地基处理-教学课件-贺建涛-第七章1.pptx
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1、 第七章 浆液固化法 浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液,通过灌注压入、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。目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法外,后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高压射水切削地基土,通过注浆管喷出浆液,就地将土和浆液进行搅拌混合,后者通过特制的搅拌机械,在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和,使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 1.概述 灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管把浆液均匀地注入地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,赶走
2、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”。灌浆法的应用始于1802年,法国工程师Charles Beriguy在Dieppe采用了灌注粘土和水硬石灰浆的方法修复了一座受冲刷的水闸。此后,灌浆法成为地基加固中的一种常用方法。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (1)加固目的有以下几个方面:增加地基的不透水性,常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件;截断渗透水流,增加边坡、堤岸的稳定性。常用于整治塌方、滑坡、堤岸以及蓄水结构等;提
3、高地基承载力,减少地基的沉降和不均匀沉降;提高岩土的力学强度和变形模量,固化地基和恢复工程结构的整体性,常用于地基基础的加固和纠偏处理。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (2)应用主要有以下几个方面:坝基的加固及防渗 建筑物地基的加固 土坡稳定性加固 挡土墙后土体的加固 已有结构的加固:道路地基基础加固 地下结构的止水及加固:井巷工程中的加固及止水 动力基础的抗振加固 其他:预填骨料灌浆、后拉锚杆灌浆及钻孔灌注桩后灌浆。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法大坝帷幕灌浆第七章 浆液固化法7.1 灌浆法溢洪闸帷幕灌浆第七章 浆液固化法7.1 灌浆法建筑物地基的加固第七章 浆液固化法7.1 灌浆法土坡稳
4、定性加固第七章 浆液固化法7.1 灌浆法隧道加固第七章 浆液固化法7.1 灌浆法挡土墙后土体的加固第七章 浆液固化法7.1 灌浆法道路地基基础加固第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 2 加固机理 (1)渗透灌浆 渗透灌浆是指在压力作用下使浆液填充土的孔隙和岩石的裂隙,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和体积,所用灌浆压力相对较小。这类灌浆一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。代表性的渗透灌浆理论有:球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论。球形扩散理论 a.被灌砂土为均质的、各向同性的;b.浆液为牛顿体;c.浆液从灌浆管底端注入地基土内;d.浆液在地层中呈球状扩散。
5、第七章 浆液固化法7.1 灌浆法dhhh0地下水位灌浆管图7-1 注降管底端注浆球型扩散图第七章 浆液固化法7.1 灌浆法第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 柱形扩散理论 袖套管法理论第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (2)劈裂灌浆 劈裂灌浆是指在灌浆压力作用下,向钻孔泵送不同类型的流体,以克服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,使其垂直小主应力的平面上发生劈裂,使地层中原有的裂隙和孔隙张开,浆液的可灌性和扩散距离增大,而所用的灌浆压力相对较高。砂和砂砾石地层第七章 浆液固化法7.1 灌浆法第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 粘性土地层 在粘性土地层中,水力劈裂将引起土体固结
6、及挤出等现象。在只有固结作用的条件时,可用下式计算注入浆液的体积V及单位土体所需的浆液量Q:在存在多种劈裂现象的条件下,则可用式(7.11)确定土层被固结的程度C:第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (3)压密灌浆 压密灌浆是指通过在土中灌入极浓的浆液,在注浆点使土体挤密,在注浆管端部附近形成“浆泡”,如图7-4所示。当浆泡的直径较小时,灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大,便产生较大的上抬力而使地面抬动。水泥浆封闭浆泡图7-4 压密灌浆原理示意图第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (4)电动化学灌浆 电动化学灌浆是指在施工时将带孔的灌浆管作为阳极,用滤水管作为阴极,将溶液由阳极
7、压入土中,并通以直流电(两电极间电压梯度一般采用0.31.0V/cm),在电渗作用下,孔隙水由阳极流向阴极,促使通电区域中土的含水量降低,并形成渗浆通路,化学浆液也随之流入土的孔隙中,并在土中硬结。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法AB水力坡降线第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 3.灌浆材料及选用原则 (1)灌浆材料 灌浆工程中所用的材料由主剂(原材料)、溶剂(水或其它溶剂)及外加剂混合而成。通常所说的灌浆材料是指浆液中的主剂。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。灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统,其后再按材料的主要特点细分为不稳定粒状浆材、稳定粒
8、状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类,如图7-5所示。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 粒状浆材 粒状浆材主要包括纯水泥浆、粘土水泥浆及水泥砂浆三种,这些浆材容易取得、成本低廉,故在各类工程中应用最为广泛。为了改善粒状浆材的性质,以适应各种自然条件和不同灌浆目的的需要,还常在浆液中掺入各种外加剂。粒状浆材的主要性质包括;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。a.分散度 分散度是影响可灌性的主要因素,一般分散度越高,可灌性就越好。分散度还将影响浆液的一系列物理力学性质。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 b.沉淀析水性 在浆液搅拌
9、过程中,水泥颗粒处于分散和悬浮状态,但当浆液制成和停止搅拌时,除非浆液极浓;否则,水泥颗粒将在重力作用下沉淀,并使水向浆液顶端上升。沉淀析水性是影响灌浆质量的有害因素。浆液水灰比是影响析水性的主要因素。c.凝结性 浆液的凝结过程分为两个阶段:初级阶段,浆液的流动性减少到不可泵送的程度;第二阶段,凝结后随时间而逐渐硬化。d.热学性质 由水化热引起的浆液温度主要取决于水泥类型、细度、水泥含量、灌注温度和绝热条件等因素。当大体积灌浆工程需要控制浆温时,可采用低热水泥、低水泥含量及降低拌和水温度等措施。当采用粘土水泥浆灌注时,一般不存在水化热问题。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 e.收缩性 浆液及结
10、石的收缩性主要受环境条件的影响。潮湿养护的浆液只要长期维持其潮湿条件,不仅不会收缩还可能随时间而略有膨胀;反之,干燥养护的浆液或潮湿养护后又使其处于干燥的环境中,就可能发生收缩,一旦发生收缩,就将在灌浆体中形成微细裂隙,使灌浆效果降低,因而在灌浆设计中应采取预防措施。f.结石强度 影响结石强度的因素主要包括浆液的起始水灰比、结石的孔隙率、水泥的品种及掺和料等,其中以浆液浓度最为重要。浆液的起始水灰比越大,结石的最终水灰比就越高,相应的抗压强度也越低。当水泥浆中掺入粘土时,其强度将大大降低。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 g.渗透性 和结石的强度一样,结石的渗透性也与浆液的起始水灰比、水泥含量
11、及养护龄期等一系列因素有关。h.耐久性 水泥结石在正常条件下是是耐久的,但若灌浆体长期受水压力作用,则可使结石破坏。当地下水有侵蚀性时,宜根据具体情况选用矿渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸盐水泥或高铝水泥。由于粘土料基本上不受地下水的化学侵蚀,故粘土水泥结石的耐久性比纯水泥结石好。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 化学浆材 化学浆材的品种很多,包括环氧树脂类、甲基丙烯酸脂类、聚氨脂类、丙烯酰胺类、木质素类和硅酸盐类等。化学浆材的最大特点是浆液属于真溶液,初始粘度大都较小,故可用来灌注细小的裂隙或孔隙,解决水泥浆材难于解决的复杂地质问题。化学浆材的主要缺点是造价较高和存在污染环境问题,使这类浆材的推广
12、应用受到较大的局限。混合型浆材 混合型浆材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几类。此类浆材包括了上述各类浆材的性质,或用来降低浆材成本,或用来满足单一材料不能实现的性能,尤其是水玻璃水泥浆材,由于具有成本低和速凝的特点,现以被广泛用来加固软土层和解决地基中的特殊问题。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (2)灌浆材料选用原则 a.浆液粘度低,流动性好,可灌性强,能进入细小裂隙;b.浆液的凝胶时间在一定范围内可调,并能准确控制;c.浆液的稳定性好,在常温常热下较长时间存放不改变其基本性质,不发生强烈化学反应;d.浆液无毒无臭、不污染环境,对人体无害,属非易燃易爆物品;e.浆液对
13、注浆设备、管路、混凝土建(构)物及橡胶制品无腐蚀性,并且容易清洗;f.浆液固化时无收缩现象,固化后与岩土体、混凝土等有一定的粘结性;g.结石体具有一定的抗压抗拉强度强度,不龟裂,抗渗性能、防冲刷性能及抗老化性能好,能长期耐酸、盐、碱、生物细菌等腐蚀,并且不受温度、湿度变化的影响;h.材料来源丰富,价格低廉;i.浆液配制方便,操作简易。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 4.灌浆设计 (1)设计程序和设计内容 设计程序 a.地质调查。查明场地的工程地质特性和水文地质条件。b.方案选择。根据工程性质、灌浆目的及地质条件,初步选定灌浆方案。c.灌浆试验。除进行室内灌浆试验外,对较重要的工程,还应选择有
14、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。d.设计和计算。确定各项灌浆参数和技术措施。e.补充和修改设计。在施工期间和竣工后的运营过程中,根据观测所得的异常情况,对原设计进行必要的调整。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 设计内容 a.灌浆标准。通过灌浆要达到的效果和质量指标。b.施工范围。包括灌浆深度、长度和宽度。c.灌浆材料。包括浆材种类和浆液配方。d.浆液影响半径。指浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离。e.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。f.灌浆压力。规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力。g.灌浆效果评
15、估。用各种方法和手段检测灌浆效果。第七章 浆液固化法7.1 灌浆法 (2)水泥浆液灌注法 水泥浆液一般都采用普通硅酸盐水泥为主剂,是一种悬浊液,它能形成强度较高和渗透性较小的结石。灌浆标准 所谓灌浆标准,是指设计者要求地层或结构经灌浆处理后应达到的质量指标。所用灌浆标准的高低,直接关系到工程量、进度、造价和建(构)筑物的安全。a.防渗标准 所谓防渗标准,是指地层或结构经灌浆处理后应达到的渗透性要求,是工程为了减少地基的渗透流量、避免渗透破坏、降低渗透压力提出的对地层的渗透性要求。在砂或砂砾石地基中,防渗标准都采用渗透系数来控制。在岩石地基中,我国多采用单位吸水量来控制。第七章 浆液固化法7.1
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