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1、灌浆法 Grouting 地基处理 GroundImprovement 1 化学加固法 在地基加固中 除了用挤密 置换 排水固结 加筋 锚固等物理方法来改善土的性质和土中的应力状态外 也可以使用化学和物理化学方法 化学加固法 ChemicalStabilization 即是指利用水泥浆液 粘土浆液或其它化学浆液通过灌注压入 机械搅拌或高压喷射 使浆液与土颗粒胶结起来 以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法 2 化学加固法 1802年 法国工程师CharlesBeriguy在Dieppe采用了粘土和水硬石灰浆灌注方法修复了一座受冲刷的水闸 标志着灌浆法的创立 此后 这种方法成为地基土加固中的
2、一种广泛使用的方法 但是 由于灌浆法的费用高 所以只限予加固小范围的土体 而且用于其它地基加固方法不能解决的一些特殊工程问题 如托换工程中可以使用灌浆法 3 化学加固法 化学加固除了静压灌浆法外 还出现了混合搅拌法 包括高压喷射注浆法和水泥土搅拌法 虽然静压灌浆工艺发展较早 应用范围也最为广泛 但对渗透系数较小的细砂 粘土等 仅靠静压力难以使浆液注入土体的细小孔隙中 需要使用特殊的材料和技术 4 高压喷射注浆法是利用高压喷射水切削地基土 通过注浆管喷出浆液 就地将土和浆液进行搅拌混合 形成水泥土的加固体 它适用于松散土层 不受可灌性的限制 但在颗粒太大 砾石含量过多以及含纤维质的土层中采用该方
3、法则效果较差 水泥土搅拌法是用特制的搅拌机械 在地基深处不断旋转 同时将水泥或石灰等材料的浆体或粉体喷入 与软土就地强制搅拌混合 使软土硬结成具有整体性 水稳性和足够强度的地基土 这种方法适用于处理软粘土地基 本章内将分别介绍灌浆法 水泥土搅拌法和高压喷射注浆法 5 6 7 8 9 10 11 12 1灌浆法 灌浆法 Grouting 是指利用液压 气压或电化学原理 通过注浆管把浆液均匀地注入地层中 浆液通过填充 渗透和挤密等方式 赶走土体颗粒间或岩石裂隙中的水 气后占据其位置 硬化后形成一个结构新 强度大 防水性能高和化学稳定性良好的结石体 13 灌浆法的应用范围 1 地铁的灌浆加固 用来减
4、少施工时地面的变形 限制地下水的流动和控制施工现场土体的位移和变形等 2 坝基砂砾石灌浆 可作为坝基的有效防渗措施 3 对钻孔灌注桩的两侧和底部进行灌浆 以提高桩与土之间的表面摩阻力和桩端土体的力学强度 14 4 后拉锚杆灌浆 在深基坑开挖工程中 用灌浆法进行锚固段施工 5 竖井灌浆 用以处理流砂和不稳定地层 6 隧洞塌方灌浆加固 7 建筑物的纠偏加固 8 加固桥索支座 9 混凝土结构裂缝处理 蓄水池及压力管道堵漏等 15 2加固机理 1 浆液材料灌浆浆液是由主剂 原材料 溶剂 水或其它溶剂 以及各种外加剂混合而形成的浆液 但通常所提的浆液材料 是指浆液中所用的主剂 外加剂可根据其在浆液中所起
5、的作用 分为固化剂 催化剂 速凝剂 缓凝剂和悬浮剂等 16 1 浆液材料分类按浆液所处状态可分为 真溶液 悬浮液 乳化液 按工艺性质可分为 单浆液和双浆液 按主剂性质可分为 无机系和有机系等 17 18 一 粒状浆材 粒状浆材是指由水泥 粘土 沥青以及它们的混合物制成的浆液 常用的粒状浆材是纯水泥浆 水泥粘土浆和水泥砂浆 以上浆液又称水泥基浆液 并可掺入各种外加剂 以改善浆液的性质 19 水泥基浆液是以水泥浆为主的浆液 采用水泥灌浆可使土体形成高强度的固结体 应用最广的是普通硅酸盐水泥 在地下水无侵蚀性条件下经常使用 这种浆液是一种悬浊液 取材容易 配方简单 价格便宜 不污染环境 我国苏州虎丘
6、塔就是采用水泥浆液对塔基进行托换加固的 20 灌注较大空隙和裂隙时 常常在水泥浆液中掺砂 水泥砂浆 以节约水泥 并更好地充填空隙 当浆液中加入一定数量的粘土 作外加剂 后 由于粘土本身是高分散性的 所以可提高浆液的稳定性 防止浆液沉淀和析水 21 二 化学浆材 化学浆液是一种真溶液 其优点是可以进入水泥浆液不能灌注的小孔隙 粘度和凝固时间可以在很大范围内调整 可用于堵漏 加固等领域 化学浆液已经在国内外得到了广泛应用 解决了不少工程难题 在理论和实践上都有很大的进步 化学浆液的品种很多 包括环氧树酯类 聚氨酯类 丙烯酰胺类 甲基丙烯酸脂类 硅酸盐类等 22 各种浆液材料适用范围 23 2 将夜
7、性质灌浆材料的主要性质有 分散度 沉淀析水性 凝结性 热学性 收缩性 结石强度 渗透性和耐久性 24 灌浆理论 从灌浆工程的目的来看 可以分为用于提高受灌岩体或土体的强度和变形模量的固结灌浆 用以提高防渗性能的防渗帷幕灌浆 用于填充衬砌结构与岩石或混凝土间空隙的回填灌浆 介于固结与防渗灌浆之间 用于改善坝体与坝基接触面条件的铺盖灌浆 所采用的灌浆技术和工艺不同 其所依据的理论和机理也各不相同 25 在地基处理中 灌浆工艺所依据的机理主要可归纳以下四种渗透灌浆 劈裂灌浆 挤密灌浆 电动化学灌浆 26 渗透灌浆 渗透灌浆 PermeationGrouting 是指在压力作用下 使浆液充填于土孔隙和
8、岩石裂隙中 排挤出孔隙中存在的自由水和气体 而基本上不改变原状土的结构 所用灌浆压力相对较小 大量的灌浆实践是属于这一类型的 这种灌浆只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石 27 渗透灌浆 28 劈裂注浆 劈裂注浆 FracturingGrouting 是指在相对较高的灌浆压力下 浆液克服了地层的初始应力和抗拉强度 引起岩石和土体结构的破坏和扰动 引起地层的水力劈裂现象 使地层中原有的裂隙或孔隙张开 形成新的裂隙和孔隙 使原来不可灌的地层能顺利进浆 并增加浆液的扩散距离 在灌浆压力消失后 地层的回弹又进而压缩浆体 使充填更为密实 并使结石处于一定的预压应力状态 这是一种特殊的灌浆机理和技术 能
9、有效地用于处理一些特殊问题 29 挤密灌浆 挤密灌浆 CompactionGrouting 是指通过钻孔向土中灌入极浓的浆液 使注浆点附近土体压密 在注浆管端部附近形成 浆泡 30 电动化学灌浆 当地基土的渗透系数k cm s 只靠一般的静压力难以使浆液注入土的孔隙中 这时就需要采用电渗作用使浆液进入土中 31 电动化学灌浆 ElectrochemicalInjection 是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极 用滤水管作为阴极 将溶液由阳极压入土中 并通以直流电 阴阳两极间电压梯度一般采用0 3V cm 1 0V cm 电渗作用下 孔隙水由阳极流向阴极 促使通电区域中土的含水量减少 并且形成渗
10、浆通道 化学浆液随之流入土的孔隙中 并在土中硬结 32 所以 电动化学灌浆是在电渗排水和灌浆法的基础上发展起来的一种加固方法 有一点必须注意 由于电渗排水作用 可能会引起邻近建筑物基础的附加沉降和不均匀沉降 导致建筑物开裂 33 3灌浆的设计与计算 一 灌浆的设计程序一般情况下 地基的灌浆设计遵照下列程序进行 1 地质调查 查明需处理地基的工程地质特性和水文地质条件 2 选择灌浆方案 根据地质条件 工程类型 地基处理目的和要求 初步选择灌浆方案 包括 处理范围 灌浆材料 灌浆方法等 一般应优先考虑水泥系浆材 在特殊情况下才考虑化学浆材 34 3 灌浆试验 除进行室内灌浆试验外 对较重要的工程
11、还应选择有代表性的地段进行现场灌浆试验 以便为确定灌浆技术参数及灌浆施工方法提供依据 4 设计和计算 确定各项灌浆参数和技术措施 5 补充和修改设计 在灌浆期间和竣工后的使用过程中 根据观测所得的异常情况 对原设计进行必要的修改 35 灌浆工程的设计内容 1 灌浆标准 根据灌浆要求达到的效果和质量指标确定 2 施工范围 即灌浆的深度 长宽和宽度 3 灌浆材料 包括浆材种类和浆液配方 4 灌浆影响半径 躺浆液在灌浆设计压力下所能达到的有效扩散距离 5 钻孔布置 根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度 确定灌浆孔布置形式 孔距 排距 孔数和排数 6 灌浆压力 规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力 7
12、 灌浆效果评价 采用各种手段和方法检测灌浆加固效果 36 灌浆方案的选择原则 1 如果是以提高地基强度和变形模量为目的 一般选用水泥系浆材 如水泥浆 水泥砂浆和水泥水玻璃浆等 或环氧树脂 聚氨酯等高强度的化学浆材 2 如果是以防渗堵漏为目的 可采用粘土水泥浆 粘土水玻璃浆 水泥粉煤灰混合物 丙凝和铬木素等浆材 37 3 在裂隙岩层中灌浆 一般采用纯水泥浆 水泥浆或水泥砂浆中加少量膨润土 在砂砾石地层中或溶洞中采用粘土水泥浆 在砂层中一般只采用化学灌浆 在黄土采用碱液法或单液硅化法 4 渗入灌浆一般在砂砾石地层或岩石裂隙中采用 水力劈裂灌浆用于砂层 粘性土层中采用水力劈裂法或电动硅化法 纠正建筑
13、物不均匀沉降则采用挤密灌浆法 38 3注浆加固设计 3 1注浆工程调查3 2注浆加固试验3 3注浆加固参数设计3 3 1注浆加固范围的确定3 3 2注浆量的计算3 3 3注浆压力3 3 4注浆孔距 39 3 1注浆工程调查 在进行注浆设计之前 要进行工程地质和岩土工程性质的调查 调查的范围是地层需要处理的范围 工程调查的目的是解决以下三个问题 1 能否采用注浆方法处理 2 注浆处理时采用何种浆液材料 注浆压力和注浆量的确定 3 注浆处理后 地层强度增加或渗透性减小的程度 40 工程调查的内容包括以下几点 1 注浆区的地质构造及浆液可能流失的通道和空穴 2 地质分层及需要注浆处理地层的土质或岩性
14、特征 3 需要处理地层的强度或渗透程度 4 构筑物的损害程度和注浆会对周围构筑物的影响 5 注浆过程中 废浆排放对环境的影响和注浆后地下水位的变化对邻近居民饮水及灌溉的影响 41 3 1注浆工程调查 砂砾沉积层注浆 一般采用渗透注浆 因而要获得每一层的渗透系数 孔隙率 孔隙的大小 地下水位及流速 流向和水的化学性质 土的颗粒大小是选择浆液类型和可注性的衡量指标 地层的孔隙率 n 决定着浆液的消耗量 渗透系数的大小影响浆液的注入速率 42 粘性土注浆加固 多采用劈裂注浆 土体的力学特性较为重要 裂隙岩体注浆 要了解注浆部位是属于断层 破碎带 还是软弱层 查明其产状及分布范围 要了解结构面的渗透几
15、何参数 工程调查中的试验内容分为室内土工试验和现场试验 43 表 1注浆调查的试验内容 44 3 2注浆加固试验 1 注浆试验的目的及内容 45 46 3 2注浆加固试验 2 注浆孔的布置注浆试验时 试验孔的布置分为单孔注浆试验和群孔注浆试验 单孔试验是来检查设备能力是否满足试验要求 调查注浆的难易程度 注浆量和注浆压力等参数 群孔试验主要是检验各种试验效果 47 图1各种注浆孔的布置方式 48 3 3 1注浆加固范围的确定 1 地基加固计算地基承载力的大小可用下式计算 49 为地基土的重度 水下采用有效重度 为基础荷载面上的地基土的重度 水下采用有效重度 式中 为长期承载力标准值 kPa 为
16、形状系数 为地基土的粘聚力 为承载力系数 粘聚力项 为承载力系数 内摩擦项 为承载力系数 埋深项 为基础埋深 如果进行短期强度计算时 可将式右边系数1 3变成2 3 50 图 2地基注浆加固范围 51 1 地基加固计算 注浆加固地基 主要改变地基土的 值 注浆后地基土的值变化较大 而和变化不太大 注浆加固地基 注浆范围超出基底宽度 1 2 b左右为好 52 图3等应力线和注浆范围 1 加载产生的等应力线2 加固后地基承载力等应力线 53 在持力层较浅时 持力层以上软弱层全部加固 持力层较深时 可用威斯塔卡特公式 根据等应力线或塑性区决定加固范围 图3 也可用有限元法模拟计算加固范围 54 2020 4 4 55 减小 值 可增大 2 基坑边坡及基底注浆加固 1 基坑边坡注浆加固基坑边坡的主动土压力为 图4 被动土压力为 注浆增加土体的 56 图4具有粘聚力的土压力强度分布 57 2 基坑边坡及基底注浆加固 1 基坑边坡注浆加固 设注浆前的土压力 注浆后的土压力 注浆后使坑壁稳定性增加量 考虑到安全性 注浆范围应深入到滑动面以下 注浆范围如图所示 图5基坑边坡注浆范围 58 2 基坑边坡
