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1、单向阀管土体注浆加固工法铁道部第十三工程局 赵鹏威王宁、刖言单向阀管注浆加固主要用于软土地基的整体或局部加固，大坝的防渗，以 及深基坑在施工过程中出现的地面沉降的加固，基坑渗水的堵漏等工程。实践证明，在地面以下一定深度的土层加固和跟踪注浆加固中，单向阀管 注浆具有施工方便、效果较好的优点，特别是对土体深部的定点、定量注浆， 更是其它注浆方法所无法代替的。二、工法优点1. 可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以重复注浆；2. 可使用较高的注浆压力，灌浆时冒浆和串浆的可能性小；3. 钻孔和灌浆设备分开，有效提高钻孔设备的利用率。三、适用范围本工法适用于各种土质情况下的注浆加固，且可确定加固范围。四、
2、施工工艺（一）、工艺原理利用钻机钻孔至需注浆的土体范围，钻孔时作为循环护壁的泥浆起到冷却 钻头、提携钻屑保护孔壁的作用，通常采用优质泥浆，接着在钻好的孔内灌注 套壳料（封闭泥浆）、插入单向注浆阀管。在注浆区，单向阀管上每隔3350cm 有一环注浆孔（孔外用橡皮套密封），一环孔即一个注浆段，止浆塞采用双塞系 统，而且一套塞子只能包含一环灌浆孔。当封闭泥浆达到一定强度后，在单向 阀管中插入双向密封注浆芯管（输浆钢管），进行分层注浆。首先，加大压力使 浆液顶开橡皮套，浆液在压力的驱使下挤破套壳料，使土体产生劈裂并沿着裂 缝扩散，并充满土体的空隙，起到加固的作用。一般注浆从底部向上进行，达 到一定的注
3、浆量或一定的压力后，将注浆钢管提升一定高度继续注浆，这样重 复进行。图1为注浆工艺示意图。钢管连接件止浆圈钢管开孔止浆圈单向注浆阀管定位圈单向膨胀圈注浆孔开孔连接件注 浆 方 向T图1 注浆工艺示意（二）、工艺流程（如图2）（三）、施工要素的确定要确定的要素包括注浆孔位的布置、浆液配料及配合比、注浆容许压力、第2页共11页注浆量等。1、注浆孔位的布置注浆孔位的布置是根据浆液的注浆有效范围，且应相互重迭，使被加固 土体在平面及深度范围连成一个整体的原则决定的。（1）、扩散半径r确定理论计算的原理及参数一般不易确定，通常采用经验值或现场灌注法来确定。（2）、单排孔的布置如图3所示，L为灌浆孔距，r
4、为浆液扩散半径，则灌浆体的设计厚度b为:b= /v r2 -L2/4当L=2r时两圆相切，b为0。如果灌浆体的设计厚度为T，则灌浆孔距为:L=2r2 -T2/4。按以上式进行计算出现以下几种情况：a、L接近0时，b值仍不能满足设计厚度的要求，应采用多排 灌浆孔；b、单排孔能满足设计要求，但若钻孔过多、孔距太小，就应进 行两排孔的方案比较；c、从图4可以看出，当L值较大而设计T值较小时，对减少钻 孔数是有利的，但因L值越大造成的浆液浪费量也越大，故 在设计时，应对钻孔费和浆液费用进行比较，图4的T为设 计帷幕厚度，h为弓形高，L为弓长，每个注浆孔的无效面 积为：Sn=2 X 2/3 X L X
5、h 式中 h=r - T/2,若设土的空隙率为n,并且浆液填满整个孔隙，则浆液的浪费量qn=Sn X n=4/3 X L X h X n(3) 、多排孔的布置当单排孔不能满足设计厚度的要求时，就要采用两排以上的多排孔。多 排孔的设计基本原则是，充分发挥灌浆孔的潜力，以获得最大的灌浆体厚度， 不同的设计方法，得出的结果也是不同的。(a)孔排间搭接不紧(b)孔排间搭接过多图5a, 排距R大于(r+b/2 )。这种情况两排孔不能紧密搭接，将在灌浆 体中留下“窗口”，是不可取的方法，如图5 ( a)所示；b, 排距R小于(r+b/2 )，两排孔搭接过多，造成一定的浪费，也不 理想，如图5(b)所示；c
6、, 排距R等于(r+b/2 )，两排孔正好紧密搭接，最大限度地发挥了根据以上分析，可推导出最优排距Rm和最大灌浆量有效厚度Bm 的计算式： 两排孔：Rm=r+b/2=r+L2/4，第4页共11页B m=2r+b=2(r + /J r2 -L2/4 )； 三排孔：Rm同上，Bm=2r+2b=2 ( r +2 AJ r2 -L2/4 )； 五排孔：Rm同上，Bm=4r+3b=4 (r+1.5 /Vr L2/4 )。综上所述，可得出多排孔的最优排距：Rm=r+b/2=r+ a/ r2 -L2/4 ,最优厚度：奇数排 Bm=(n-1)r+b X (n+1)/2(n-1) 偶数排 Bm=n(r+b/2)
7、=n(r + / r2-L2/4 ),n为灌浆孔排数。2、灌浆材料及配合比的确定浆材一般分为粒状浆材和化学浆材，而粒状浆材在工程中较为常用。通 常使用的粒状浆材为纯水泥浆、水泥粘土浆和水泥沙浆，即水泥基浆液。水泥 基浆液以水泥浆为主，在地下水无侵蚀性的条件下，一般都采用普通硅酸盐水 泥，水泥浆的水灰比一般在0.62.0，通常采用的水灰比为1: 1，为调节水泥 浆的性能，有时也可加入速凝剂或缓凝剂等附加剂。3、注浆量注浆量一般取决于加固土体的空隙率，将土体的空隙用浆液灌满所用的浆 量，就是理论注浆量，其计算式为：Q=V X n式中Q一注浆量，V需加固土体体积，n土体空隙率。4、容许压力容许灌浆压
8、力与一系列因素有关，例如地层土的密度、强度和初始应力， 钻孔深度、位置及灌浆次序等。然而，这些因素又难于准确预知，所以理论上 确定容许压力比较困难，工程中普遍采用经验值或现场灌浆试验，来确定并调 整容许压力大小。上海地基处理技术规范提供砂土中容许压力经验数值是0.20.5MPA， 第5页共11页粘性土中的经验数值为0.20.3MPA。（四）、施工方法说明图7为主要施工步骤示意图。钻 孔灌注套壳料插入单向阀管注 浆图7主要施工步骤示意图1、施工准备准备好检验合格的水泥、泥浆、单向阀管、输浆钢管，接通水源、检 查钻机、注浆机使其处于正常工作状态。2、孔位测量放样根据设计的孔位布置图，现场拉线放样，
9、可以放出主要控制点，也可 以将孔位全部放出。为便于施工，大多采用放出主要控制点，边钻孔边放 样的方法。3、钻机就位平整土地，局部需夯实的地方要夯实，以保证机身稳定。将钻机移至 放好的点位，调整垂直度。4、钻孔预先调查好加固土体的地质情况，根据设计要求定出钻孔孔深、设计 注浆土体范围，钻孔孔径一般在80100mm 范围，钻孔的垂直度误差要小于 1%。边钻孔边压护壁泥浆，直至设计深度。钻孔时要经常检测钻杆的垂直 度，每接一根钻杆，用水准尺在水平面的两个垂直方向调整钻杆的垂直度， 保证垂直度合格。钻孔深度一定要达到设计要求，通常实际深度应略大于 设计深度（10cm以内），但也不可钻深太多，以免浪费。
10、钻孔过程中，有 时会遇到岩石，出现这种情况要进一步调查土体地质情况，若确实已钻至 第6页共11页岩层，可将孔位稍作偏移继续再钻，若只是遇到小面积岩石，则可加入钢 砂或换金刚石钻头继续施工。5、孔内灌套壳料套壳料(封闭泥浆)用来防止注浆时浆液翻出。在钻孔将至设计深度 前，配制好套壳料。套壳料基本都采用以粘性土为主，水泥为副的低强度 配方，为提高套壳料的脆性，有时还掺入细砂或采用粉粒含量较高的粘性 土。表1提供了我国某些工程中使用过比较有效的配方，所用土料为粉质 粘土。套壳料配方表表1配方号材料重量比套壳料浇注时性能指标7天龄期抗压强度(N/ cm 2)水泥土水粘度(s)稳定性析水率(%)111.
11、531.94260.00791020211.51.88-0.03511020钻孔达到设计孔深后，先不要提出钻杆，用水泵将套壳料注入钻杆杆 芯，套壳料会从钻孔孔底注满全孔，直至从钻孔孔口翻出。一般控制孔口 均匀翻出套壳料，证明灌注成功，可以提出钻杆。6、插入单向阀管单向阀管要能承受足够的内压力，为了保险起见，在管子下入钻孔前， 需抽样进行耐压试验，以免灌浆时阀管破裂，抽样合格后方可下管。以设 计注浆土体深度为依据，通过计算确定有孔单向阀管的长度，每个注浆孔 需下入塑料阀管的总长度，要把带有注浆孔的阀管下置于需加固的土体 中。施工过程中，每下一节阀管都要检查密闭情况，有缝隙的地方用防水 胶带粘牢，
12、管子接头处接紧后用胶水粘好。另外，每一节阀管下完就及时 注入清水，克服下管时的浮力。完全下到位后，地面最好留出20cm左右 管头，以便检查孔身垂直度。7、注浆注浆加固须遵循逐渐加密的原则，加密次数视当地地质条件以及施工 期限等具体情况而定，多采用13次注浆加密，注浆一般采用隔孔注浆，相 第7页共11页邻两孔不能立即先后注浆（跳孔）。注浆浆材则由专门工作人员在注浆前配 好、配足。注浆前，配好的浆液放在搅拌机中不停搅拌，保持均匀。在塑料阀管中装入输浆钢管，安装过程中注意检查钢管是否下到阀管管 底。钢管下到位后，浆材配好就位，就可以注浆了。注浆过程中，严密控制 注浆压力，保持在设计压力范围。通常要多
13、次提升输浆钢管，才能注完一个 孔，定量控制钢管每一次提升的时间及提出长度，例如阀管上每隔33cm有 一环注浆孔，则每次在注浆量达到要求时提升钢管约33cm，提升时间根据 注浆量及注浆实际情况而定。正常情况每一孔达到所要求的注浆量，注浆深 度、范围达到设计要求时，即可停止注浆。若要进行多次注浆，还须清水认 真洗孔，保证下次注浆顺利进行，一般情况下再次注浆间隔时间约12小时。注浆过程中，有时会出现冒浆及串浆事故。冒浆多为密封塞破损造成， 出现冒浆须及时更换密封塞。串浆则多由注浆压力过大或成孔偏斜造成，串 浆可采用降压、封堵的办法来解决，用另一套输浆钢管（双塞止浆）插入被 串浆孔封堵，注浆完后要及时
14、清洗被封堵的注浆孔，保证该孔以后可以正常 注浆。在施工中，也会遇到有的孔没注浆，却无法下输浆钢管到位，出现这种 异常情况，多采用补钻注浆孔的办法来解决。对于施工过程中注浆效果不太 好的孔，一定要及时清洗，确保二次补浆顺利进行。五、劳动力组织（见表2）劳动力组织表表2工种钻机司机（一台）钻机助手（一台）注浆机司机（一台）配料员输浆钢管装配人员（每孔）人数1231234六、机具设备1、钻机XY100型、水泵各1台。2、注浆机、强制搅拌机各1台。3、单向注浆阀管、注浆钢管（双塞）各两套。七、质量要求1、钻孔时，钻杆垂直度、孔位、孔深是质量的控制因素，垂直度误差不能大于1%，孔位、孔深必须满足设计要求
15、。第8页共11页2、注浆量、压力要严格控制，才能达到预期效果。3、施工完毕，待灌浆土体硬化后，通过抽芯检验，看注浆土体是否达到设 计强度。八、施工安全1、施工中，钻机运转时，附近严禁站人。钻杆装卸时，钻机司机一定要 使钻机制动，以免伤及他人。2、注浆过程中，工作人员要压制输浆钢管，注浆机司机必须严控注浆压 力，并且密切注视注浆现场，若发生异常现象，应立即关闭注浆机。施工时， 注浆机司机严禁擅自离职，进行其他活动。3、由于高压注浆，工作人员要警惕输浆钢管接头及其它薄弱环节破裂， 造成水泥浆喷射伤害事故。九、工程实例深圳地铁福民站南北端头盾构井，盾构机施工会使土体受到很大反力， 采用单向阀管注浆加固土体。注浆孔位采用多排布孔，具体分布情况见附图。 注浆材料为纯水泥浆，设计单位提供水灰比为0.5 ： 1，注浆容许压力为 0.60.8MPA，套壳料（封闭泥浆）配合比为，水泥：粉粘土：水=1 : 2: 2。 由于施工工期及地质条件的原因，采用一次注浆。平均每台钻机每日钻孔46 个，注浆压机一台（双泵），平均每日注浆（正常情况）2030孔。附图一4A4-374-；汗汁+y-斗计4件:井件升耳泠+T件深圳地铁福民站南端头井土体注浆加固孔位分布图单位：厘米附图二深圳地铁福民站北端头井土体注浆加固孔位分布图单位：毫米
