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1、地基处理新技术报告注浆法姓名：王双 学号：080520008老师：刘毓氚 福州大学 2009.11内容提要u 注浆工程两种工法静压注浆高压喷射注浆u 注浆工程理论及计算四种灌浆理论灌浆设计计算灌浆标准u 注浆工程的注浆材料注浆材料组成、要求及分类u 注浆工程施工方法及设备 注浆施工方法分类、施工设备简介及注浆泵u 注浆工程适用范围高压喷射注浆法适用范围静压注浆适用范围u 历史与前瞻注浆工程u 注浆工程两种工法注浆工程按注浆方式可分为静压注浆和高压喷射注浆。下面介绍二者的特点：1. 静压注浆静压注浆的实质是指利用液压、气压和电化学原理，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
2、式，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体。静压法的加固目的有以下几个方面：（1）增加地基土的不透水性，防止流沙、开挖时涌水，以及改善地下工程的开挖条件。（2）防止桥墩和边坡护岸的冲刷。 （3）整洁坍方滑坡，处理路基病害。 （4）提高地基土的承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降。 （5）进行托换技术，加固各种地基。 静压注浆的突出特点：（1）不仅水电建设中几乎每个坝址都要进行大规模防渗透和加固灌浆，还应用在其他土木工程建设中， （2）可用的浆材品种越来越多。（3）化学浆材的发展提供了更加有效的手段，使静压注浆的总体水平得到提高。（4）劈裂灌浆可作防渗帷幕，软弱地基劈裂灌浆技术已越来越多用作提高地基
3、承载力和消除（或减少）沉降的手段。 2. 高压喷射注浆高压喷射注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20Mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。土粒便从土体剥落下来。与浆液搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。高压喷射注浆的加固目的有以下几个方面：（1）加固地基，提高地基的抗剪强度 （2）改善土的变形性质，使其在上部荷载直接作用下，不产生破坏或过大的变形 （3）组成闭合的帷幕，用于载阻地下水流和治理流沙。 高压喷射注浆的突出特点：（1）适用范围广、施工简便、可各方向喷射（2）可控固结体形状、耐久性好 （3）浆材来源广，价格低廉 （
4、4）浆液集中流失少、无公害、安全 （5）设备简单、管理方便 高压喷射注浆法按施工方法分类有：（1）单管法：单管旋喷注浆法是利用钻机等设备，把安装在注浆管（单管）部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20Mpa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，便在土中形成圆柱状的固结体。单管法示意图（2）二重管法：使用双通道的二重注浆管，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右压力，把压缩空气从
5、外喷嘴中喷出。在高压浆液流和它外圈环绕所流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体。和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。（3）三重管法：与二重管法类似，不同之处在于使用分别输送水、气、浆3种介质的三重注浆管（4）多重管法：在地面钻一个导孔，然置入多重管，用逐渐向下运行的旋围超高压水射流（压力约40MPa），切削破坏四周的土体，以高压水冲击下来的土和石，随着泥浆立即用真空泵从多重管中抽出。用浆液、砂浆、砾石等材料填充之，一个大直径的柱状固结体，（5）分喷法：用小型钻机钻一个导孔，然后用高压泵（压力为3050MPa）高压喷射水流扩孔，高压水携带出
6、土颗粒而成为全置换法，再用规泥浆喷射水浆浆液充填而形成固结桩体，该桩体承载力高。u 注浆工程理论及计算注浆工程按理论可分为渗透灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆、电动化学灌浆四种。（1）渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填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（砂性土灌浆的结构原理），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。浆液扩散半径的计算：式中：K为砂土的渗透系数（cm/s）； h1 为灌浆压力为浆液粘度对水的粘度比； r0为灌浆管半径（cm）；t为灌浆时
7、间（s）；n为砂土的孔隙率。 （2）劈裂灌浆是指压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙、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：当灌浆压力p0达到上式时，地层就会导致的破坏 式中：r为砂或砂砾石的重度（cm3/g）； rw为水的重度，（cm3/g）； h为灌浆段深（m）； hw为地下水位高度，（m）； k为主应力比。粘性土层：在存在多种劈裂现象的条件下，则可用式下确定土层被固结的程度C：式中：V为灌入土中的水泥结石总体积（m3） n0为土的天然孔隙率； n1为灌浆后
8、土的孔隙率。（3）压密灌浆是指通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，在注浆管端部附近形成浆泡。当浆泡的直径较小时，灌浆压力基本沿钻孔的径向扩展。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。 压密灌浆常用于中砂地基，粘土地基中若有适宜的排水条件也可采用。如遇排水困难可能在土体中引起高孔隙水压力时，这就必须采取很低的注浆速率。压密灌浆可用于非饱和的土本，以调整不均匀沉降进行托换技术以及在大开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固 。（4）电动化学灌浆是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极，滤水管作为阴极，将溶液由阳极压入土中，并通以直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使通电区
9、域中土的含水量降低，并形成渗浆通中路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中硬结。灌浆法的加固机理主要是： 化学胶结作用； 惰性填充作用； 离子交换作用。灌浆设计计算：设计程序、内容、方案选择地基灌浆设计一般遵循以下几个程序：（1）地质调查 查明地基的工程地质特性和水文地质条件；（2）方案选择 根据工程性质、灌浆目的，初步选定灌浆方案；（3）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式方法提供依据；（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 在施工期间和竣工后的运用过程中，根据 观测所得的异常
10、情况，对原设计进行必要的调整。设计内容主要包括：（1）灌浆标准 通过灌浆要求达到的效果和质量指标；（2）施工范围 包括灌浆程度、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 指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程度的允许最大灌浆 压力；（7）灌浆效果评估 用各种方法和手段检测灌浆效果。灌浆方案的选择：（1）灌浆目的如为提高地基强度和变形模量，一般可选用以水泥为基本材料的水泥浆、水泥砂浆和水泥-水玻璃浆等。（2）灌浆目的 如为防渗堵漏时，可采用
11、粘土水泥浆、粘土水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物、丙凝、AC-MS、铬木素以及无机试剂为固化剂的硅酸盐浆液等。（3）在裂隙岩层中灌浆一般采用纯水泥浆以及在基中或在水泥砂浆中掺入少量膨润土；在砂砾石层中或在溶洞中采用粘土水泥浆；在砂层中一般只采用化学浆液，在黄土中采用单液硅化法或碱液法。（4）对孔隙较大的砂砾石层或裂隙岩层中采用渗入性注浆法，在砂层灌注粒状浆材宜采用水力劈裂法。灌浆标准：1防渗标准防渗标准不是绝对的，应根据每个工程各自的特点，通过技术经济比较确定一个相对合理的指标。对重要的防渗工程，都要求将地基土的渗透系数降低至10-410-5cm/s以下。2强度和变形标准 （1）为了增加磨擦柱的承载
12、力，主要应沿桩的周边灌浆，以提高桩侧界面间的粘聚力，对、支承桩则在柱底灌浆以提高桩端土的抗压强度和变形模量；（2）为了减少坝基础的不均匀变形，仅需在坝下游基础受压部分进行固结灌浆，以提高地基土的变形模量，而无需在整个坝基灌浆；（3）对振动基础，有时灌浆目的只是为了改变地基的自然 频率以消除共振条件，因而不一定需用强度较高的浆材；（4）为了减小挡土墙的土压力，则应在墙背至滑动面附近的 土体中灌浆，以提高地基土的重度和滑动面的抗剪强度3施工控制标准 灌浆后的质量指标只能在施工结束后通过现场检测来确定。有些灌浆工程甚至不能进行现场检测，因此必须制定一个能保证获得最佳灌浆效果的施工控制标准。u 注浆工
13、程的注浆材料注浆材料的组成：（1）原材料：原材料包括主剂和助剂，助剂可根据它在浆液中的作用，分为固化剂，催化剂，速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等（2）浆液：它是原材料用水或其他溶剂混合后所配制的液体，也是注浆时所用的材料 （3）结石体：它是浆液经过一定的化学或物理反应之后形成的固体，用一充填、堵塞地层中的裂隙或孔隙，达到堵水或加固有目的注浆材料的要求：（1）浆液粘度低、流动性好、可注性好，能够进入细小隙缝和粉细砂层（2）浆液凝固时间能够在几秒至几小时内任意调节，并能准确地控制（3）浆液的稳定性好，常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，不发生强烈的化学反应（4）浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害
14、，属非易燃、易爆物品（5）浆液对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性，并且容易清洗（6）浆液固化时，无收缩现象，固化后有一定粘结性，能牢固地与岩石、混凝土及砂子等粘结（7）浆液结石率高，结石体有一定的抗压强度和抗拉强度，不龟裂，抗渗性好（8）结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀，并且不受温度、湿度的影响（9）注浆材料的粒度越细，注浆效果越好，但浆液成本也就越高（10）浆液配制方便，操作容易 掌握，原材料来源丰富，价格便宜，能够大规模使用 单液水泥类浆液 水泥粘土类浆液 无机系列 可控域粘土固化浆液 水泥水玻璃类浆液 水玻璃类浆液 注浆材料 丙稀酰胺类浆液 质素类浆液
15、 有机系列 脲醛树酯类浆液 聚氨酯类浆液 其他有机类浆液注浆材料分类u 注浆工程施工方法及设备 注浆工程按其施工作用不同分为固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆三种（1）固结灌浆是在岩土表层中钻孔，加固浅层地基常见的灌浆方法，作用是增强地基的承载能力，提高地基的抗滑稳定性能和防渗能力。特点是钻孔浅、孔多。（2）帷幕灌浆是为增强各种基础抗渗透能力而被广泛采用的一种处理方法。在钻孔中灌浆，使浆液压入岩石裂隙或砂砾石层的空隙中去，形成一道类似帷莫的混凝土防渗墙，特点是一般钻孔较深，呈多排线形组合，灌浆压力也较大。（3）接触灌浆通常是指在岩石基础上修建重力坝时，在坝体混凝土与岩石接触面之间，采用的一种方法，目
16、的在于使两者结合紧密，保持整体性 。注浆设备：注浆设备：及器具：主要包括钻机、钻具、注浆泵、搅拌机、注浆管线总成、止浆塞和混合器等，其中钻机与钻具是成孔设备，而注浆泵、搅拌机等其他设备、器具则是制备、输送浆液 。这里主要介绍一下注浆泵注浆泵： 注浆泵是注浆施工中最重要的设备之一，注浆泵就胡足够的排浆量，泵压应大于最大注浆压力的1/41/5倍，以保证注浆工作的顺利进行。 注浆泵的要求：就静压注浆而言，由于浆液对地层裂隙或孔隙的充塞作用，裂隙或孔隙将逐渐变小，吸浆量也逐渐变低，相应的注浆压力呈递增趋。尤其在不是的注浆深度、不同的岩层条件下，要求采用不同在注浆流量和压力。在双液注浆施工中，为了能准确
17、控制浆液的凝固时间，两液的吸浆量应满足一定的比例关系，要求注浆泵在注浆过程中，能随时调节流量、压力，而且供液要均匀稳定，以满足注浆工艺和保证注浆质量的要求。 对于高压旋喷注浆，它是通过泵的作用，把低压吸入的浆液或水，以高压排出，从而使喷嘴处液流压力升高。喷嘴处液流压力愈高，喷射流的破坏力愈大，固结体的尺寸也愈大。因此高压旋喷注浆法要求的泵压要比静压注浆大，一般要求注浆泵额定压力为2034MPa，额定流量为85L/min左右。 u 注浆工程适用范围高压喷射注浆法适用范围：高压喷射注浆主要用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。工程使用范围：（1）增加地基强度,挡
18、土围堰及地下工程建设。（2）增大土的摩擦力和粘聚力。 （3）减少振动，防止液化,降低土的含水量。 （4）防渗帷幕,防止洪水冲刷。静压注浆适用范围：（1）地铁的灌浆加固、坝基砂砾石灌浆、后拉锚杆灌浆、竖井灌浆,隧洞大塌方灌浆加固、加固桥索支座岩石（2）对钻孔灌注桩的两侧和底部进行灌浆。以提高桩与土间的表面摩阻力和桩端土体力学强度 （3）用静压注浆引偏u 历史与前瞻注浆工程的历史近几十年来 ,国内外许多学者根据流变学和地 下水动力学原理对注浆进行了大量理论研究, 展了一些注浆理论。但总体来说 , 与注浆材料、注 浆工艺、注浆设备的快速发展呈鲜明对比的是注浆 理论的研究相对还比较落后 进展缓慢。其主
19、要原 因是被注介质的不均匀性和不确定性以及浆液本身的多变性 ,并且,注浆理论及机制的研究一直被人们所忽视 ,这些都增加了理论分析的困难。1 渗透注浆 (Permeating Grouting) 历史上, 国内外许多学者对渗透注浆进行了理论研究, 代表性的有球型扩散Magg( 1938) 公式、Raffle - Greenwood (1961) 公式、柱型扩散公式、袖 套管法计算公式、宾汉流体扩散公式、粘时变流体在地层中的渗透公式、刘嘉材的单平板裂隙注浆渗透模型、Baker (1955) 通过图解法得出的浆液在孔隙中的扩散规律、Louis 的牛顿浆液在二维粗糙裂隙中的流动公式 , 此后 , Wi
20、ttke , Wallner, H. B 加宾, G. Lombadi , Amadei 等相继推导出了宾汉流体在裂隙中的流动规律, 前苏联学者进行了细砂层中浆液扩散参数的实验研究, 奥地利学者进行了单裂隙浆液流动过程的模拟实验 ,还有我国水利水电科研究院研制的的平板型注浆实验台以尽东美大学研制的糟型反扁圆柱状试验台等，这些实验和理论都促进了注浆技术的发展。但是,上述计算公式和理论都是在特定的物理模型基础上得到的,它们总结了注浆中的一些规 律,具有一定的理论价值,但是由于复杂的地层条件和注浆工程的隐蔽性,应该说没有任何一个公式能真正准确地反映出地下工程中浆液的流动规律 ,这些公式都存在缺陷,甚
21、至与实际情况相差很大。目前渗透注浆理论仍然存在着许多问题有待于深入研究:(1) 现有渗透注浆理论都没有考虑被注介质的非匀质性和各向异性, 应建立一种适用于各向异性的渗透注浆理论; (2) 渗透注浆施工过程的监控及注浆效果的检测技术目前还不成熟,仍然是注浆技术的一个薄弱环节,对注浆效果也没有一个明确的判别标准 , 往凭经验定性判断;(3)渗透注浆工程的注浆效果与被注介质的工程地质、水文地质有相当密切的关系, 浆理论仅对注浆技术本身进行研究,缺乏对被注介质的研究。2 劈裂注浆 (Hydro - fracture Grouting)劈裂注浆在地下工程施工中有着广泛的应用 ,国内外许多学者对如何确定其
22、注浆范围、注浆压力、注浆材料及注浆量等参数都做过大量的探讨和 研究。但是在实际工程中大部分的注浆设计都是建立在经验的基础上进行 , 目前并没有较合理的理论方法。3 压密注浆 Compaction Grouting)压密注浆起源于美 国, 称其为 CPG( com2917 paction grouting) 工法,该法已有 60 多年的应用历史, 1970 年Mitchell对压密注浆和其它注浆法进行了比较,1973 年Brom 和 Winer 论述了压密注浆和注浆力学,1974 年Brom 和 Winer 提出了压密注浆的设计和施工准则, 之后 , Graf 和 Winer 等人一直致力与压密
23、注浆技术的研究。压密注浆的最大优点是它对于最软弱土层区域能起到最大限度的压密作用。在压密注浆过程中,浆泡挤压邻近的土体, 使土体被压密,承载力提高, 浆液不向土体渗透,只对土体产生挤压作用,使土体密实, 因而土体不发生水力劈裂, 这就是压密注浆与劈裂注浆的根本区别。虽然压密注浆的机理先后被国外的学者探讨过, 但是, 目前对压密注浆的认识还主要是依靠工程经验和现场实验。该工法最适用的土体是渗透注浆所不能进行的细砂层、粉砂层、黏土层等 ,也可用于有充分排水条件的粘土和非饱和粘性土 , 在大 开挖或隧道开挖时对邻近土进行加固, 特别是对已建成的建筑物软基, 进行压密注浆加固是提高地基注承载力的一种良
24、好手段。目前, 与国外的压密注浆工艺相比,我国所进行的压密注浆工艺,在注浆点周围邻近土体的加固 强度指标很难达到理想的设计要求, 在工艺方面还需要进一步的改进。4 高压喷射注浆 (High jet Grouting) 高压喷射注浆技术系在20 世纪60 年代末起源于日本, 当初它是为了处理大阪一起用冻结法加固地基失败造成的塌方事故而出现的一项技术 ,年日本研制出单管旋喷注浆法 (CCP)后, 相继又研制出二重管JSG、三重管旋喷注浆法和SSSMAN 多管旋喷注浆法。目前研究比较深入 的有Super Jet工法, MJ S (Metio Jet System)工法和RGP工法。Super Jet
25、工法是H.Yoshido 约希多、S.Jimbo (吉姆伯) 等人19871992 年期间研制的一种大直径高压喷射注浆法 ,其直径可达510 m ;MJ S (Metio Jet System) 工法最早是由日本中西涉等人开始研究,其特点是可以全方位喷射注浆施工垂直深度和水平深度大大加深, 并且可以任意选择桩径;RGP 工法是在三管法的基础上改进的采用了二次喷射, 桩的直径大大增加。高压喷射注浆是高压喷射技术与注浆技术的完美结合,实践证明这种结合丰富了注浆的内涵, 有较大的灵活性,是注浆技术的一次质的飞跃,工法与普通注浆法相比具有以下特点:(1)扩大了静压注浆的使用范围,细粘土体不易注浆的难题
26、; (2)由于高速射流被限制在土体破碎范围内,因此浆液不易流失,能保证预期的加固范围和控制固结体的形状; (3)通过改变注浆材料和工艺, 可使土体达到一定的强度和渗透性要求;(4)一般都用水泥浆, 不会造成环境和地下水的污染,无公害问题 ,且耐久性好;(5)能在钻孔中任何一段内施工 ,也可以在孔底或中部喷射 , 此外 , 也可以水平方向喷射和倾斜方向喷射施工;由于高压喷射注浆技术的实用性,手的工程问题, 因此发展很快,采用此技术施工和实验的项目已达数百项之多。注浆工程的前瞻 注浆理论是在水力学、流体力学、固体力学等相关理论的基础上发展起来的, 对浆液的流动形式和固结方式进行分析, 建立扩散半径、注浆压力、流量等之间的关系。 该理论自问世以来 ,在大量工程实际中得到了广泛应用,发挥了巨大作用, 同时经过广大科研人员的潜心研究和不懈努力 ,其理论也得到了长足的发展。但是, 由于地质条件和浆液本身的不确定性, 导致了注浆成为一门实践性非常强的技术 ,因此, 在现场注浆中, 应多加强试验理论研究和现场实测,才能获得最佳的设计方案和施 工效果。 相信随着时代与科技的进步，各种工程对注浆技术的需要，注浆工程中各种现实的技术问题的出现，各种精密仪器的涌现以及研究者们对注浆法的深入研究，注浆法在理论上和定量分析上定将获得突破。
