1、注浆加固法,注浆加固法适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。一般用于防渗堵漏、提高地基土的强度和变形模量以及控制地层沉降等。 2、树根桩法,树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、古建筑的整修、地下铁道的穿越等加固工程。 3、锚杆静压桩法,锚杆静压桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土。 4、加大基础底面积法,对于经复核承载力相差不大的地基基础,可采用增大基础底面面积方法提高基础与地基的接触面积,从而减少土体应力,达到加固基础的目的。 5、高压喷射注浆法,高压喷射注浆法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当现场含有较多大粒径块石、大量植物根茎或其它有机质时,应根据现场的具体条件来判断其适用程度,对地下水流过大及已经涌水的工程,应谨慎使用。
(1)注浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管把浆液均匀地注入地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置,经人工控制一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。(2)注浆法所用的浆液是由主剂(原材料)、溶剂(水或其他溶剂)及各种外加剂混合而成。通常所提的注浆材料是指浆液中所用的主剂。外加剂可根据在浆液中所起的作用,分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。注浆材料有很多,其中,水泥浆是以水泥为主的浆液,适用于岩土加固,是国内外常用的浆液。(3)在地基处理中,注浆工艺所依据的理论主要可分为渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆和电动化学注浆四类;向左转|向右转(4)注浆设计包括注浆量、布孔、注浆有效范围、注浆流量、注浆压力、浆液配方等主要工艺参数,没有经验可供参考时,应通过现场试验确定上述工艺参数。(5)注浆加固土的强度具有较大的离散性,注浆检验应在加固后28d进行。可采用标准贯入、轻型静力触探法或面波等方法检测加固地层均匀性;按加固土体尝试范围每间隔1m进行室内试验,测定强度或渗透性。检验点数和合格率应满足相关规范要求,对不合格的注浆区应进行重复注浆。
地基加固一般有哪些方法:
注浆加固法注浆加固法适用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。一般用于防渗堵漏、提高地基土的强度和变形模量以及控制地层沉降等。
加大基础底面积法对于经复核承载力相差不大的地基基础,可采用增大基础底面面积方法提高基础与地基的接触面积,从而减少土体应力,达到加固基础的目的。
高压喷射注浆法高压喷射注浆法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当现场含有较多大粒径块石、大量植物根茎或其它 有机质时,应根据现场的具体条件来判断其适用程度,对地下水流过大及已经涌水的工程,应谨慎使用。
高压喷射注浆就是利用钻机钻孔,把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后,以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流,从喷嘴中喷射出来冲 击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面,其余土粒在喷射流的冲击力,离心力和重力等作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例有规 律地重新排列。浆液凝固后,便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基,从而提高地基承载力,减少地基的变形,达到地基加固的目的。
树根桩法树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修复和增层、古建筑的整修、地下铁道的穿越等加 固工程。
钻孔机具设备的选用:钻孔机具设备因根据基础类型、地质条件及场地条件合理选用,对软粘土可采用清水护壁,对粉砂必须采用泥浆护壁。
锚杆静压桩法锚杆静压桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土。
其它地基加固方法石灰桩法适用于处理地下水位以下的粘性土、粉土、松散粉细砂、淤泥、淤泥质土、杂填土或饱和黄土等地基及基础周围土体的加固。它的原理为把 桩管打入土中,再拔出桩管,形成桩孔,在孔内夯填生石灰,使地基得到加固。其主要机理是通过生石灰的吸膨胀挤密桩周土。石灰桩所用材料为生 石灰及一些辅助的掺合料、附加剂。
对不能满足强度和变形要求的软土地基,采用各种不同的方法,如注浆加固、旋喷、打桩等等,以达到加固地基目的。静压锚杆桩施工是将压桩架锚固,利用其提供的反力将预制桩压入到设计位置,从而提高或改进建筑物基础承载力的一种方法。相对于一般的打入方式桩基施工,静压锚杆桩的施工具有无噪音、无污染、无振动以及施工影响范围小等特点,并可节省工期,施工占用场地少,多 用于建构筑物补强、纠偏等工程。
注浆加固法是加固地基的其中一种方法,主要应用于砂土、粘性土等地基加固,能够起到防渗堵漏以及提高地基强度的方法。下面中青建筑加固来讲讲地基注浆加固时需要注意的事项有哪些。
1.注浆压力能够劈裂、挤密、浸渗土层就可以了,压力过大有可能造成上覆土层隆起,浆液向上冒。
2.浆液还没有固化时等于给加固构件增加了外荷载,进行注浆时对原持力层有扰动,可能引起附加沉降,对于此类敏感结构可以采用隔一孔或者数孔跳注,间隔的时间尽量在3天以上。
3.对卵石层或者动水压力比较大的土层进行注浆加固时需要在浆液掺加速凝剂,也可以采用间歇注浆。
4.施工时应随时监测,如果出现压力突然下降、上升现象,或者冒浆发生异常时,要及时查明故障原因并采取解决措施。
5.在注浆结束28d后再进行注浆检验,采取标准贯入、静力触探等方法对加固地层进行均匀性检测。
6.在加固土的全部深度范围内每隔1m进行取样检测,确认其压缩性、强度或者渗透性。
以上所讲的就是中青建筑加固建议地基注浆加固时需要注意的事项,大家可以以此为参考,确保地基注浆加固的加固效果。
南岭隧道注浆种类:
1)按地点分:地表注浆、洞内注浆。
2)按注浆材料分:水泥浆液、化学浆液,或单液浆、双液浆。
3)按注浆时间:预注浆、后注浆。
4)按注浆目的分:围岩加固、堵水堵泥。
据不完全统计,南岭隧道注浆工作量如表10-3。
表10-3 南岭隧道钻孔注浆工程量统计表
(1)注浆方案的选择
注浆方案的选择是指地表垂直钻注法与导坑水平钻注方案的选择,应根据隧道与施工条件确定。一般情况下,当含水层较厚距地表较近,或含水层虽薄,层数较多时;当隧道为浅埋隧道,能使钻注与导坑掘进平行作业,加快施工进度时;当地表钻孔较易见到突水层时,用地表垂直钻注是合适的。反之,含水层较薄,但深,或含水层虽多,但相距较远,其间又有隔水层时;当隧道为深埋隧道,钻孔工作量过大,且钻孔不易见到突水层时,则宜用导坑水平钻注。
南岭隧道下连溪、生潮垅地区为岩溶发育地层。涌水突泥时间长,量大,已经产生许多陷坑,还可能存在一些隐蔽陷坑,地表与洞内存在许多网状、串珠状岩溶通道。故地层已被严重扰动,采用单一的地表钻注或洞内钻注都不能达到堵水的作用,采用两者结合的办法较好。
1)地表钻注比洞内钻注超前一环进行,可以加快施工进度,可充填溶裂,加固地层,堵塞大的突水通道,以利提高洞内钻注效果。
2)岩溶地层溶裂无规律,地表钻孔往往不易见到溶裂地层,所以必须结合洞内钻注法,以提高钻注质量。
3)地表钻注条件好、速度快;洞内钻注工作面小、干扰大、施工条件差,影响和占用掘进时间。
4)地表与洞内注浆量出入不大,各种注浆方法的效益还难以精确判断。倘有成果,这是由于采取两种注浆方法相结合之故。但洞内注浆止水效果优于地表注浆。
5)当地表钻注能控制和堵塞溶裂,且打20°~30°斜孔能见溶裂层时,宜优先使用地表钻注,反之应优先或结合使用洞内钻注。
(2)注浆方法与段高
注浆段高是指一次注浆的长度,其方法分为全段一次注浆和分段注浆两种。全段一次注浆是将注浆孔钻至终深一次注浆。分段注浆又分分段下行式(自上而下)注浆与分段上行式(自下而上)注浆。
地表钻注时从节约投资考虑,地质钻孔同时又是注浆孔,并且,为了避免施工干扰,只能把地质钻孔全钻完后方可注浆,这给施工带来了极大困难,只好采用全段一次注浆。注浆中极易孔口冒浆,浆液未达毛洞有效范围的溶裂,注一孔造成周围邻孔冒浆固结。如注生潮垅一期工程12#孔周围11个孔串浆;地质钻孔多次变径且小,满足不了注浆要求;套管埋深不够,仅满足地质孔要求,但作为注浆孔则不够;施工中采取的措施是将全段一次注浆改变为分段注浆,根据溶裂的标高可分别采用下行式或上行式,采用多次洗孔注浆法,直至满足终孔标准。提高注浆工艺,严格控制注浆范围,采取的方法:①将不合格的孔口管重新埋至完整灰岩下2m。②注意浆液配比,适时压注双液。③下钢花管控制注浆范围。④加强注浆信息反馈测试工作。⑤采用多孔同步注浆新工艺等。在地质极其复杂,施工条件极为不利的情况下,通过采取上述措施,注浆质量符合设计要求。在钻孔附近,即在有效范围6m内的隧道附近溶裂已加固,隧道净空以上与洞内连通的溶裂封堵加固,地表形成注浆层硬壳,以利洞内施工方案的实施。注浆压力通过多次钻注从0→(0.5~0.7)MPa→(1~2.5)MPa。从洗孔取样看,溶洞部分岩心为普通水泥-水玻璃双液浆浆块或浆液与泥的混合块。生潮垅注浆扩散由南向北移动。
洞内注浆段高的选择,可参考我国的经验数据。在极破碎岩层中,注浆段高一般为5~10m,破碎岩层10~15 m,裂隙岩层15~30m,重复注浆可取30~50m。南岭隧道采用多孔反复钻注法,且钻机的性能决定注浆段高选择为30~40m。
注浆方法一般宜采用预注浆以防患未然,如出现涌水突泥,再钻注的后注浆法,则成本高、干扰大、工期长、效果不如预注浆显示得快而好。
(3)钻孔布置与钻孔机械
注浆孔的数目布置对注浆效果、钻注时期、成本影响很大。注浆孔数的确定与岩石裂隙的大小、发育情况、导坑与隧道断面、钻注机械的性能、浆液种类等因素有关。
按照注浆机理,粘土中一般不能进行渗透注浆。若按渗透注浆则粘土中孔距大大小于粗砂地层的1.5 m间距。施工中按经验布孔,同时不采用渗透注浆原理,而用压溃、劈裂原理布孔。
地表布孔的原则:①距隧中线左右各7 m,间距10m梅花形布置两排钻孔。岩溶发育的隧道可加孔,以期形成帷幕。②应根据钻探资料、洞内水平钻孔资料、施工的有关资料,将钻孔位置适当移动,增减孔数。③本工程一般都设计为垂直钻孔,碰到岩溶几率较少,最好应布斜钻孔,以增加揭露裂隙几率。
岩溶地层为典型非均质岩层,与均质岩层的钻注设计和施工差别很大。施工中布孔遵循下列原则:①绝大多数钻孔的终止位置在隧道外轮廓线外2m以上。②终孔间距5m左右,以达到沿隧道轮廓形成封闭帷幕。导坑中部布孔稀,主要为获取地质资料和作注浆用。③对已探明溶裂突水处应布孔。如钻孔突水,及时注浆堵水。④对充填稀粘土的溶洞地层,采取临孔钻注,使本孔排稀泥。⑤布孔先疏后密、先外后内。一般导坑四角各打一孔,中部一孔,根据具体情况再增加钻孔。先钻一般溶裂地层的孔,然后再集中于大的溶裂与溶洞层。
根据铁路隧道施工的特点要求钻机体积小、重量轻、钻进速度快。本工程钻机分两类,一类地质钻机:XY-2、XY-2B、XU300A-D宜用于注浆与打管棚孔,可取岩心;100A-D宜用于导坑探水取岩心。二类YG-80、YGZ-100重型风动凿岩机。后者更好,配有液压风动支架,经改进钻孔工艺,可打俯角孔,与在溶洞地层中取岩心,地质钻小班进尺约2 m,风动钻小班进尺5~10m。南岭隧道出口端钻孔机械配套如表10-4。
表10-4 南岭隧道出口端钻孔机械表
(4)注浆材料与配比
注浆材料主要有水泥、水玻璃、化学浆液三大类。注浆材料应选择适用于南岭隧道的注浆设备并能注入岩溶中去。在其中固化堵塞涌水通道,加固溶裂中流塑性粘土的品种,由于岩溶注浆用压溃、劈裂法代替渗透注浆,对注浆材料种类、黏度、颗粒性等要求不再像静压渗透注浆那样严格。
本工程以水泥浆液为基本浆液,要求用新鲜的普通硅酸盐32.5 R水泥,不宜使用矿渣水泥。
采用水泥-水玻璃系双液注浆时,双液配合比主要用经验方法确定,试验室配比试验得到的初凝时间与抗压强度,施工中要适当调整。本工程浆液水灰比控制在0.65∶1~1∶1。一般开始与终结的配合比为0.8∶1~1∶1。注浆中程大进浆量时水灰比为0.8∶1~0.65∶1。水泥浆与水玻璃的配合比用泵量控制。
为了改善水泥浆性能和提高在流塑泥中注浆的效果,可适当掺加若干化学材料。其作用:①速凝。②缓凝。③增强。④增加浆液和易性,提高浆液的可注性。⑤促使粘土块粒崩解,以利浆液脉状运动,固结土体。⑥节省材料与投资。⑦选出最佳经济效益与性能的配合比。
(5)注浆设备与注浆工艺流程
南岭隧道出口端注浆设备如表10-5。
表10-5 南岭隧道出口端注浆设备表
BW250泥浆泵代注浆泵,该机性能较好卧式三缸往复单作用注塞泵。性能如表10-6。
表10-6 BW250泥浆泵性能表
拌和机卧式较好,它拌和均匀,体积净空小,尤适用于洞内注浆。
单液注浆工艺流程较简单,而普通水泥-水玻璃双液浆要求浆液能按预定的扩散距离准确凝固,对其工艺流程要求严格。普通水泥-水玻璃双液浆注浆工艺流程较单浆注浆多一套设备及管线,较为复杂,其主要特点如下。
1)用两台同型号注浆泵(用泥浆泵代),也可用两台不同型号泥浆泵,或一台能够同时输送CS的双液泵。
2)两种浆液在孔内或孔口混合,采用孔口混合的立式球阀混合器或三通旋塞。
3)泥浆泵应用可调泵量压力的泵,双液泵也应可调泵量与压力。
4)采用混合注浆时,浆液在注浆设备与管路中均不得发生凝固而影响正常工作。
5)注浆设施应满足最大吸浆量和最大压力的要求,并应有备用部件。
6)混合器在孔口,泵应紧靠工作面,输浆管尽量短一些。
南岭隧道洞内工作面注浆。由于工作面狭窄,水泥拆包、搅拌灰尘飞扬,若开风机粉尘愈浓,职工劳动条件恶劣,气温也高,注浆材料用梭式矿车从洞外运入洞内。一旦运输发生故障,注浆材料供不上,对注浆质量影响也极大。对此,充分利用浅埋隧道的特点,在下连溪、生潮垅地段打了六个通风(ϕ35~ϕ60cm)大孔,并用大孔运输浆液。将搅拌站固定在通风孔的地表。
1)开挖工作室,双线导坑尺寸3.2 m×3.5 m,长度不小于10m,工作面破碎或已涌水突泥,按设计灌注止水墙。
2)在地表通风孔处安装搅拌站,在通风大孔内安装两种浆液的输送管道入洞内。洞内同时设置两种浆液贮浆池,搭设工作平台,安装钻注机械。
3)开孔嵌入基岩2 m,用普通水泥-水玻璃浆埋设ϕ127mm或ϕ150mm孔口管(带法兰盘)。
4)24 h后即可正式钻进:①无大的溶裂,可钻至设计孔深;②遇较大溶裂,应停钻准备注浆;③遇有承压水或流塑泥的钻孔,应组织人力,千方百计安装闸阀,并关闭,准备注浆。
5)安装注浆管道,双液混合器与三通旋塞。注水试验完毕合格后即可注浆。水泥浆在洞内贮浆池内要进行第二次搅拌,注浆达到规定的标准,即可终孔。
6)继续洗孔或开新孔,再按上述情况进行注浆,直至全部设计钻孔完成。
7)打检查孔,综合注浆资料与检查孔岩心情况,判断注浆质量,达到设计要求,即可撤除钻注机械,掌子面可放炮掘进;未达要求可适当补孔补注。
(6)注浆参数和质量检查
注浆参数有:浆液的扩散半径,注浆压力、浆液浓度、浆液注入量、注浆结束标准等。
目前在非均质岩溶中注浆的参数尚少,按几环钻注的经验并参阅有关资料,对注浆参数作如下规定。
1)浆液的扩散半径。浆液扩散半径即表示浆液的有效范围。按照岩溶中普通水泥水玻璃双液浆注浆的压溃劈裂有效范围之经验值为4~6m的孔间距,选用为5m。遇到整体灰岩时间距可放大,遇大裂隙和溶洞断层应将间距缩小或增孔。
2)注浆压力。注浆压力是使浆液扩散、充塞、压实所需的压力。它与掌子面静水压力、突水的动水压力、岩溶裂隙的粗糙程度、溶洞是否充实及其大小、位置、过流断面的大小、充填物的成分、含水率、浆液的黏滞性、颗粒度和胶凝时间等因素有关。注浆压力经验公式:
地表注浆按下式:
地下工程注浆技术
式中:P为注浆压力(MPa);H为孔位至静水位的高度(m)。
洞内注浆按下式:
地下工程注浆技术
式中:K为洞内修正系数,动水突泥因素,取1.2~2.0。
注浆压力与裂隙宽度有关,如图10-15。本工程地表注浆压力为1.5MPa,洞内注浆压力3~4MPa,注浆段最后施工的钻孔可达6MPa,个别孔瞬间可达10MPa。
图10-15 注浆压力与裂隙宽度关系曲线
3)浆液浓度。浆液浓度是指水玻璃的浓度,水泥浆与水玻璃的配合比一般不改变,若要改变浆液的参数,一般只是改变水泥浆的浓度。岩溶裂隙越大,用浆也越浓,每孔灌注时通常是由稀逐渐调浓,终孔前又可能由浓调稀,浆液浓度的选择可参照经验公式,按岩层的吸水率公式计算:
地下工程注浆技术
式中:Q为单位时间每米钻孔在每米水压作用下的吸水量(L/(min·m·m));H为试验时所利用的压力(水头压力高度,m);h为试验钻孔长度(m)。
在岩溶发育的石灰石岩层注浆,可利用表10-7所列数据选择浆液浓度。
表10-7 浆液浓度选择表
4)浆液注入量。可按扩散半径、岩溶裂隙率采用下式计算。
地下工程注浆技术
式中:Q为注浆量(m3);R为扩散半径(m);H为注浆段长(m);n为地层裂隙度或空隙率,一般取1%~5%;α为浆液填充率,根据地层不同,一般取0.3~0.9;β为浆液损失率,取0.1~0.3。
5)注浆结束标准。可从三方面掌握。第一,由于地层岩溶范围难于精确测定,注浆总量也难以测算,故注浆结束不能用注浆量控制,应以设计注浆压力的终值进行控制。其终值根据客观条件的变化,应选择合理的上限和下限值,以满足整治涌水突泥的要求。第二,每一注浆段应经几次注浆才能达到质量要求,且每一注浆段由多孔组成,当注最后一个孔时压力应较规定值大。达到终值时,地表注浆应稳定半小时,洞内注浆应稳定2 小时。第三,规定导坑突水量作为终止标准,矿山、煤矿规定为10m3/h,南岭隧道为20m3/h。
6)注浆质量的检查。在施工中应详细的记录,数据齐全。经过认真的整理分析后,可作为判断、评价注浆质量的重要依据。
用检查孔检查钻进中的情况与岩心成分与注浆体,用溶洞泥固结的抗压强度等来评价溶裂与流塑泥的注浆质量。
采用各种测试手段测定工作面注浆后的突水量,突水量小于规定值,则质量合乎要求。
还可以从注浆段掘进情况中直接检验注浆质量。
7)突泥整治。南岭隧道DK1935+696~+745段长55 m,为全隧地质复杂之冠。该段岩溶极为发育,溶洞距地表高达87 m,水平长度85 m,成45°倾斜,与隧道斜交。穿过相交长度约50m。溶洞多为流塑与软塑状黄色粘土所充填,其形态为:①隧道左侧岩溶发育规模较大,形态较复杂并延伸至隧底;隧道右侧岩溶由大到小逐渐消失;②DK1935+685~+745段溶洞标高由高到低,从隧道拱顶以上延伸至隧道底以下;③溶洞主要通道为管道型,溶洞横向宽度较宽。
1980年6月11日,下导掘进至DK1935+745时发出涌水突泥长达165 m。前85 m全部淤满导坑。后80m部分充填,总突泥量约3550m3。突泥两天后,隧道斜上方的地表出现一大陷坑,即编为24号陷坑。该陷坑中心距导坑开挖面约85 m,坍陷面积为1297 m2,呈锅形,最深下陷量3 m,断裂最大宽度为1.2 m。
经认真研究后,决定用钻孔注浆法处理。从1984年8月6日至11月10日为钻注总工期,扣除暴雨水害停工半个月及材料供不应求影响一个月,纯钻注时间为26天。钻孔位置如图10-16。
图10-16 注浆钻孔位置图
0~3号为探孔,7、8、13号为注浆孔,J1~J11号为检探孔,共用水泥759.4 t、水玻璃80.85 t。其中13号注浆10 次,工作压力达1.6MPa,用水泥317.15 t、水玻璃21 t,孔深8.47 m,远未终孔。8 号孔注浆2 次,工作压力为1.8MPa,用水泥38.5 t、水玻璃4.35 t,孔深18 m,未终孔。7号孔注浆7 次,工作压力为2.5MPa,用水泥99 t、水玻璃8.25 t,孔深达设计要求。其他11个检探孔,以探地质为主,检查三个注浆孔的情况。对检探孔为了造孔需要注1~2次浆,注浆压力2~2.5MPa。
1984年11月26日,DK1935+745 下导放炮6 分钟后,导坑底板被稀泥顶破,突泥汹涌喷出,涛声回响,而后不断传来机器、钢排架支撑倾覆声,工人都安全撤离险区。当放炮16分钟后,地表24号陷坑传出钻机下沉声响、水响,后突然下陷,最深达15.69 m,面积约1587 m2,估算下陷土石约5467 m3。突泥淹没隧道长177 m,突泥量约8000m3。如图10-17。
1)施工方案。DK1935+660处已下陷6千方,尚有2万方已松动。
①DK1935+660溶洞口地层加固:对溶洞口已松动的土体进行注浆,并埋置钢导管及安装钢筋砂浆锚杆,加固坍塌体使之形成整体。
②DK1935+705处岩溶管道在隧道上方,断面较小,高宽各为15 m 左右,断面约200m2,在此处设置一地表垂直钻注拦堵墙,阻止溶洞上方充填物下滑,具体作法是压浆固结土体并设置钢导管钢筋笼CS浆体锚杆,以增加抗滑能力。
③DK1935+705洞内隧顶上方设工作室,对+705 以南土体再度注浆,设4 排16 根钢导管钢筋笼CS浆体锚固桩。钢管要插入基岩2 m,形成横向钢管棚堵截墙,堵住岩溶管道的泥流通道。
④DK1935+705下导与+745上半断面高压注浆,以加固洞身溶洞体流塑性粘泥。
图10-17 DK1935+745突泥及地表陷坑示意图
⑤DK1935 +745 向北打拱部管棚,DK1935 +705 向南打左边墙管棚,以顺利通过隧道洞身溶洞,管内并压注环氧树脂化学浆液。
注浆施工方案如图10-18。
图10-18 DK1935+745突泥治理方案示意图
2)施工步骤。施工中根据地质情况、注浆质量,为了缩短工期、降低造价,对设计进行了局部变更。
①24 号陷坑口的整治:在陷穴口线路右侧设一排钻孔,间距2 m,孔内设ϕ108mm~ϕ127mm钢套管,溶洞部分为花管,管内还加ϕ16mm~ϕ24mm钢筋两根,形成一座钢管、钢筋、CS浆体柱墙,堵塞突泥主要通道,有足够的强度阻止坍塌体向洞内突泥。在喇叭口薄弱环节,可适当加设1~2排孔加固,同时由于浆液扩散,使松散坍塌体固结。浆液扩散半径4~5 m,工作压力满足要求。从取样来看,对疏松、软的泥质页岩、软的粘土,注浆胶结体强度较高,注浆质量好,缩短一半工期。
②为管棚施工创造了有利的条件:原设计为长管棚40m,变更为短管棚20~25 m。拱部管棚孔一次成孔,钻进顺利,未产生钻孔侵入开挖断面,末发生钻孔平交、立交等现象,管棚基本平、顺、直,取消拱部一半管棚根数,将原设计55根1460.2 m变更减少为28根602.8 m,节约投资20万元。
注浆加固按注浆机理可分为:充填注浆、基岩裂隙注浆、界面注浆、混凝土裂缝注浆、渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆:1、充填注浆用于坑道、隧道、构筑物基础以下的空洞及土体中孔隙的回填注浆,其目的在于加固整个土层以及改善土体的稳定性。2、基岩裂隙注浆向基岩的裂隙中进行注浆以提高地层强度或达到止水的效果,多用于岩石坝基防渗和加固以及隧道、竖井的开掘。3、界面注浆向成层土地基或结构界面进行注浆,形成片状固结体,从而改善层面或界面的力学性能。4、混凝土裂缝注浆通过注浆,对混凝土受温度、所承受的荷载、基础的不均匀沉降及施工质量等因素的影响产生的裂缝和缺陷进行加固和防渗处理,以恢复结构的整体性。5、渗透注浆使浆液渗透到土体中,将土中的自由水和气体排挤出去,充填裂隙或空隙,胶结周围土体,形成较密实的固化体,从而提高土层的抗压强度和抗渗性。渗透注浆基本不会引起原状土结构的变化。6、劈裂注浆浆液在较高的注浆压力下,注入到孔隙率较小的地层中,沿地层的结构面产生劈裂流动,在地层中形成脉、网状分布。不规则的脉状固结物和由于浆液压力而挤密的土体,以及不受注浆影响的土体构成的复合地基,可具备一定的承载能力,其改善的程度随脉状分布有所不同。7、挤密注浆当使用高塑性浆液,地基又是细颗粒的软弱土时,采用有一定稠度或速凝型的浆液,通过钻孔向土中灌入,在注浆管段部附近形成“浆泡”,使注浆点附近土体压密,从而改善土体的物理力学性能。
1.注浆施工方法的分类
注浆施工方法的分类主要有两种,一是按注浆管设置方法分类,二是按注浆材料混合方法或灌注方法分类,见表7-23。
表7-23 注浆施工方法分类表
(1)按注浆管设置方法分类
1)钻孔方法。该法主要是用于基岩或砂砾层或已经压实过的地基。这种方法与其他方法相比,具有不使地基土扰动和可使用填塞器等优点。但一般工程费用较高。
2)打入方法。当灌浆深度较浅时,可用打入法,即在注浆管顶端安装柱塞,将注浆管或有效注浆管用打桩锤或振动机打进地层中的方法。为了拆卸柱塞,而将打进后的注浆管拉起,所以就不能从上向下灌注。采用有效注浆管时,在打进过程中孔眼堵塞较多,洗净又费时间。
3)喷注方法。这是在比较均质的砂层或注浆管打进困难的地方而采用的方法。这种方法是利用泥浆泵和喷嘴进行水射流来设置注浆管。因容易扰动地基,所以不是理想的方法。
(2)按灌注方法分类
1)一种溶液一个系统方式。将所有的材料放进同一箱子中,预先做好混合准备,再进行注浆,这适用于凝胶时间较长的情况。
2)两种溶液一个系统方式。将A溶液和B溶液预先分别装在各自准备的不同箱子中,分别用泵输送,在注浆管的头部使两种溶液汇合。这种在注浆管中混合进行灌注的方法,适用于凝胶时间较短的情况。对于两种溶液,可按等量配合或按比例配合。
3)两种溶液两个系统方式。将A溶液和B溶液分别放在不同的箱子中,用不同的泵输送,在注浆管(并列管、双层管)顶端流出的瞬间,两种溶液就汇合而注浆。这种方法适用于凝胶时间是瞬间的情况。
(3)按注浆方法分类
1)钻杆注浆法。钻杆注浆施工法是把注浆用的钻杆(单管),由钻孔到所规定的深度后,把注浆材料通过钻杆注入地层中的一种方法。钻孔达到规定深度后的注浆起点,如图7-45所示。与其他注浆法比较,钻杆注浆法的优点是容易操作,施工费用较低。其缺点是浆液沿钻杆和钻孔的间隙容易往地表喷浆,浆液喷射方向受到限制,即为垂直单一的方向。
图7-45 钻杆注浆施工方法
2)单过滤管注浆法。单过滤管(花管)注浆法如图7-46所示。把过滤管先设置在钻好的地层中,并填以砂,管与地层间所产生的间隙(从地表到注浆位置)用填充物(粘性土或注浆材料等)封闭,不使浆液溢出地表。一般从上往下依次进注浆。每注完一段,用水将管内的砂冲洗出后,反复上述操作。这样逐段往下注浆的方法比钻杆注浆方法的可靠性高。单过滤管注浆的优点是:在较大的平面内可得到同样的注浆深度。注浆施工顺序是自上而下地进行,注浆效果可靠。化学浆液从多孔扩散,且水平喷射渗透易均匀。注浆管设置和注浆工件分开,注浆容易管理。化学浆喷出的开口面积比钻杆注浆的大,所以一般只采用较小的注浆压力很少出现急剧变化。其缺点是:注浆管加工及注浆的设置麻烦,造价高。注浆结束后,回收注浆管困难,且有时可能成为施工障碍。
图7-46 单过滤管注浆法施工顺序
3)双层管双栓塞注浆法。该法是沿着注浆管轴限定在一定范围内进行注浆的一种方法,即在注浆管中有两处设有两个栓塞,使注浆材料从栓塞中间向管外渗出,其施工顺序如图7-47所示。
钻孔:通常用优质泥浆进行护壁,很少用套护壁;
插入双层管:为使封填材料的厚度均匀,应设法使双层管位于钻孔的中心;
浇注封填材料:用封填材料转换孔内泥浆,浇注时应避免封填材料进入管内,并严防孔内泥浆混入封填材料中;
图7-47 双层管双栓塞注浆法施工顺序
灌浆:待封填材料具有一定强度后,在管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆。
封填材料都采用以粘土为主、水泥为辅的低强度配方,为了提高封填材料的脆性,有时还掺入细砂或采用粉粒含量较高的粘性土。
4)双层管钻杆注浆法。双层管钻杆注浆法是将A、B两浆液分别送到钻杆的端头,浆液在端头所安装的喷枪里或从喷枪中喷出之后就混合而注入地基。双层管钻杆注浆法的注浆设备及其施工原理与钻杆法基本相同,不同的是双层管钻杆法的钻杆在注浆时为旋转注浆,同时在端头增加了喷枪。注浆顺序等也与钻杆注浆相同,但段长较短,注浆密实,注入的浆液集中,不会向其他部位扩散,所以原则上可采用定量注浆方式。
2.注浆施工的机械设备
目前常用的注浆施工机械及其性能见表7-24。注浆泵是采用双液等量泵,所以检查时要检查两液能否等量排出是非常重要的。搅拌和混合器根据不同的化学浆液和不同的厂家而有各自的型号。在城市的房屋建筑中,通常注浆深度在40m以内,而且是小孔钻孔,所以钻机使用立轴式回转油压钻机。
表7-24 注浆机械设备的种类和性能表
3.灌浆
(1)灌浆施工
1)定孔位、并进行复测。
2)钻机与注浆设备就位,且应就近安装,注浆管线应固定,不宜过长,一般为30~50mm,以防压力损失。
3)钻孔:①将钻杆对准所标孔位,开孔钻进至设计深度;②采用双层管双栓塞注浆施工时,钻孔过程中通常采用优质泥浆进行护壁,或用套管护壁;③为防止钻孔过程中大量泥砂涌出,钻孔应严格按照操作工艺进行。
4)压水试验:对于钻杆注浆,注浆前为检验土层的密实程度及孔之间的连通性,可用压力小于注浆压力的清水作压力试验。
5)插管、封填及提升套管:①对于单过滤管(花管)注浆施工,成孔后要先把过滤管设置在钻好的土层中,再向管内填砂。对于管与地层间所产生的间隙(从地表到注浆位置)用粘性土或注浆材料等封闭,以防注浆时浆液溢出地表。②对于双层管双栓塞注浆施工,成孔后要先插入套管,在套管中再插入外管,在套管与外管之间注入封填材料,然后将套管拔出。
6)安装注浆管:①在确定注浆管内无阻塞物后,即可进行注浆管安装。为减少拔管时的阻力,在注浆管上可上防水板。②注浆管安放好后,在注浆管管口加上闷盖,以防止杂物进入。用顶杆顶紧注浆管,缓慢地将套管拔出。
7)浆液配制:①按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌和水泥浆液。水灰比可取0.6~2.0,常用水灰比为1.0。拌和浆液的水温不得超过30~50℃。②当注浆需要水玻璃时,要在浓水玻璃中加水稀释,边加水边搅拌,并用玻美计测试其浓度。施工中采用的水玻璃玻美度为30~45。③将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆桶内备用。
8)注浆:①先启动注浆泵,通过注浆管路将浆液注入被加固的土体。②当采用单过滤管(花管)注浆法施工时,应从钻杆内灌入封闭泥浆,并在注浆孔上部先灌入封顶浆以封堵地面裂缝,防止冒浆、串浆,然后插入金属花管注浆。封闭泥浆7d的抗压强度应为0.3~0.5MPa。③单过滤管(花管)注浆法注浆时,一般从上往下依次进行注浆。每注完一段,用水浆管内的砂冲洗出,再进行该段注浆。反复上述操作,完成整个注浆段的注浆。④双层管双栓塞注浆法注浆时,将带有花管和止浆塞的注浆芯管先插入注浆管孔底,接上注浆管路后,根据每次注浆段的长度,进行第一段注浆。第一段注浆完成后,浆芯管后退,进行第二段注浆,如此下去,直至整个注浆段完成。⑤注浆用的浆液应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始注浆,并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌,搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。注浆施工时,宜采用自动流量和压力记录表,并应及时对资料进行整理分析。⑥注浆过程中应尽可能控制流量和压力,防止浆液流失。⑦注浆顺序应按跳孔间隔方式进行,并应采用先外围后内部的注浆施工方法。⑧提管、回填。注浆完成后应立即拔管,若拔管不及时,浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔管时宜使用拔管机。用塑料管注浆时,注浆芯管每次上拔高度应为300mm;花管注浆时,花管每次上拔高度宜为500mm。拔出管后,应及时刷洗注浆管,以便保持清洁、通畅。拔出管后在土中留下的孔洞,要用水泥砂浆或土料填塞。
9)夏季施工时,在注浆体静止时,不得将盛浆桶和注浆管路暴露于阳光下,以防浆液凝固。冬季施工时,对注浆管路、注浆泵和储浆桶等应采取保温措施,以防浆液冻结。
(2)施工中应注意的问题
1)注浆孔的钻孔孔径一般为70~110mm,垂直偏差应小于1%。注浆孔有设计角度时,倾角偏差不得大于20″。
2)注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、建筑物的荷载、浆液粘度、灌注速度和灌浆量等因素有关。注浆过程中压力是变化的,初始压力小,最终压力高,在一般情况下每深1m压力增加20~50kPa。
3)若进行第二次注浆,化学浆液的粘度应较小,不宜采用自行密封式密封圈装置,宜采用两端用水加压的膨胀密封型注浆芯管。
4)灌浆结束后要及时拔管,否则浆液会把管子凝住而增加拔管难度。用塑料阀管注浆时,注浆芯管每次上拔高度应为330mm,花管注浆时,花管每次上拔或下钻高度宜为500mm。拔出管后在土中留下的孔洞,应用水泥砂浆或土料填塞。
5)灌浆的流量一般为7~10L/min。对充填型灌浆,流量可适当加快,但也不宜大于20L/min。
6)在满足强度要求的前提下,可用磨细粉煤灰或粗灰部分替代水泥,掺入量应通过试验确定。一般掺入量约为水泥重量的20%~50%。
7)为了改善浆液性能,可在水泥浆液拌制时加入一些外掺剂,如加速浆体凝固的水玻璃,一般掺加量为0.5%~3%;提高浆液扩散能力和可泵性的表面活性剂(或减水剂),用三乙醇胺等,其掺入量为水泥用量的0.3%~0.5%;提高浆液的均匀性和稳定性,防止固体颗粒离析和沉淀而掺加的膨润土,其掺入量不宜大于水泥用量的5%。
8)冒浆处理。土层的上部压力小,下部压力大,浆液就有向上抬高的趋势。灌注深度大,上抬不明显,而灌注深度浅,浆液上抬较多,甚至会溢到地面上来,此时可采用间歇灌注法,即让一定数量的浆液灌注入上层孔隙大的土中,暂停灌注,让浆液凝固,几次反复,就可把上抬的通道堵死,也可加快浆液的凝固时间,使浆液出注浆管就凝固。工作实践证明,需加固的土层之上应有不少于1m厚的土层,否则,应采取措施防止浆液上冒。
因为不清楚具体是什么情况,大致整理了下文的两种基基础加固方法供参考。查看基础下沉的基础加固方法
一、胶结法
原理:就是在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等物,形成加固体,与未加固部分形成复合地基,以提高地基承载力和减小沉降。
(1)注浆法;即指用压力泵把水泥或其它化学浆液注入土体,以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的。 适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可加固暗浜和使用在托换工程中。
(2)高压喷射注浆法;将带有特殊喷嘴的注浆管,通过钻孔置入要处理土层的预定深度,然后将水泥浆液以高压冲切土体,在喷射浆液的同时,以一定速度旋转、提升,形成水泥土圆柱体;若喷嘴提升而不旋转,则形成墙状固结体。可以提高地基承载力、减少沉降、防止砂土液化、管涌和基坑隆起。适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等地基。对既有建筑物可进行托换加固。
(3)水泥土搅拌法;利用水泥、石灰或其它材料作为固化剂的主剂,通过特别的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌,形成坚硬的拌和拄体,与原地层共同形成复合地基。 适用于淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土地基。
二、置换法
原理:其原理是以砂、碎石等材料置换软土,与未加固部分形成复合地基,达到提高地基强度的目的。
(1)振冲置换法(或称碎石桩法) ;碎石桩法是利用一种单向或双向振动的冲头,边喷高压水流边下沉成孔,然后边填入碎石边振实,形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基,以提高地基承载力和减小沉降。适用于地基土的不排水抗剪强度大于20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。对不排水抗剪强度小于20kPa的软土地基,采用碎石桩时须慎重。