[发明专利]基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法

权利要求书

1.一种基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于包括以下步骤：

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常规土工试验，得到施工现场土层划分信息和地质信息；所述室内常规土工试验是指无侧限抗压强度试验、含水量测定试验、密度试验以及粒度分析试验，分别得到无侧限抗压强度、土样的含水量、各土层的湿密度以及土样颗粒粒径分布图；

第二步、根据第一步的施工现场土层划分信息和地质信息，进一步确定土层特征破坏速度和临界破坏速度；

第三步、根据高压旋喷施工设计方案，获得高压旋喷施工参数和水泥浆在喷嘴出口处的流速，所述高压旋喷施工参数是指：水泥浆的流量、喷头上喷嘴的个数和喷嘴的内径；

第四步、根据高压旋喷施工设计方案，获得水泥浆的水灰比、水泥的密度、水泥浆的密度、水泥浆动力粘滞系数和水泥浆流速沿喷射距离的衰变系数；

第五步、收集喷头外径参数，结合上述步骤得到的水泥浆流速沿喷射距离的衰变系数，喷嘴的内径，水泥浆在喷嘴出口处的流速，以及土层临界破坏速度，根据以下公式获得高压旋喷桩的直径：

其中：D₀是喷头外径，α是水泥浆流速沿喷射距离的衰变系数，d₀是喷嘴的内径，v₀是水泥浆在喷嘴出口处的流速，v_L土层临界破坏速度。

2.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，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1.5倍取土，用于做室内常规土工试验，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件。

3.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，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，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。

4.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，所述土层特征破坏速度是指：当土层无侧限抗压强度等于一个标准大气压时的土层的破坏速度，土层特征破坏速度满足公式：

，

其中：是土层特征破坏速度，M_c是土层的<75μm细颗粒含量，由第一步制成的颗粒粒径分布图读出。

5.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，所述土层临界破坏速度是指：水泥浆使土层发生破坏所具有的最小速度，土层临界破坏速度满足公式：

，

其中：v_L是土层临界破坏速度，η是土层特征破坏速度，q_u是土层无侧限抗压强度，p_atm是一个标准大气压强。

6.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，所述的水泥浆在喷嘴出口处的流速是指：水泥浆从喷嘴喷出时所具有的速度，水泥浆在喷嘴出口处的流速满足公式：

，

其中：v₀是水泥浆在喷嘴出口处的流速，Q是水泥浆的流量，M是喷头上喷嘴的个数，d₀是喷嘴的内径。

7.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，所述的水泥浆动力粘滞系数是指：水泥浆流体中切应力与流速梯度的比例常数，满足公式：

，

其中：ν_g是动力粘滞系数，W是水泥浆的水灰比。

8.根据权利要求1所述的基于圆形自由紊动射流理论的高压旋喷桩直径确定方法，其特征在于，所述水泥浆流速沿喷射距离的衰变系数满足公式：

，

其中：α是水泥浆流速沿喷射距离的衰变系数，ρ_g是水泥浆的密度，ρ_w是水的密度，ν_g是水泥浆动力粘滞系数，ν_w是水的动力粘滞系数。