地基處理之灌漿法ppt版（共34頁）

1、 灌漿法CIVIL ENGINEERING COLLEGE OF USTS Grouting 灌漿法的實質(zhì)是用氣壓、液壓或電化學原理，把某些能固化的漿液注入天然的和人為的裂縫或孔隙，以改善各種介質(zhì)的物理力學特性。 1.定義 9.1 概述 2.目的一、防滲：降低滲透性、減少滲流量、提高抗?jié)B能力、降低孔隙壓力；二、堵漏：封填孔洞，堵截流水；三、加固：提高巖土的力學性能，恢復(fù)砼結(jié)構(gòu)及圬工建筑物的整體性；四、糾正建筑物的傾斜：使發(fā)生不均勻沉降的建筑物恢復(fù)原位或減小其傾斜度。是材料強度不能充分發(fā)揮的結(jié)構(gòu),比如大體積的混凝土,內(nèi)部混凝土的強度遠沒得到充分發(fā)揮,也就是說材料的實際應(yīng)力很小,遠沒達到材料的設(shè)計

2、強度.基本結(jié)構(gòu)是指除鋼筋砼、預(yù)應(yīng)力砼、鋼結(jié)構(gòu)以外，由純混凝土或磚石砌體材料建筑的 3.處理對象一、壩基：砂基、砂礫石地基、喀斯特溶洞及斷層軟弱夾層等；二、樓基：一般地基及振動基礎(chǔ)等，包括對已有建筑物的修補；三、道路基礎(chǔ)：公路、鐵道和飛機場路道等；四、地下建筑：輸水隧洞、礦井巷道、地下鐵道和地下廠房等；五、其他：預(yù)填骨料灌漿、后拉錨桿灌漿及灌注樁后灌漿等。 4.近期發(fā)展一、應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，除壩基防滲加固外，在其他土木工程如道橋、礦井、文物、市政、地鐵和地下廠房中，灌漿也占有相當重要的地位；二、漿材品種越來越多，漿材性能和應(yīng)用問題的研究越來越深入；三、劈裂灌漿技術(shù)已取得明顯發(fā)展，尤其在軟土地基中

3、，該技術(shù)越來越多的用作提高地基承載力和消除建筑物沉降的手段；四、我國和一些比較發(fā)達的國家，電子計算機監(jiān)測系統(tǒng)已較普遍地在灌漿施工中用來收集和處理諸如灌漿壓力、漿液稠度和耗漿量等重要參數(shù)，以提高工效和灌漿技術(shù)水平。9.2 灌漿材料灌漿工程中所用的漿液是由主劑、溶劑及各種附加混合劑混合而成，通常所說的灌漿材料，是指漿液中所用的主劑。灌漿材料顆粒型漿材化學型（溶液）漿材混合型漿材以水泥為主劑，故多稱為水泥系漿材由兩種或多種化學材料配制由顆粒型漿材與化學漿材按不同比例混合而成普通水泥漿易沉淀析水穩(wěn)定性差、硬化時伴有體積收縮、對細裂隙而言顆粒較粗、大規(guī)模灌漿工程則水泥耗量大，故在水泥漿中摻入粘土、砂和粉

4、煤灰等、提高水泥顆粒細度、摻入各種附加劑以改善水泥漿液性能。最大特點是漿液屬于真溶液，初始粘度小，可用于灌注細小的裂縫或孔隙。缺點是造價高和污染環(huán)境，故其推廣應(yīng)用受到限制，尤其是在日本，在1974年發(fā)生污染環(huán)境的福崗事件后，只允許使用水玻璃系漿材。包括聚合物水玻璃漿材、聚合物水泥漿材和水泥水玻璃漿材等，可用于降低漿材成本，或用來滿足單一材料無法實現(xiàn)的性能，尤其是水泥水玻璃漿材，具有成本低、速凝的特點，已被廣泛應(yīng)用。一、水泥系漿材1、基本材料：純水泥漿、粘土水泥漿、粉煤灰水泥漿（1）水泥：普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、抗硫酸鹽水泥（2）粘土：具有吸收水分（蒙脫石）和形成膠凝結(jié)構(gòu)的能力，常

5、用于提高水泥漿的穩(wěn)定性、防止沉淀和析水。（3）粉煤灰：用于節(jié)約水泥、降低成本和消化三廢材料（廢水、廢氣、廢渣），具有較高的經(jīng)濟效益和社會意義。（4）水：把固態(tài)水泥變成懸浮液，以供灌漿，并對水泥顆粒水解和水化，使化合物形成晶體并相互結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而把水泥漿逐漸形成具有一定力學強度的結(jié)石。二、漿材的主要性質(zhì)1、材料的分散度：一般分散度越高、可灌性就越好，并影響漿液的物理力學性能；2、沉淀析水性：沉淀析水性是影響灌漿質(zhì)量的有害因素。在灌漿過程中，顆粒的沉淀分層會引起機具管路和地層孔隙的堵塞，可能造成灌漿過程過早結(jié)束。灌漿結(jié)束后，顆粒沉淀分層將使?jié){液的密度在垂直方向上發(fā)生變化，使灌漿體的均勻性降低

6、；漿液的析水將使結(jié)石率降低，在灌漿體中形成空隙。漿液水灰比是影響析水性的主要因素。3、凝結(jié)性：分為兩階段，一是初期階段，漿液的流動性減少到不可泵送的程度；二是凝結(jié)后的漿液隨時間而變硬，水泥漿的初凝時間為2-4h，粘土水泥漿和粉煤灰水泥漿則更慢。4、收縮性：潮濕養(yǎng)護的漿液，不僅不會收縮還可能略有膨脹，而干燥養(yǎng)護的漿液就可能發(fā)生收縮，進而產(chǎn)生微細裂縫，影響灌漿效果。5、漿液的粘度：粘度是度量流體粘滯性大小的物理量，一般漿液水灰比越大，粘度就越小，材料的細度越高，粘度就越大。6、強度和滲透性：影響結(jié)石強度的因素包括：漿液的起始水灰比、結(jié)石孔隙率、水泥品種及摻合料等產(chǎn)，其中以漿液濃度最為重要；不管是純

7、水泥漿還是粘土水泥漿和粉煤灰水泥漿，結(jié)石的滲透性都很小。三、常用化學漿材1、丙烯酰胺類：國外多叫AM-9，國內(nèi)則多稱丙凝。試劑名稱代號作用濃度試劑名稱代號作用濃度丙烯酰胺A主劑9.5%-二甲氨基丙腈DAP促進劑0.4%N-N-甲撐雙丙烯酰胺M交聯(lián)劑0.5%鐵氰化鉀KFe緩凝劑0.01%過硫酸胺AP引發(fā)劑0.5%丙凝漿液的標準配方丙凝漿液特點：（1）屬于真溶液，可灌性遠比目前所有灌漿材料都好；（2）可精確控制漿液從制備到凝結(jié)所需時間，且不受水、空氣影響；（3）漿液的粘度在凝結(jié)前保持不變，使?jié){液在灌漿過程中維持相同的滲入性；（4）漿液凝固后，凝膠本身基本上不透水，耐久性和穩(wěn)定性好，可用于永久性灌漿

8、工程；（5）丙凝漿液能在很低的濃度下凝結(jié)（目前標準濃度是10%），故其成本相對較低；（6）丙凝漿液能用一次注入法灌漿，故其施工操作比較簡單。2、聚氨酯聚氨酰：聚氨酯漿材分類水溶性聚氨酯能與水以各種比例混溶，并與水反應(yīng)成含水膠凝體非水溶性聚氨酯只能溶于有機溶劑聚氨酯漿液特點：（1）漿液粘度低，可灌性好，結(jié)石強度高，可與水泥灌漿相結(jié)合，形成高標準防滲帷幕；（2）漿液遇水即反應(yīng)，可用于動水條件下堵漏；（3）安全可靠、不污染環(huán)境；（4）耐久性好；（5）操作簡便、經(jīng)濟效益高；目前，土木工程中多用非水溶性聚氨酯，其中又以二步法的制漿法最好，即把主劑先合成為聚氨酯低聚物，然后再把預(yù)聚體和外加劑按需要配成漿液

9、。聚氨酯是采用多異氰酸酯和聚醚樹脂等作為主要原料再摻入外加劑配制而成的，漿液灌入土層后，遇水即反應(yīng)生成聚氨酯泡沫體，起加固地基和防滲堵漏等作用。外加劑：（1）增塑劑：用以降低大分子之間的相互作用力，提高材料可灌性。常用的有鄰苯二甲酸二丁酯等；（2）稀釋劑：用以降低預(yù)聚體或漿液的粘度，提高漿液的可灌性。常用的有丙酮和二甲苯等，其中以丙酮的稀釋效果最好；（3）表面活性劑：用于提高泡沫的穩(wěn)定性和改善泡沫的結(jié)構(gòu)，一般采用吐溫和硅油等；（4）催化劑：用以加速漿液與水的反應(yīng)速度的控制發(fā)泡時間，常用的有三乙醇胺和三乙胺等；經(jīng)過多年的研究與實踐，得出了幾種比較有效的漿材配方，如下表：編號預(yù)聚體類型材 料 重

10、量 比預(yù)聚體二丁酯（增塑劑）丙酮（稀釋劑）吐溫、硅油（表面活性劑）催化劑（三乙醇胺）催化劑（三乙醇）SK-1PT-1010020-3010-300.5-0.750.5-2-SK-3TT-1/TM-110010100.5-0.75-0.2-4SK-4TT-1/TP-210010100.5-0.75-0.2-4常用的聚氨酯配方編號比重粘度(Pa.s)固砂體抗?jié)B標號屈服強度（9.8*104Pa）彈模（9.8*104Pa）SK-11.122*10-21604550B20SK-31.141.6*10-11002870B10SK-41.151.7*10-11002962B10聚氨酯漿液性能指標 SK-1漿

11、液的粘度較低，加固砂體的強度較高，抗?jié)B性能好，并有良好的二次擴散性能，適用于砂層及軟弱夾層的防滲和加固處理；SK-3、SK-4漿液的特點是彈性較好，對于變形具有較好的適用性。 SK-1 、SK-3、SK-4漿液遇水后粘度迅速增長，不會被水稀釋和沖走，故特別適用于動水條件下的防水堵漏3、硅酸鹽類： 硅酸鹽（水玻璃）灌漿開始于1887年，是一種古老的灌漿技術(shù)，具有價格低廉、滲入性較高和無毒等優(yōu)點，國內(nèi)外至今廣泛應(yīng)用于地基、大壩、隧道、橋墩、礦井等建筑工程。 硅酸鹽漿材以含水硅酸鈉（水玻璃Na2O.nSiO2）為主劑，另外加入膠凝劑以形成凝膠。膠凝劑名稱漿液粘度（10-3Pa.s）膠凝時間固砂體抗壓

12、強度（9.8*104Pa）灌漿方法氯化鈣100瞬時30雙液鋁酸鈉5-10數(shù)分-幾十分鐘30單液碳酸氫鈉2-5數(shù)秒-幾十分鐘3-5單液磷酸3-5數(shù)秒-幾十分鐘3-5單液氟硅酸3-5幾秒-幾十分鐘20-40單液或雙液乙二醛2-4幾秒-幾十分鐘20單液或雙液高錳酸鉀2-3幾秒-幾小時2-3單液或雙液硅酸鹽漿材的主要性能A、雙液法是指兩種膠凝劑和主劑必須在不同的灌漿管或不同時間內(nèi)分別灌注，單液法是指膠凝劑與主劑能在注漿前先混合注入同一鉆孔內(nèi)B、雙液法中兩種化學劑的反應(yīng)幾乎同時發(fā)生，而單液法中漿液的凝結(jié)時間更長，粘度增長速度慢，單液法的有效擴散半徑比雙液法大，但其強度一般比雙液法低。四、幾種改性漿材（1

13、）超細水泥：常用的水泥由于顆粒較粗，一般只能灌注礫石或直徑大于0.2-0.3mm的孔隙。為提高水泥可灌性，日本率先用干磨法制成d50為4um的MC超細水泥，可灌入K=10-3cm/s的中細砂層，后由北京水科院研制出水平相當?shù)腟K超細水泥，近期由浙大等單位研制出d50為3-4um的CX超細水泥；（2）無毒丙凝：丙凝AM-9雖然可灌性好，但對神經(jīng)系統(tǒng)有毒害，對空氣和地下水有污染，1980年美國研制出了AC-400的漿材，1982年中國水科院研制出了AC-MS漿材，這類漿材毒性僅為AM-9的1%，但其特性與功能與AM-9類似 ；（3）酸性水玻璃：國內(nèi)外從20世紀70年代后期開展了酸性水玻璃的研究，這

14、種水玻璃能在中性區(qū)域內(nèi)膠凝，凝膠體沒有堿溶出，在潮濕地層中可看成是永久性漿材；（4）改性環(huán)氧樹脂：環(huán)氧樹脂漿液的粘度大、可灌性小、憎水性強（吸水能力?。┡c潮濕裂隙粘結(jié)能力差，故在其中摻入糠醛、丙酮和水溶性甘油環(huán)氧樹脂等方法，可形成具有低粘度、高親水性并能在低溫下固化的改性環(huán)氧樹脂；（5）水玻璃水泥漿：由水玻璃溶液與水泥漿混合而成，具有早強、高強、高結(jié)石率等特點。五、水泥漿附加劑 為改善水泥漿液性質(zhì)，以適應(yīng)不同的灌漿目的和自然條件，可在水泥漿中摻入不同的附加劑：名稱試劑用量（占水泥重%）說明名稱試劑用量（占水泥重%）說明速凝劑氯化鈣1-2加速凝結(jié)硬化流動劑木質(zhì)素磺酸鈣0.2-0.3硅酸鈉0.5-

15、3加速凝結(jié)去垢劑0.05產(chǎn)生空氣鋁酸鈉加氣劑松香樹酯0.1-0.2產(chǎn)生約10%空氣緩凝劑木質(zhì)素磺酸鈣0.2-0.5亦增加流動性膨脹劑鋁粉0.005-0.02約膨脹15%酒石酸0.1-0.5飽和鹽水30-60約膨脹1%磷酸氫二鈉0.5-2防析水劑纖維素0.2-0.3硫酸鋁約20產(chǎn)生空氣在地基處理中，灌漿工藝所依據(jù)的理論主要可歸納為以下四類： 9.3 灌漿理論有代表性的滲透灌漿理論：球形擴散理論、柱形擴散理論、袖套管法理論滲透灌漿Permeation Grouting在灌漿壓力作用下，漿液克服各種阻力滲入孔隙和裂隙，壓力越大，吸漿量及漿液擴散距離就越大。這種理論假定在灌漿過程中地層結(jié)構(gòu)不受擾動和破

16、壞，所用的灌漿壓力相對較小。適用于中砂以上的砂土和有裂隙巖石劈裂灌漿Fracturing Grouting在灌漿壓力作用下，漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強度，引起巖石或土體結(jié)構(gòu)的破壞和擾動，使地層中原有的孔隙或裂隙擴張或形成新的裂縫或孔隙，從而使低透水性地層的可灌性和漿液擴散距離增大，所用的灌漿壓力相對較大。通過鉆孔向土層中壓入濃漿，隨著土體的壓密和漿液擠入，將在壓漿點周圍形成燈泡狀空間，并因漿液的擠壓作用而產(chǎn)生輻射狀上抬力，從而引起地層局部隆起，許多工程種用這一原理糾正了地面建筑物不均勻沉降，被稱為土內(nèi)壓密。壓密灌漿Compaction Grouting電動化學灌漿Electrochemic

17、al Injection當在粘土中插入金屬電極并通以直流電后，就在土中引起電滲、電泳和離子交換作用，促使在通電區(qū)域中含水量降低，從而在土內(nèi)形成滲漿通道，若在通電時向土中灌注硅酸鹽漿液，就能在通道上形成硅膠，并與土顆粒膠結(jié)成具有一定力學強度的加固體。表面壓密：在建筑物底板下土層表面壓漿，使土體自上而下的固結(jié)沉降。表面壓密土內(nèi)壓密一、球形擴散滲透、劈裂灌漿理論簡介Maag（1938年）首先推導(dǎo)出漿液在砂層中的滲透公式，其采用假設(shè)條件為：1、被灌砂土為均質(zhì)的和各向同性的；2、漿液為牛頓體；3、采用填壓法灌漿，漿液從灌漿管底端注入地層；4、漿液在地層中呈球狀擴散。該理論的灌漿時間t和漿液擴散半徑r1的

18、關(guān)系式如下：砂土孔隙率漿液粘度對水的粘度比砂土滲透系數(shù)灌漿壓力，水頭灌漿管半徑注：Maag公式較簡單，對粘度隨時間變化不大的漿液能給出滲入性的初步輪廓。h1h0二、柱形擴散當牛頓體作柱形擴散時，可按下列二式計算：砂土孔隙率漿液粘度對水的粘度比砂土滲透系數(shù)灌漿壓力，水頭灌漿管半徑漿液擴散半徑三、袖套管理論計算假定漿液在砂礫石中作紊流運動，則擴散半徑r1為：被灌土體的有效粒徑。漿液運動粘滯系數(shù)四、劈裂灌漿：沿垂直于小主應(yīng)力的平面上發(fā)生劈裂：砂和砂礫石對砂和砂礫石層，可按照有效應(yīng)力的Mohr-Coulomn破壞標準進行計算，地層各向同性：地層中由于灌漿壓力的作用，將使砂礫土的有效應(yīng)力減小，當灌漿壓力

19、Pc，達到下式標準時，就會導(dǎo)致地層破壞：灌漿段深度大小主應(yīng)力比材料滿足該式，則即將發(fā)生破壞注：隨著孔隙水壓力增加，有效應(yīng)力減小至與破壞包線相切，表明砂礫土開始劈裂。一、設(shè)計內(nèi)容 9.4 設(shè)計計算1、灌漿標準：通過灌漿要求達到效果和質(zhì)量指標；2、施工范圍：包括灌漿深度、長度和寬度；3、灌漿材料：包括漿材種類和漿液配方；4、漿液影響半徑：漿液在設(shè)計壓力下所能達到的有效擴散距離；5、鉆孔布置：根據(jù)漿液影響半徑和灌漿體設(shè)計厚度，確定合理的孔距、排距、孔數(shù)和排數(shù)；6、灌漿壓力：規(guī)定不同地區(qū)和不同深度的允許最大灌漿壓力；7、灌漿效果評估：用各種方法和手段檢測灌漿效果二、方案選擇這是設(shè)計者首先面對的問題，但

20、其具體內(nèi)容并無嚴格規(guī)定，一般只把灌漿方法和灌漿材料的選擇放在首要位置，其選擇與下列因素有關(guān)：1、灌漿目的（加固or防滲？提高承載力or減小變形？）2、地質(zhì)條件（地層構(gòu)造、土類及土性、地下水位、地震級別等）3、工程性質(zhì)（永久工程or臨時工程？重要建筑or一般建筑？） 在國內(nèi)外工程實踐中，常采用聯(lián)合灌漿工藝，包括不同的漿材及不同灌漿方法的聯(lián)合以適應(yīng)某些特殊地質(zhì)條件和專門灌漿目的需要。 防滲標準越高，表明灌漿后地基的滲透性越低，灌漿質(zhì)量就越好，地下水流速也越低，地基發(fā)生管涌破壞可能性就越小，但造價也越高，因此防滲標準不應(yīng)是絕對的，每個灌漿工程都應(yīng)根據(jù)自己的特點，通過技述經(jīng)濟比較確定一個相對合理的指標

21、。 對砂和砂礫石層，防滲標準多用K表示，對比較重要的防滲工程，K需降低至10-4-10-5cm/s，對臨時性工程或允許出現(xiàn)較大滲漏量而又不致發(fā)生滲透破壞的地層，也有采用10-3cm/s數(shù)量級的實例。三、防滲標準 在巖石地基中，防滲標準國內(nèi)外多用Lu作為評價準則。Lu的概念為在1MPa水壓力作用下，每min壓入每m長孔段1L水即為1Lu。例如：壓水時壓力為1MPa，試段長5m，壓水延續(xù)時間5min，總吸水量100L，求Lu?從總的趨勢看，國內(nèi)外灌漿帷幕的防滲標準傾向于逐漸放寬，砼重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定：壩高大于100m，防滲標準取1-3Lu，壩高100-50m時取3-5Lu，壩高50m以下時取5Lu

22、四、漿材及配方設(shè)計原則四、漿材及配方設(shè)計原則五、漿液擴散半徑的確定 漿液擴散半徑r是一個重要參數(shù)，它對灌漿工程量及造價具有重要的影響。r值可按理論公式計算（球形、柱形擴散、袖套管法），當?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜或計算參數(shù)不易選準時，就應(yīng)通過現(xiàn)場灌漿試驗確定。在沒有試驗資料時，可按土滲透系數(shù)參照下表取值：擴散半徑，并非最遠距離，而是符合設(shè)計要求的擴散距離；確定擴散半徑，要擇取多數(shù)條件下可達到的數(shù)值，而不是取平均值； 注漿孔的布置是根據(jù)漿液的注漿有效范圍，且應(yīng)相互重疊，使被加固土體在平面和深度范圍內(nèi)連成一個整體的原則決定的：六、孔位布置1、單排孔的布置假定漿液擴散半徑r已知，漿液呈圓球狀擴散，則兩圓必須相交才

23、能形成一定厚度bl值越小，b值越大，而當l=0時，b=2r，這是b的最大值，但l=0沒有意義（重合）；反之l越大，b值越小，當l=2r時，兩圓相切，b=0，故孔距l(xiāng)必須在r與2r之間選擇。l-rr-(l-r)l-r +r-(l-r)/2r2、多排孔的布置1、排距R大于r+b/2。兩排孔不能緊密搭接，在灌漿體中留下“窗口”多排孔設(shè)計的原則是要充分發(fā)揮灌漿孔的潛力，以獲得最大的灌漿體厚度，但不同的設(shè)計方法，將得出不同的結(jié)果：窗口2、排距R小于r+b/2。兩排孔搭接過多，將造成浪費Rrb/23、排距R等于r+b/2。兩排孔正好緊密搭接，最大限度發(fā)揮了各灌漿孔的作用，是一種最優(yōu)設(shè)計。則：最優(yōu)排距Rm和

24、最大灌漿有效厚度Bm的計算式為：（1）兩排孔（2）三排孔（3）五排孔綜上：可得出多排孔的最優(yōu)排距、最優(yōu)厚度統(tǒng)一表達式為：最優(yōu)排距：（1）奇數(shù)排:最優(yōu)厚度：（2）偶數(shù)排:式中：n為灌漿孔排數(shù)。在設(shè)計工作中常遇到n排孔厚度不夠，n+1排孔厚度又偏大的情況，必要時可放大孔距來調(diào)整，但也應(yīng)對鉆孔費用和漿材費用進行比較，以確定合理的孔距。 由于漿液的擴散能力與灌漿壓力大小密切相關(guān)，故高灌漿壓力能使鉆孔數(shù)減少、使一些微細孔隙張開，有助于提高可灌性；高灌漿壓力還能在充填物中造成劈裂灌漿，使軟弱材料的密度、強度和不透水性改善；高灌漿壓力還有助于抗日出漿液中多余水分，使?jié){液結(jié)石的強度提高。七、容許灌漿壓力的確定 進行灌漿試驗時，一般是用逐步提高壓力的方法求得注漿壓力與注漿量關(guān)系曲線： 當灌漿壓力超過地層的壓重和強度時，將有可能導(dǎo)致地基及其上部結(jié)構(gòu)破壞，故一般以不使地層結(jié)構(gòu)破壞或僅發(fā)生局部和少量破壞，作為確定地基允許灌漿壓力的基本原則。灌漿壓力灌漿量P