5.1灌浆法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩土加固与,治理,5.1,灌浆法,岩土加固与治理,彭 第,勘查与测绘学院,5.,化学加固法,主要章节,5.1,灌浆法,5.2,高压喷射法,5.3,深层搅拌法,化学加固法,（,Chemical Stabilization,）,指利用水泥浆液、粘土浆液或其他化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，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。,主,要,内,容,二、灌浆机理,三、灌浆设计,四、灌浆,施工,五、灌浆,质量检查,一、概 述,六、工程实例,5.1,灌浆法,一、概述,定 义,灌浆法,（,Grouting,）,，也称注浆法，它是将一定材料配制成浆液，用压送设备将其灌入地层或缝隙内使其扩散、胶凝或固化，以达到加固地层或防渗堵漏的日的。,一、概述,定 义,目 的,一、概述,（,1,）,防渗,（,2,）,堵漏,（,3,）,加固,（,4,）,纠偏,（,5,）,补强,（,6,）,对置入地层中的孔管、锚杆、锚索等进行固定和保护,一、概述,灌浆应用,（,1,）,坝基：,（,2,）,房基：,（,3,）,道路基础：,（,4,）,地下建筑：,（,5,）,预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及灌柱桩压缩等,砂基、砂砾石坝基、喀斯特溶洞及断层等,一般地基及震动基础，已有建筑物的修补,公路、铁路和飞机场跑道等,输水隧道、矿井巷道、地下铁道和厂房,一、概述,发展历史,据文献记载，灌浆法的最早采用是在,1802,年，由法国的,charlesBerlghy,（查理士,贝尼尔）所发明，最先用在,Dieppe,（第厄普）冲刷闸的修理上。当初，他用的是一种木制冲击筒装置，用人工锤的方法向地层挤压浆液。,18561858,年间，英国的,W.R.Kinippe,(,基尼普尔）在作了一系列试验后，第一次把水泥用于灌浆。,化学灌浆是在,1920,年由德国的,Joosen,（尤斯登）首先使用水玻璃和氯化钙作为灌浆材料开始出现的。此后，一些国家广泛开展研制工作，制出了年度较低的铬木素类、丙烯酰胺类等浆液材料。到,60,年代中期，化灌材料已达,30,多种。,国外,一、概述,发展历史,国内,灌浆法在我国的大量采用，是在,1949,年新中国成立后，经过多年来试验研究和实际应用，在水泥、粘土等传统材料的灌浆技术上有了很大的发展和提高。,在化灌材料方面改进了铬木素类、水泥,水玻璃类、丙烯酰胺类浆液的配方，另外还研制出聚氨酯类、环氧树脂类等新的灌浆材料。现在，我国已能进行各种类型的灌浆设计与施工，在许多方面已达到世界先进水平。,一、概述,发展趋势,（,1,）,应用领域越来越广泛,（,2,）,浆材品种越来越多,（,3,）,劈裂灌浆技术已取得明显进展,（,5,）,电子计算机监测系统已经普遍地在灌浆施工中应用,（,4,）,可控灌浆技术的研究、应用与发展。,分 类,一、概述,（,1,）,按灌浆的作用,固结灌浆,帷幕灌浆,回填灌浆,接触灌浆,（,2,）,按灌注材料,水泥灌浆,水泥砂浆灌浆,水泥粘土灌浆,化学灌浆,分 类,一、概述,（,3,）,按灌浆压力,（,4,）,按灌注机理,高压灌浆：,3MPa,以上,中压灌浆：,0.53MPa,低压灌浆：,0.5MPa,以下,渗入性灌浆,劈裂灌浆,压密灌浆,电动化学灌浆,一、概述,工程应用,北京信德园大厦地基注浆工程,一、概述,工程应用,广花高速公路病害处理,（,注浆加固,）,一、概述,工程应用,深圳龙岗地区溶槽及土洞充填灌注工程,一、概述,工程应用,沈阳地铁一号线,3,标段注浆加固工程,一、概述,宁波嘉和中心基坑止水注浆,工程应用,二、灌浆机理,灌浆材料,灌浆浆液的组成,主剂,溶剂,附加剂,通常所说的灌浆材料,灌浆材料的分类,颗粒型浆材,溶液型浆材,混合型浆材,水泥系浆材,化学浆材,灌浆材料,颗粒型浆材特性,（,1,）,颗粒细,（,2,）,稳定性好,（,3,）,粘结性强,（,4,）,结石的强度高，并具有良好的耐久性,二、灌浆机理,灌浆材料,溶液型浆材条件,（,1,）,粘度低，流动性好，能顺利地灌入细微裂隙,（,2,）,聚合的时间能根据实际的需要准确地控制,（,3,）,凝胶体具有一定的密实性、抗渗性和抗挤力,（,4,）,抗溶蚀性强，耐久性好，不易老化,（,5,）,浆液易于配置，操作简便,（,6,）,无毒性或毒性甚微,二、灌浆机理,灌浆材料,水泥系浆材,水泥仍然是应用最多的一种灌浆材料,水泥,常用普通硅酸盐水泥,粘土,提高水泥浆液的稳定性，防止沉淀和析水,粉煤灰,节约水泥、降低成本和消化三废材料,二、灌浆机理,灌浆材料,化学浆材,常用的化学浆材有,水玻璃类浆材,丙烯酰胺浆材,环氧树脂浆材,丙烯酸盐浆材,木质素类浆材,二、灌浆机理,灌浆材料,附加剂,常用附加剂有,加速水泥水化作用,（,2,）,减水剂,（,1,）,速凝剂,改善浆体的流动性和分散性,（,3,）,缓凝剂,降低浆液的反应速率,水玻璃、三乙醇胺,木质素磺酸钙,磷酸盐,二、灌浆机理,灌浆材料,浆材的主要性质,（,1,）,灌浆材料的可灌性,可灌比,&,D,15,、,D,10,地层粒料颗粒分析曲线上占,15%,、,10%,的对应直径,G,85,、,G,95,灌浆材料颗粒分析曲线上占,85%,、,95%,的对应直径,二、灌浆机理,灌浆材料,浆材的主要性质,（,2,）,浆液的流变性,浆液的流变特性是指浆液在外力驱使作用下发生流动时所表现出来的特性。,牛顿流体,宾汉塑性流体,二、灌浆机理,灌浆材料,浆材的其它性质,（,1,）,浆液的稳定性,浆液在其流动速度减慢及完全静置以后均匀性变化的快慢程度,（,2,）,浆液的析水性,析水现象是由于浆液中固体颗粒的沉积而引起的,（,3,）,浆液的收缩性性,二、灌浆机理,灌浆材料,浆材的其它性质,（,4,）,浆液的凝结性,两个阶段,可泵期,凝结,初凝,终凝,流动度仪测试,维卡仪测试,（,5,）,浆液结石体强度,（,6,）,浆液结石体渗透性,二、灌浆机理,（,7,）,浆液结石体收缩性和耐久性,灌浆原理,渗入性灌浆理论,（,1,）,球形扩散,注浆管底端注浆球形扩散,（,a,）,被灌砂土是均质和各向同性的,（,b,）,浆液为牛顿体,（,c,）,浆液从注浆管底端注入地基土内,（,d,）,浆液在地层中呈球形扩散,二、灌浆机理,灌浆原理,渗入性灌浆理论,（,2,）,柱形扩散,浆液柱状扩散,二、灌浆机理,灌浆原理,渗入性灌浆理论,（,3,）,袖阀管注浆,袖阀管结构及其注浆示意图,二、灌浆机理,灌浆原理,劈裂灌浆理论,（,1,）,岩基,发生垂直劈裂的条件,K,侧压力系数,S,T,岩石的抗拉强度,泊松比,k,透水性,n,孔隙率,N,综合地表示,k,和,n,的参数,发生水平劈裂的条件,h,灌浆段深度,二、灌浆机理,灌浆原理,劈裂灌浆理论,（,2,）,砂和砂砾石地层,灌浆压力,P,e,达到下式时，就会发生破坏：,K,主应力比,二、灌浆机理,灌浆原理,劈裂灌浆理论,（,2,）,粘性土,在粘性土地层中，水力劈裂竖引起土体固结，产生挤出等现象。在只有固结作用的条件下，注入浆液的体积,V,和单位土体所需的浆液量,Q,可由下式计算：,m,v,土的压缩系数,二、灌浆机理,灌浆原理,压密灌浆理论,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”。,压密灌浆原理示意图,二、灌浆机理,灌浆原理,电动化学灌浆,当地基土的渗透系数,k,10,-4,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。,假定在土中打入两个半径为,A,的灌浆管，孔距为,D,，在两灌浆管之间通以直流电，则浆液扩散至,R,处所需的时间可用式确定,:,V,作用电压,k,e,电渗系数,二、灌浆机理,三、灌浆设计,设计程序,地基灌浆设计一般遵循以下程序：,（,1,）,工程调查,（,2,）,方案选择,（,3,）,灌浆试验,（,4,）,设计和计算,（,5,）,补充和修改设计,三、灌浆设计,工程调查,（,1,）,工程类别及主要特点,（,2,）,灌浆的缘由和基本要求,（,3,）,施工现场的地形和地质条件,（,4,）,地下水质及水力特性,（,5,）,周围环境及原地下构筑物情况,（,6,）,浆材的产地与价格,三、灌浆设计,方案选择,遵循原则：,（,1,）以提高地基强度和变形模量为目的，一般选用水泥系浆材，,（,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；,（,3,）选用浆材还应考虑其对人体的危害或对环境的污染问题,（,4,）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；,三、灌浆设计,方案选择,遵循原则：,（,5,）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；纠正建筑物不均匀沉降则采用压密灌浆法。,三、灌浆设计,设计内容,设,计,内,容,浆材及配方设计,浆液影响半径,注浆孔布置,灌浆压力,灌浆标准,施工范围,灌浆效果检查,三、灌浆设计,灌浆标准,所谓灌浆标准，是指设计者要求灌浆后应达到的质量指标。,（,1,）,防渗标准,砂或砂砾石层中,比较重要工程,k,降低至,10,-4,10,-5,cm/s,以下,临时性工程,k,10,-3,cm/s,岩基,单位吸水率,=0.010.03,（,2,）,强度和变形问题,增加摩擦桩的承载力,减少拱坝基础的不均匀变形,减小挡土墙上的土压力,消除共振条件,三、灌浆设计,灌浆标准,（,3,）,施工控制标准,有些灌浆工程不能进行现场检测，因此必须制订一个能保证获得最佳灌浆效果的施工控制标准。,Q,=,V,n,m,V,设计灌浆体积,n,土的孔隙率,m,无效注浆量,（,a,）,正常情况下注入理论耗浆量,Q,（,b,）,按耗浆量降低率进行控制。由于灌浆是按逐渐加密原则进行的，孔段耗浆量应随加密次序的增加而逐渐减少。,三、灌浆设计,浆材及配方设计,根据土质不同，选择合适的浆材,土质名称,注浆材料,粘性土和粉土,粉土,水泥类注浆材料及水玻璃悬浊型浆液,粘土,粘质粉土,砂质土,砂,渗透性溶液型浆液（但在预处理时，使用水玻璃悬浊型）,粉砂,砂砾,水玻璃悬浊型浆液（大孔隙）渗透性溶液型浆液（小孔隙）,层界面,水泥类及水玻璃悬浊型浆液,三、灌浆设计,浆材及配方设计,按注浆目的，选择合适的浆材,项目,基本条件,改良目的,堵水注浆,渗透性好粘度低的浆液（作为预注浆使用悬浊型）,加固地基,渗透注浆,渗透性好有一定强度，即粘度低的溶液型浆液,脉状注浆,凝胶时间短的均质凝胶，强度大的悬浊型浆液,渗透脉状注浆并用,均质凝胶强度大且渗透性好的浆液,防止涌水注浆,胶时间不受地下水稀释而延缓的浆液瞬时凝固的浆液（溶液或悬浊型的）（使用双层管）,三、灌浆设计,浆材及配方设计,按注浆目的，选择合适的浆材,项目,基本条件,综合注浆,预处理注浆,凝胶时问短，均质凝胶强度比较大的悬浊型浆液,正式注浆,和预处理材料性质相似的渗透性好的浆液,特殊地基处理注浆,对酸性、碱性地基、泥炭应事前进行试验校核后选择注浆材料,其它注浆,研究环境保护（毒性、地下水污染、水质污染等）,三、灌浆设计,浆材及配方设计,灌浆材料的基本技术要求,（,1,）,对渗入性灌浆工艺，浆液必须能渗入土的孔隙，即所用的浆液必须是可灌的，这是一项基本的要求,（,2,）,一般情况下浆液应具有良好的流动性和流动性维持能力，以便在不太高的灌浆压力下获得尽可能的扩散距离,三、灌浆设计,浆液扩散半径的确定,确定方法,理论公式计算,灌浆试验,灌浆试验试验布孔形式,试验孔布置形式有正三角形、矩形或方形,灌浆孔,检查孔,序孔,序孔,序孔,检查孔,灌浆试验,三、灌浆设计,浆液扩散半径的确定,灌浆孔,检查孔,试 井,序孔,序孔,检查孔,灌浆试验,三、灌浆设计,浆液扩散半径的确定,灌浆试验,灌浆试验结束后，可通过下述方法对浆液扩散半径进行评价：,（,1,）,钻孔压水或注水，求出灌浆体的渗透性；,（,2,）,钻孔取样品，检查孔隙充浆情况,（,3,）,用大口径钻井或人工开挖竖井，用肉眼检查地层冲浆情况，并采取灌浆样品供室内进行试验研究。,三、灌浆设计,浆液扩散半径的确定,灌浆试验,设计注意事项,（,1,）,在进行现场灌浆试验时，要选择不同特点的地基，最好用不同的方法灌浆，以求得不同条件下浆液的,R,值。,（,2,）,所谓扩散半径，并非最远距离，而是符合设计要求的扩散距离。,（,3,）,在确定设计扩散半径时，要择取多数条件下可以达到的数值，而不是平均值。,（,4,）,当有些地层因渗透性较小而不能倒到设计,R,值时，可提高灌浆压力或浆液的流动性，必要时还可在局部地区增加钻孔以缩小孔距。,三、灌浆设计,注浆孔布置,单排孔,灌浆体的厚度,b,取决于,l,的大小,l,为灌浆孔距,三、灌浆设计,注浆孔布置,多排孔,孔排间搭接不紧密,搭接过多,最优搭接,奇数排孔,偶数排孔,三、灌浆设计,灌浆压力,作用：,首先是用来克服浆液本身的粘聚力和内摩擦力,（,浆液越稠这两种力越大,）,来驱使它流动,其次，克服浆液沿管路、钻孔及裂隙或孔隙壁面的流动摩擦力,三、灌浆设计,灌浆压力,（,1,）,砂砾石地基灌浆,&,P,e,容许灌浆压力,c,与灌浆期次有关的系数。第一期孔,c,=1,，第二期孔,c,=1.25,，第三期孔,c,=1.5,T,地基覆盖层厚度,k,与灌浆方式有关的手段，自上而下灌浆,k,=0.8,，自下而上,k,=0.6,与地质性质有关的系数，可在,0.51.5,之间选择，结构疏松，渗透性强的地层取低值，结构紧密渗透性弱的地层取高值,系数，在,13,范围内选择,地表面以上覆盖层的重度,三、灌浆设计,灌浆压力,（,2,）,岩基灌浆,欧洲国家,灌浆压力约相当于灌浆段深度,P,=,h,美国建议在确定灌浆压力时可按照下列公式计算,良好的成层岩石,对以上都已灌过浆良好的成层岩石,对于坚硬致密的大块体岩石,三、灌浆设计,灌浆压力,（,2,）,岩基灌浆,我国多采用下式进行计算灌浆压力,P,0,基岩表层允许灌浆压力,m,基岩每加深,1m,可增加的压力,h,灌浆段深度,岩石分类,岩性,P,0,0.1MPa,m,（,0.1MPa,）,灌浆方法,灌浆孔次序,自上而下,自下而上,裂隙很少，只有细小裂隙的岩石，结构密实,1.53,2,1.01.2,1,11.25,11.5,略受风化的裂隙岩石，没有大裂隙但其中有层理的沉积岩,0.51.5,1,0.50.6,1,11.25,11.5,严重风化的裂隙岩石，有水平或接近水平层理的沉积岩。,0.250.5,0.5,0.250.3,1,11.25,11.5,三、灌浆设计,P,0,和,m,的选用表,三、灌浆设计,灌浆效果检查,灌浆效果与灌浆质量的区别：,灌浆效果则指灌浆后能把地层的物理力学性质改善到什么程度,灌浆质量一般是指灌浆施工是否严格按照设计和施工规范进行,三、灌浆设计,灌浆效果检查,对地基灌浆而言，最重要的效果检查方法是在灌浆体内钻孔，并通过钻孔进行不同的测试工作,（,1,）,测定地基的流量及渗透系数,检查孔的数目约为总灌浆孔数的,5%10%,（,2,）,通过钻孔，从灌浆体内取出原状样品，送实,验室进行必要的试验研究。,（,3,）,通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量,（,4,）,常用现场测得的弹性纵波速度和动弹性模量,来确定加固灌浆的效果,三、灌浆设计,灌浆效果检查,三、灌浆设计,灌浆效果检查,四、灌浆施工,灌浆方法施工分类,（,1,）,按注浆管设置方法分类,钻孔法,打、压入法,喷注法,四、灌浆施工,灌浆方法施工分类,（,2,）,按浆液混合方法分类,注浆管设置方法,凝胶时间,混合方法,单层管注浆方法,钻杆注浆法,中等,双液单系统,过滤管（花管）注浆法,双层管注浆法,双栓塞注浆法,套管法,长,单液单系统,泥浆稳定土层法,双过滤,双层管钻杆法,DDS,法,短,双液双系统,LAG,法,MT,法,四、灌浆施工,钻孔注浆法,四、灌浆施工,单过滤管注浆法,（,a,）钻孔；（,b,）插入过滤管；（,c,）管内外填砂及粘土；（,d,）第一阶段在注浆；（,e,）第二阶段注浆，第一阶段砂洗出；（,f,）反复（,d,）、（,e,）直至注浆完毕；（,g,）提升过滤管；（,h,）过滤管孔回填或注浆,四、灌浆施工,双层管双栓塞注浆法,（,a,）钻孔后插入套管；,（,b,）插入外管，（,c,）注入封填材料，提升套管；（,d,）插入带双止浆塞的注浆管，开始注浆,袖阀管法,四、灌浆施工,双层管钻杆注浆法,四、灌浆施工,注浆施工机械,灌浆泵,大多采用泥浆泵，目前用得最多的是往复式泥浆泵（简称往复泵）,3SNS,型灌浆泵,四、灌浆施工,注浆施工机械,灌浆记录仪,GMS2004,灌浆系统在四川木座电站使用,JT,系列灌浆自动记录仪（北京：中大华瑞）,四、灌浆施工,注浆施工机械,灌浆记录仪,四、灌浆施工,注浆施工机械,灌浆记录仪,系统原理图,LJ,系列灌浆压水测控系统（中南大学）,四、灌浆施工,注浆施工机械,灌浆记录仪,电磁流量计,压力传感器,水灰比,管理软件,主机,四、灌浆施工,灌浆施工工艺,灌浆孔施工次序,灌浆次序按逐步加密原则，按计划好的灌浆孔网格布置分序逐渐加密灌浆的法则,（,1,）单排,1,序孔；,2,序孔；,3,序孔,四、灌浆施工,灌浆施工工艺,灌浆孔施工次序,（,2,）,梅花形和方格形布孔,1,序孔，奇数排的奇数孔；,2,序孔，偶数排的偶数孔；,3,序孔，奇数排的偶数孔；,4,序孔，偶数排的奇数孔；,5,补加钻孔的位置,四、灌浆施工,灌浆施工工艺,灌浆孔施工次序,四、灌浆施工,灌浆施工工艺,灌浆孔施工次序,灌浆顺序,四、灌浆施工,灌浆施工工艺,（,1,）,一次灌浆法,（,2,）,分段灌浆法,（,a,）,自上而下分段灌浆,（,b,）,自下而上分段灌浆,（,c,）,孔口封闭自上而下分段灌浆法,（,3,）,综合灌浆法,五、灌浆质量检查,对加固体进行开挖，进行原型观测。,检测手段,利用静力触探测试加固前后土体力学指标的变化，用以了解加固效果。,在被灌体内钻孔进行声波速度、动弹性摸量、旁压试验，也可以进行现场剪切和变形摸量试验。,在灌浆体内薄弱部位，如地质条件不好，灌浆质量有问题，灌浆孔之间搭接部位等处，钻孔作压水、注水或抽水试验，测定地层灌浆前后的渗透性变化，不合格者需补充灌浆。,