c_u=q_u/2

其中： c_u是土体不排水抗剪强度，q_u是土体无侧限抗压强度。

第二步、确定单管旋喷工法施工参数和高速水泥浆射流的破坏能量。

 所述的单管旋喷工法施工参数是指：水泥浆的喷射流量、水泥浆的喷射压力和钻喷杆的提升速度。

所述的水泥浆的喷射流量：通过施工设计方案可以得到。

所述的水泥浆的喷射压力：通过施工设计方案可以得到。

所述的钻喷杆的提升速度：通过施工设计方案可以得到。

所述的高速水泥浆射流的破坏能量满足公式：

E=PQ/v

其中：E是高速水泥浆射流的破坏能量， P是水泥浆的喷射压力，Q是水泥浆的喷射流量，v是钻喷杆的提升速度。

第三步、确定单管旋喷工法成桩直径。

所述单管旋喷工法成桩直径满足公式：

Dc=                                                

其中：D_c是单管旋喷工法成桩直径，k是经验系数，一般取值0.06，E是高速水泥浆射流的破坏能量，c_u是土体不排水抗剪强度。

[本发明依托于能量原理，综合考虑了土体强度和单管法旋喷施工参数对成桩直径的影响影响，避免了传统方法中的计算参数繁多和计算过程复杂的情况。本发明在实际应用中，对传统的方法优势主要是可以快速确定单管旋喷工法的成桩直径，并且结果准确。本发明适用于单管法旋喷施工设计中确定成桩直径的问题。

附图说明

图1为本发明实施例确定的单管旋喷工法成桩直径与实测值的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

本实施例为采用单管旋喷工法加固地层来说明成桩直径的快速确定方法，本实施例中没有特别说明的操作，参照发明内容中已经给出的方法进行，在此不在赘述。

本实施例具体如下所述：

某单管旋喷工法加固地基场地位于上海，该区地下水位浮动于地表面以下1-2m，高压旋喷桩设计桩长17m，桩顶位于地表以下4m，桩底位于地表21m。

第一步、明确现场地质情况：最上面一层（0.0～1.4 m）为回填土层；其下层（1.4～15.1 m）粘质粉土层；再下层（15.1～25.3 m）是软粘土层，再下一层（25.3～34.2 m）为较硬的粉质粘土层。施工区域主要涉及到粘质粉土层和软粘土层，把两层土土样做成无侧限抗压试件，各6个，进行无侧限抗压强度试验，得到该土层的无侧限抗压强度：粘质粉土为52-62kPa，软粘土为64-108kPa。确定两层土的不排水抗剪强度：粘质粉土为26-31kPa，软粘土为32-54kPa。

第二步、确定单管旋喷工法施工参数和高速水泥浆射流的破坏能量。

确定水泥浆的喷射压力为30MPa，水泥浆的喷射流量为150L/min，钻喷杆的提升速度为25cm/min。则高速水泥浆射流的破坏能量为：1.8×10⁷J/m。

第三步、确定单管旋喷工法成桩直径。

采用本方法确定的不同土层的旋喷桩直径：粘质粉土层为1.45-1.56m,平均1.51m；软粘土层为1.09-1.42m，平均1.25m，而实测值：粘质粉土层1.30-1.60m，软粘土层为1.20-1.40m。 

如图1所示，本发明实施例确定的单管旋喷工法成桩直径与实测值的对比图，可以看出，本实施例可以更加快速的确定单管旋喷工法的成桩直径，给高压旋喷技术的施工设计带来了很大的方便。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。