本发明属于地基施工技术领域，具体涉及一种直径可控高压喷射注浆施工方法。
背景技术
传统高压注浆法施工中，泥浆是通过钻杆周边的间隙，在地面上自然排出。但深处的排泥却很困难，因为超深处的钻杆与高压喷射口四周的地内压力增大，往往会导致喷射效率下降，因此，加固效果及可靠性减小。另外，在施工过程中，地内压力增大，会导致周围地表隆起。
mjs工法(metrojetsystem)又称全方位高压喷射工法，mjs工法在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端造成装置(习惯称之为monitor)，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，使地内压力稳定，也就降低了了在施工中出现地表变形的可能性，大幅度减少对环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。和传统旋喷工艺相比，mjs工法减小了施工对周边环境的影响。
但通过大量的现场施工的实际情况发现：排泥吸口容易被较大的土块堵塞，有时由于泥浆密度较大也容易造成吸泥口堵塞，造成排泥不畅，影响施工质量和施工进度。为此需要提供一种高效排泥的超大直径超高压喷射注浆施工方法，有效控制地内压力的稳定，使排泥达到最佳效果。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种直径可控高压喷射注浆施工方法，该施工方法通过在钻具上提过程中利用至少一组倾斜设置的喷嘴组向外喷射水泥浆以实现水泥浆交汇于设计半径位置，实现直径可控的旋喷桩体的施作。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种直径可控高压喷射注浆施工方法，其特征在于所述施工方法包括以下步骤：在待注浆点采用引孔钻机进行引孔；成孔后，将旋喷机械的钻具下放至孔底，所述钻具的下端部具有一喷浆段，所述喷浆段上设置有至少一组喷嘴组，所述喷嘴组包括位于上端且向下倾斜的喷嘴以及位于下端且向上倾斜的喷嘴，两者位于同一竖向直线上；运行所述旋喷机械，在上提所述钻具的同时使所述喷浆段上的所述喷嘴沿其倾斜设置方向向外喷射水泥浆并交汇于设计半径处，以在所述钻具周围形成直径可控的旋喷桩体。
在所述引孔钻机的引孔过程中，在遇到的砂层、碎石地层或卵石层处设置钢护筒进行护壁。
在所述引孔钻机完成引孔并拔出其上的钻杆后，在所述孔内设置薄壁引孔管至设计深度，所述薄壁引孔管可在两所述喷浆段的水泥浆喷射作用下被击碎。
在所述喷浆段的外壁上设置有两组所述喷嘴组。
通过控制所述喷嘴组中两所述喷嘴之间的间距以及所述喷嘴的倾斜角度以控制水泥浆喷射时的交汇位置，计算公式为：
在所述钻具上提的同时，利用位于所述喷浆段上方的水切削段向外喷射高压水流，以对所述钻具周围的土体进行切削和稀释形成泥浆。
在所述钻具上提的同时，利用位于所述水切削段与所述喷浆段之间的返浆段进行真空排泥浆。
利用所述返浆段进行真空排泥浆的方法为：在所述钻具内设置有一真空返浆通道，所述真空返浆通道与所述钻具外壁上所开设的返浆口相连通，所述真空返浆通道将泥浆经所述返浆口抽排至位于地面上的泥浆处理池内。
在所述真空返浆通道抽排泥浆的过程中，设置于真空返浆通道内的一喷水喷嘴向其内泥浆的输送方向进行喷水，以提高泥浆的流动性。
在所述水切削段向外喷射高压水流的过程中，所述水切削段同步向外喷射高压空气以对所述钻具周围的土体进行切削。
本发明的优点是：（1）钻具上的喷浆段设置有至少一组具有倾斜角度的喷嘴，通过在钻具上提过程中进行水泥浆喷射，可使水泥浆交汇于设计半径处，确保旋喷桩体的直径可控，在有效控制地内压力的稳定的同时保证喷浆质量和效率，获得质量可靠的旋喷桩体；（2）通过利用钻具上的水切削段可对土体进行切削形成泥浆，并利用返浆段进行真空抽排泥浆，使得泥浆污染少，同时对地内压力的调控，也减少了泥浆“窜”入土壤、水体或是地下管道的现象；（3）高压喷射注浆施工过程中对于周边环境的影响较小，超深施工有保证。
附图说明
图1为本发明中钻具下端部各功能段的结构组成示意图；
图2为本发明中水切削段结构示意图；
图3为本发明中直吸式返浆段结构示意图；
图4为本发明中水冲式返浆段结构示意图；
图5为本发明中喷浆段上设置有单组喷嘴组的结构示意图；
图6为本发明中喷浆段上设置有双组喷嘴组的结构示意图；
图7为本发明中利用引孔钻机进行引孔的施工步骤示意图；
图8为本发明中钻具利用单组喷嘴组进行初始喷浆工作的状态示意图；
图9为本发明中钻具利用双组喷嘴组进行初始喷浆工作的状态示意图；
图10为本发明中钻具利用单组喷嘴组进行喷浆施作形成旋喷桩体的施工示意图；
图11为本发明中钻具利用双组喷嘴组进行喷浆施作形成旋喷桩体的施工示意图；
图12为本发明中旋喷桩体施作完成的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-12，图中各标记分别为：水切削段1、水切削段本体101、气道102、切削段水道103、环形槽104、切削喷嘴105、气帽106；返浆段2、返浆口201、真空返浆通道202、返浆段本体203、日字挡板204、高压水通道205、倒吸水开启阀206；地压测试段3；喷浆段4、喷浆段本体401、喷浆通道402、喷嘴组403、喷嘴403a、喷嘴403b、气道404、气帽405；钻头5；引孔钻机6、旋喷机械7、泥浆箱8、钻具9、薄壁引孔管10、排泥管11、压缩空气12、水泥浆13、切削空气14、切削水15、旋喷桩体16。
实施例：如图1-12所示，本实施例具体涉及一种直径可控高压喷射注浆施工方法，该施工方法主要通过钻具9下端部所设置的水切削段1对土体进行水切削并利用返浆段2对泥浆进行真空抽排，同时利用喷浆段4上倾斜设置的喷嘴组403向钻具外围喷射水泥浆并使其交汇于设计半径位置处形成旋喷桩体，以达到控制旋喷桩体直径的目的。
如图1-6所示，在进行本实施例中的施工方法之前，提前准备届时需安装于钻具9下端部的多功能头，该多功能头自上而下依次包括水切削段1、返浆段2、地压测试段3、喷浆段4以及钻头5。
如图1、2所示，水切削段1包括呈圆柱体状的水切削段本体101，在水切削段本体101的外壁面上设置有至少两个切削喷嘴105，上述切削喷嘴105与水切削段本体101内的环形槽104相连通，而环形槽104则同水切削段水道103相连通，在实际应用中，高压水从a口打入，并依次经水切削段水道103和环形槽104，最后从切削喷嘴105中高压喷射出对土体进行水切削。此外，在水切削段本体101的外壁面上对应于切削喷嘴105的位置设置有气帽106，气帽106同气道102相连通，在实际应用中，高压空气自b口打入经气道102后从气帽106中喷射而出以辅助切削水对土体构成切削，并对切削水形成环形保护包围在水柱周围。
如图1、3所示，返浆段2包括呈圆柱体状的返浆段本体203，返浆段本体203的外壁上开设有一返浆口201，该返浆口201与真空返浆通道202相连通，为了防止大直径的土块或石块被吸入真空返浆通道202之内，在返浆口201处还设置有日字挡板204，当然也可以是网格状或其它限制粒径的结构。如图4所示，为了进一部提升真空返浆通道202内对于泥浆的输送性能，在真空返浆通道202的始端部设置有一倒吸水开启阀206，该倒吸水开启阀206中的喷水喷嘴正对真空返浆通道202，且该倒吸水开启阀206同一高压水通道205相连通，倒吸水开启阀206可将高压水通道205内的高压水沿泥浆的输送方向喷射，从而提高泥浆在真空返浆通道202内的流动性。
如图1所示，地压测试段3主要用于测试其周围土体的压力，并将所监测到的土体压力信号通过信号传输线传输至地面。
如图1、5、6所示，喷浆段4包括呈圆柱体状的喷浆段本体401，在喷浆段本体401上设置一组或两组喷嘴组403，喷嘴组403包括设置于喷浆段本体401上部的喷嘴403a以及设置于喷浆段401下部的喷嘴403b，其中喷嘴403a向下倾斜设置，喷嘴403b向上倾斜设置，且同一组中的喷嘴403a与喷嘴403b应位于同一竖向直线上，喷嘴403a与喷嘴403b均同喷浆通道402相连通并由喷浆通道402输送高压水泥浆；此外，在喷嘴403a或403b的对应位置处还设置有气帽405，气帽405与气道404相连通，在气道404输出压缩空气时可将气帽405顶开并向外输送压缩空气。
如图1所示，钻头5设置于钻具9的前端部，主要用于在钻具9下放至引孔过程中的导向或钻进。
如图1-12所示，本实施例中直径可控高压喷射注浆施工方法具体包括以下步骤：
（1）如图7所示，确定注浆点的中心位置，采用引孔钻机6进行引孔，待引孔至设计深度后拔除引孔钻机6的钻杆；
在引孔过程中，应采用优质泥浆护壁，泥浆粘度≥20s，比重1.20-1.25；
在引孔过程中，若遇到砂层、碎石地层或卵石层时可能会发生塌孔，因此在对这些地层进行引孔时需设置护筒护壁而非前述的泥浆护壁；且对于这些可能造成塌孔的孔，在拔除引孔钻机6的钻杆之后在孔内设置薄壁引孔管10，例如是薄壁pvc管，上述薄壁引孔管10应可在高压切削水的冲击下破碎，从而不影响后续的水切削和水泥浆喷射；
（2）如图8、9所示，待完成引孔后，将旋喷机械7移动就位，根据所需施作的旋喷桩体16的设计直径，调整钻具9上各喷嘴组403中喷嘴403a与喷嘴403b之间的间距以及各自的倾斜角度，从而使两者在喷射水泥浆13时能够交汇在设计的半径位置，具体的计算公式为：
其中，d为喷嘴组403喷射水泥浆13在交汇位置处所形成的旋喷桩体16的直径；l为喷嘴组403中喷嘴403a与喷嘴403b之间的间距；α为喷嘴403a或403b与竖直方向之间的夹角，即倾斜角度；
待调节完各个喷嘴组403之后，将旋喷机械7的钻具9下放至孔底；
（3）如图1-6、8-12所示，运行旋喷机械7并旋转上提钻具9，在钻具9上提的过程中，位于钻具9多功能头最上部的水切削段1经切削喷嘴105和气帽106首先向外高压喷射切削水15以及切削空气14，通过高压切削水15对钻具9外围的土体进行先期切割，形成一个较大的圆柱，降低了喷浆作业切削土体的损耗，且切削水15可将土体稀释为泥浆，当然，切削水15的切削直径控制在旋喷桩体16的设计直径范围之内；其中，高压的切削水15由a口打入并依次经切削段水道103、环形槽104以及切削喷嘴105向外喷射出；高压的切削空气14由b口打入并经气道102从气帽106中喷射而出；
在通过水切削段1将土体切削稀释为泥浆之后，位于水切削段1下方的返浆段2对泥浆进行真空抽排，即，在真空抽吸作用下，泥浆经返浆口201进入真空返浆通道202，真空返浆通道202始端部的倒吸水开启阀206利用其喷水喷嘴向真空返浆通道202内喷射水流进一步提高泥浆向上的流动性，在进入真空返浆通道202之后，泥浆经排泥管11抽排入位于地面上的泥浆箱8，以进行进一步的泥浆处理；
在此过程中，地压测试段3实时监测钻具9周围土体的地压并由此换算为地层压力系数；（a）当钻具9周围的地层压力系数介于1.3-1.6之间时，表明钻具9周围的土体处于一个平衡状态，保持返浆段2内的倒吸泥压力和倒吸泥流量参数不变；（b）当钻具9周围的地层压力系数小于1.3时，表明钻具9周围土体的压力过小，降低返浆段2内的倒吸泥压力和倒吸泥流量参数，以降低泥浆抽排速率，使地层压力系数逐渐回升至1.3-1.6之间；（c）当钻具9周围的地层压力系数大于1.6时，表明钻具9周围土体的压力过大，提高返浆段2内的倒吸泥压力和倒吸泥流量参数，以提高泥浆抽排速率，使地层压力系数逐渐降低至1.3-1.6之间；
与此同时，在钻具9上提的过程中，喷浆段4同时向外喷射水泥浆13和压缩空气12，在水泥浆13和压缩空气12共同作用下对已混有水质的泥土进行冲击混合，从而形成混合水泥浆；喷嘴组403内的喷嘴403a和喷嘴403b向外倾斜喷射的水泥浆13交汇于设计半径位置（如图8-11所示），且两股水泥浆13在交汇之后冲击力相互抵消发生消散不再向外扩散，因此喷嘴组403向外所喷射的水泥浆13可有效控制在设计半径位置处，且由于钻具9是回转上提的，因此高速旋转的钻具9可在向外喷射水泥浆13的过程中形成旋喷桩体16；如此往复，直至钻具9回转上提到地面，最终施作形成如图12所示的旋喷桩体16。
本实施例的有益效果为：（1）在喷浆段设置两个有倾斜角度的喷嘴，可有效确保喷浆半径，在有效控制地内压力的稳定的同时保证喷浆质量和效率；（2）可以“全方位”进行高压喷射注浆施工；（3）有效保证桩径大，桩身质量好；（4）对周边环境影响小，超深施工有保证；（5）有专门的排泥管进行集中排浆，使得泥浆污染少，同时对地内压力的调控，也减少了泥浆“窜”入土壤、水体或是地下管道的现象。