第11讲--灌浆法演示幻灯片.ppt

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,*,9,灌浆法,Grouting,1,灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入天然的和人为的裂缝或孔隙，以改善各种介质的物理力学特性。,1.,定义,9.1,概述,2.,目的,一、,防渗,：降低渗透性、减少渗流量、提高抗渗能力、降低孔隙压力；,二、,堵漏,：封填孔洞，堵截流水；,三、,加固,：提高岩土的力学性能，恢复砼结构及圬工建筑物的整体性；,四、,纠正建筑物的倾斜,：使发生不均匀沉降的建筑物恢复原位或减小其倾斜度。,2,3.,处理对象,一、,坝基,：砂基、砂砾石地基、喀斯特溶洞及断层软弱夹层等；,二、,楼基,：一般地基及振动基础等，包括对已有建筑物的修补；,三、,道路基础,：公路、铁道和飞机场路道等；,四、,地下建筑,：输水隧洞、矿井巷道、地下铁道和地下厂房等；,五、,其他,：预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及灌注桩后灌浆等。,3,4.,近期发展,一、应用领域越来越广，除坝基防渗加固外，在其他土木工程，如道桥、矿井、文物、市政、地铁和地下厂房中，灌浆也占有相当重要的地位；,二、浆材品种越来越多，浆材性能和应用问题的研究越来越深入；,三、劈裂灌浆技术已取得明显发展，尤其在软土地基中，该技术越来越多的用作提高地基承载力和消除建筑物沉降的手段；,四、我国和一些比较发达的国家，电子计算机监测系统已较普遍地在灌浆施工中用来收集和处理诸如灌浆压力、浆液稠度和耗浆量等重要参数，以提高工效和灌浆技术水平。,4,5,6,7,9.2,灌浆材料,灌浆工程中所用的浆液是由主剂、溶剂及各种附加混合剂混合而成，,通常所说的灌浆材料，是指浆液中所用的主剂。,灌浆材料,颗粒型浆材,以水泥为主剂，故多称为水泥系浆材,普通水泥浆易沉淀析水稳定性差、硬化时伴有体积收缩、对细裂隙而言颗粒较粗、大规模灌浆工程则水泥耗量大，故在水泥浆中掺入粘土、砂和粉煤灰等、提高水泥颗粒细度、掺入各种附加剂以改善水泥浆液性能。,包括聚合物水玻璃浆材、聚合物水泥浆材和水泥水玻璃浆材等，可用于降低浆材成本，或用来满足单一材料无法实现的性能，尤其是,水泥水玻璃浆材,，具有成本低、速凝的特点，已被广泛应用。,由颗粒型浆材与化学浆材按不同比例混合而成,混合型浆材,最大特点是浆液属于,真溶液,，初始粘度小，可用于灌注细小的裂缝或孔隙。缺点是造价高和污染环境，故其推广应用受到限制，尤其是在日本，在,1974,年发生污染环境的福岗事件后，只允许使用水玻璃系浆材。,由两种或多种化学材料配制,化学型（溶液）浆材,8,一、水泥系浆材,1,、,基本材料：,纯水泥浆、粘土水泥浆、粉煤灰水泥浆。,（,1,）,水泥：,普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水泥,（,2,）,粘土：,具有吸收水分（蒙脱石）和形成胶凝结构的能力，常用于提高水泥浆的稳定性、防止沉淀和析水。,（,3,）,粉煤灰：,用于节约水泥、降低成本和消化三废材料（废水、废气、废渣），具有较高的经济效益和社会意义。,（,4,）,水：,把固态水泥变成悬浮液，以供灌浆，并对水泥颗粒水解和水化，使化合物形成晶体并相互结合成网状结构，从而把水泥浆逐渐形成具有一定力学强度的结石。,9,二、浆材的主要性质,1,、,材料的分散度：,一般分散度越高、可灌性就越好，并影响浆液的物理力学性能；,2,、,沉淀析水性：,沉淀析水性是影响灌浆质量的有害因素。,在灌浆过程中,，颗粒的沉淀分层会引起机具管路和地层孔隙的堵塞，可能造成灌浆过程过早结束。,灌浆结束后，,颗粒沉淀分层将使浆液的密度在垂直方向上发生变化，使灌浆体的均匀性降低；浆液的析水将使结石率降低，在灌浆体中形成空隙。浆液水灰比是影响析水性的主要因素。,3,、,凝结性：,分为两阶段，一是,初期阶段,，浆液的流动性减少到不可泵送的程度；二是,凝结后的,浆液随时间而变硬，水泥浆的初凝时间为,2-4h,，粘土水泥浆和粉煤灰水泥浆则更慢。,10,二、浆材的主要性质,4,、,收缩性：,潮湿养护的浆液，不仅不会收缩还可能略有膨胀，而干燥养护的浆液就可能发生收缩，进而产生微细裂缝，影响灌浆效果。,5,、,浆液的粘度：,粘度是度量流体粘滞性大小的物理量，一般浆液水灰比越大，粘度就越小，材料的细度越高，粘度就越大。,6,、,强度和渗透性：,影响结石强度的因素包括：浆液的起始水灰比、结石孔隙率、水泥品种及掺合料等，其中以,浆液浓度最为重要,；不管是纯水泥浆还是粘土水泥浆和粉煤灰水泥浆，结石的渗透性都很小。,11,三、常用化学浆材,1,、丙烯酰胺类：国外多叫,AM-9,，国内则多称丙凝,。,丙凝浆液的标准配方,丙凝浆液特点：,（,1,）属于,真溶液,，可灌性远比目前所有灌浆材料都好；,（,2,）可精确控制浆液从制备到凝结所需时间，且不受水、空气影响；,（,3,）浆液的粘度在凝结前保持不变，使浆液在灌浆过程中维持相同的渗入性；,（,4,）浆液凝固后，凝胶本身基本上不透水，耐久性好，可用于永久性灌浆工程；,（,5,）丙凝浆液能在很低的浓度下凝结（目前标准浓度是,10%,），故其成本相对较低；,（,6,）丙凝浆液能用一次注入法灌浆，故其施工操作比较简单。,12,2,、聚氨酯聚氨酰：,聚氨酯浆液特点：,（,1,）浆液粘度低，可灌性好，结石强度高，可与水泥灌浆相结合，形成高标准防渗帷幕；,（,2,）浆液遇水即反应，可用于动水条件下堵漏；,（,3,）安全可靠、不污染环境；,（,4,）耐久性好；,（,5,）操作简便、经济效益高。,聚氨酯是采用多异氰酸酯和聚醚树脂等作为主要原料再掺入外加剂配制而成的，,浆液灌入土层后，遇水即反应生成聚氨酯泡沫体,，起加固地基和防渗堵漏等作用。,13,3,、硅酸盐类：,硅酸盐（水玻璃）灌浆开始于,1887年，是一种古老的灌浆技术，具有价格低廉、渗入性较高和无毒等优点，国内外至今广泛应用于地基、大坝、隧道、桥墩、矿井等建筑工程。,硅酸盐浆材以含水硅酸钠（水玻璃,Na,2,O.nSiO,2,）为主剂，另外加入胶凝剂以形成凝胶。,硅酸盐浆材的主要性能,14,四、水泥浆附加剂,为改善水泥浆液性质，以适应不同的灌浆目的和自然条件，可在水泥浆中掺入不同的附加剂：,15,在地基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为以下四类：,9.3,灌浆理论,渗透灌浆,Permeation Grouting,在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越大。这种理论假定在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的灌浆压力相对较小。适用于中砂以上的砂土和有裂隙岩石,劈裂灌浆,Fracturing Grouting,在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大，所用的灌浆压力相对较大。,16,渗透灌浆工程照片,17,劈裂灌浆工程照片,18,在地基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为以下四类：,9.3,灌浆理论,通过钻孔向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液挤入，将在压浆点周围形成灯泡状空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，许多工程种用这一原理纠正了地面建筑物不均匀沉降，被称为,土内压密,。,压密灌浆,Compaction Grouting,电动化学灌浆,Electrochemical Injection,当在粘土中插入金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗、电泳和离子交换作用，促使在通电区域中含水量降低，从而在土内形成渗浆通道，若在通电时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在通道上形成硅胶，并与土颗粒胶结成具有一定力学强度的加固体。,19,20,土内压密,21,一、设计内容,9.4,设计计算,1,、灌浆标准：,通过灌浆要求达到效果和质量指标；,2,、施工范围：,包括灌浆深度、长度和宽度；,3,、灌浆材料：,包括浆材种类和浆液配方；,4,、,浆液影响半径：,浆液在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，确定合理的孔距、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,、灌浆效果评估：,用各种方法和手段检测灌浆效果。,22,二、方案选择,设计首先考虑的问题，但其具体内容并无严格规定，一般只把,灌浆方法,和,灌浆材料,的选择放在首要位置，其选择与下列因素有关：,1,、灌浆目的,（加固,or,防渗？提高承载力,or,减小变形？）,2,、地质条件,（地层构造、土类及土性、地下水位、地震级别等）,3,、工程性质,（永久工程,or,临时工程？重要建筑,or,一般建筑？）,23,在国内外工程实践中，常采用,联合灌浆工艺,，包括不同的浆材及不同灌浆方法的联合以适应某些特殊地质条件和专门灌浆目的需要。,24,防渗标准越高，表明灌浆后地基的渗透性越低，灌浆质量就越好，地下水流速也越低，地基发生管涌破坏可能性就越小，但造价也越高，因此防渗标准不应是绝对的，每个灌浆工程都应根据自己的特点，通过技述经济比较确定一个相对合理的指标。,对,砂和砂砾石层,，防渗标准多用,K,表示，对比较重要的防渗工程，,K,需降低至,10,-4,-10,-5,cm/s,，对临时性工程或允许出现较大渗漏量而又不致发生渗透破坏的地层，也有采用,10,-3,cm/s,数量级的实例。在,岩石地基,中，防渗标准国内外多用,Lu,作为评价准则。,Lu,的概念为在,1MPa,水压力作用下，每,min,压入每,m,长孔段,1L,水即为,1Lu,。,三、防渗标准,25,四、浆材及配方设计原则,26,四、浆材及配方设计原则,27,五、浆液扩散半径的确定,浆液扩散半径,r,是一个重要参数，它对灌浆工程量及造价具有重要的影响。,r,值可按理论公式计算（球形、柱形扩散、袖套管法），当地质条件复杂或计算参数不易选准时，就应通过现场灌浆试验确定。在没有试验资料时，可按土渗透系数参照下表取值：,扩散半径，并非最远距离，而是符合设计要求的扩散距离；确定扩散半径，要择取多数条件下可达到的数值，而不是取平均值；,28,注浆孔的布置是根据浆液的注浆有效范围，,且应相互重叠,，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的：,六、孔位布置,1,、单排孔的布置,假定浆液扩散半径,r,已知，浆液呈圆球状扩散，则两圆必须相交才能形成一定厚度,b,。,l,值越小，,b,值越大，而当,l=0,时，,b=2r,，这是,b,的最大值，但,l=0,没有意义（重合）；反之,l,越大，,b,值越小，当,l=2r,时，两圆相切，,b=0,，,故孔距,l,必须在,r,与,2,r,之间选择。,l-r,r-(l-r),l-r+r-(l-r)/2,r,29,2,、多排孔的布置,1,、排距,R大于,r+b/2,。两排孔不能紧密搭接，在灌浆体中留下“窗口”。,多排孔设计的原则是要充分发挥灌浆孔的潜力，以获得最大的灌浆体厚度，但不同的设计方法，将得出不同的结果：,窗口,2,、排距,R,小于,r+b/2,。两排孔搭接过多，将造成浪费。,R,r,b/2,30,3,、排距,R,等于,r+b/2,。两排孔,正好,紧密搭接，最大限度发挥了各灌浆孔的作用，是一种最优设计。,则：,最优排距,R,m,和,最大灌浆有效厚度,B,m,的计算式为：,（,1,）两排孔,（,2,）三排孔,（,3,）五排孔,31,综上：可得出多排孔的,最优排距,、,最优厚度,统一表达式为：,最优排距：,（,1,）奇数排,:,最优厚度：,（,2,）偶数排,:,式中：,n,为灌浆孔排数。,在设计工作中常遇到,n,排孔厚度不够，,n+1,排孔厚度又偏大的情况，必要时可放大孔距来调整，但也应对钻孔费用和浆材费用进行比较，以确定合理的孔距。,32,由于浆液的扩散能力与灌浆压力大小密切相关，故高灌浆压力能使钻孔数减少、使一些微细孔隙张开，有助于提高可灌性；高灌浆压力还能在充填物中造成劈裂灌浆，使软弱材料的密度、强度和不透水性改善；高灌浆压力还有助于挤出浆液中多余水分，使浆液结石的强度提高。,七、容许灌浆压力的确定,当灌浆压力超过地层的压重和强度时，将有可能导致地基及其上部结构破坏，故一般,以不使地层结构破坏或仅发生局部和少量破坏，作为确定地基允许灌浆压力的基本原则。,33,七、容许灌浆压力的确定,进行灌浆试验时，一般是用逐步提高压力的方法求得注浆压力与注浆量关系曲线：,灌浆压力,灌浆量,P,f,当压力升至某一数值（,P,f,），而灌浆量突然增大时，表明地层结构发生破坏或孔隙尺寸已被扩大，因而可把此时的压力值作为,地基容许灌浆压力值。,34,灌注所需的浆液总量,Q,按下式计算：,八、灌浆量,式中：,Q,浆液总用量（,L,）；,V,注浆对象的土量（,m,3,）,n,土的孔隙率（,%,）；,K,经验系数：,软土、粘性土、细砂,K=0.3-0.5,中砂、粗砂,K=0.5-0.7,砾砂,K=0.7-1.0,湿陷性黄土,K=05-0.8,35,9.5.1,灌浆施工方法的分类,灌浆施工方法的分类主要有两种：,(,一,),按注浆管设置方法的分类；,(,二,),按灌浆材料混合方法或灌注方法的分类，如表,9-9,所示。,9.5,施工方法,36,一、按注浆管设置方法的分类,1.,用钻孔方法,:,主要用于基岩或砾岩或已经压实过的地基。,2.,用打入方法,:,当灌浆深度较浅时，可用此法。,3.,用喷注方法,:,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。,二、按灌注方法分类,1.,一种溶液一个系统方式,2.,两种溶液一个系统方式,3.,两种溶液两个系统方式,37,三、按注浆方法分类,1.,钻杆注浆法,38,2.,单过滤管注浆法,39,3.,双层管双栓塞注浆法,40,4.,双层管钻杆注浆法,特点：,1,）注浆时使用凝胶时间非常短的浆液；,2,）土中的凝胶体容易压密实，可得到强度较高的凝胶体；,3,）由于是双液法，若不能完全混合时，可能出现不凝胶的现象。,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。,41,9.5.2,灌浆,(1),注浆孔的钻孔孔径一般为,70,110mm,，垂直偏差应小于,1,。倾角偏差不得大于,20,。,(2),当钻孔钻至设计深度后，必须通过钻杆注入封闭泥浆，直到孔口溢出泥浆方可提杆，当提杆至中间深度时，应再次注入封闭泥浆，最后完全提出钻杆。,(3),注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、建筑物的荷载、浆液黏度、灌注速度和灌浆量等因素有关。,(4),若进行第二次注浆，化学浆液的黏度应较小，宜采用两端用水加压的膨胀密封型注浆芯管。,(5),灌浆完后就要拔管，若不及时拔管，浆液会把管子凝住而将增加拔管困难。拔管时宜使用拔管机。,42,(6),灌浆的流量一般为,7,10L,min,。对充填型灌浆，流量可适当加大，但也不宜大于,20L,min,。,(7),在满足强度要求的前提下，可用磨细粉煤灰或粗灰部分地替代水泥，掺人量应通过试验确定，一般掺人量约为水泥重量的,20,50,。,(8),为了改善浆液性能，可加入外加剂。,(9),冒浆处理。,43,灌浆质量,一般指灌浆施工是否严格按设计和施工规范进行，如不符，则应根据具体情况采用适当补充措施；,灌浆效果,是指灌浆后能把地层的物理力学性质改善到什么程度。,地基灌浆最重要的效果检验方法是在,灌浆体内钻孔,，并通过钻孔进行不同的测试工作：,9.6,灌浆效果检验,44,1,、灌浆结束后，通过灌浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等方法测定地基的流量及渗透系数，不合格者需进行补浆；,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（样品密度、结石性质、浆液的充填率及剩余孔隙率、,qu,及,f,、渗透性及长期渗流稳定性、变形模量和蠕变性）；,3,、建筑物投入运行后，通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量；,4,、分析地层的耗浆量情况；,5,、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。,9.6,灌浆效果检验,45,