單向閥管土體注漿加固工法

1、單向閥管土體注漿加固工法鐵道部第十三工程局趙鵬威王寧a一、前言單向閥管注漿加固主要用于軟土地基的整體或局部加固，大壩的防滲，以及深基坑在施工過程中出現(xiàn)的地面沉降的加固，基坑滲水的堵漏等工程。實(shí)踐證明，在地面以下一定深度的土層加固和跟蹤注漿加固中，單向閥管注漿具有施工方便、效果較好的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)土體深部的定點(diǎn)、定量注漿，更是其它注漿方法所無法代替的。二、工法優(yōu)點(diǎn)可根據(jù)需要灌注任何一個(gè)灌漿段，還可以重復(fù)注漿；可使用較高的注漿壓力，灌漿時(shí)冒漿和串漿的可能性?。汇@孔和灌漿設(shè)備分開，有效提高鉆孔設(shè)備的利用率。三、適用范圍本工法適用于各種土質(zhì)情況下的注漿加固，且可確定加固范圍。四、施工工藝（一）、工藝原

2、理利用鉆機(jī)鉆孔至需注漿的土體范圍，鉆孔時(shí)作為循環(huán)護(hù)壁的泥漿起到冷卻鉆頭、提攜鉆屑保護(hù)孔壁的作用，通常采用優(yōu)質(zhì)泥漿，接著在鉆好的孔內(nèi)灌注套殼料（封閉泥漿）、插入單向注漿閥管。在注漿區(qū)，單向閥管上每隔3350cm有一環(huán)注漿孔（孔外用橡皮套密封），一環(huán)孔即一個(gè)注漿段，止?jié){塞采用雙塞系統(tǒng)，而且一套塞子只能包含一環(huán)灌漿孔。當(dāng)封閉泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，在單向閥管中插入雙向密封注漿芯管（輸漿鋼管），進(jìn)行分層注漿。首先，加大壓力使?jié){液頂開橡皮套，漿液在壓力的驅(qū)使下擠破套殼料，使土體產(chǎn)生劈裂并沿著裂縫擴(kuò)散，并充滿土體的空隙，起到加固的作用。一般注漿從底部向上進(jìn)行，達(dá)到一定的注漿量或一定的壓力后，將注漿鋼管提升一定

3、高度繼續(xù)注漿，這樣重復(fù)進(jìn)行。圖1為注漿工藝示意圖。鋼管-連接件-止?jié){圈-鋼管開孔止?jié){圈-注漿方向單向注漿閥管定位圈單向膨脹圈-注漿孔開孔-連接件尖底圖1注漿工藝示意二）、工藝流程（如圖2）三）、施工要素的確定要確定的要素包括注漿孔位的布置、漿液配料及配合比、注漿容許壓力、注漿量等。1、注漿孔位的布置注漿孔位的布置是根據(jù)漿液的注漿有效范圍，且應(yīng)相互重迭，使被加固土體在平面及深度范圍連成一個(gè)整體的原則決定的。（1）、擴(kuò)散半徑r確定理論計(jì)算的原理及參數(shù)一般不易確定，通常采用經(jīng)驗(yàn)值或現(xiàn)場(chǎng)灌注法來確定（2）、單排孔的布置如圖3所示，L為灌漿孔距，r為漿液擴(kuò)散半徑，則灌漿體的設(shè)計(jì)當(dāng)L=2r時(shí)兩圓相切,b為

4、0。如果灌漿體的設(shè)計(jì)厚度為T，則灌漿孔距為:L=2/r2T2/4按以上式進(jìn)行計(jì)算出現(xiàn)以下幾種情況:a、L接近0時(shí)，b值仍不能滿足設(shè)計(jì)厚度的要求，應(yīng)采用多排灌漿孔；b、單排孔能滿足設(shè)計(jì)要求，但若鉆孔過多、孔距太小，就應(yīng)進(jìn)行兩排孔的方案比較；c、從圖4可以看出，當(dāng)L值較大而設(shè)計(jì)T值較小時(shí)，對(duì)減少鉆孔數(shù)是有利的，但因L值越大造成的漿液浪費(fèi)量也越大，故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)鉆孔費(fèi)和漿液費(fèi)用進(jìn)行比較，圖4的T為設(shè)計(jì)帷幕厚度，h為弓形高，L為弓長，每個(gè)注漿孔的無效面積為:S=2X2/3XLXhn式中h=rT/2,若設(shè)土的空隙率為n,并且漿液填滿整個(gè)孔隙，則漿液的浪費(fèi)量為：q=SXn=4/3XLXhXnnn(3)、

5、多排孔的布置當(dāng)單排孔不能滿足設(shè)計(jì)厚度的要求時(shí)，就要采用兩排以上的多排孔。多排孔的設(shè)計(jì)基本原則是，充分發(fā)揮灌漿孔的潛力，以獲得最大的灌漿體厚度不同的設(shè)計(jì)方法，得出的結(jié)果也是不同的。圖5(a)孔排間搭接不緊(b)孔排間搭接過多排距R大于(r+b/2)。這種情況兩排孔不能緊密搭接，將在灌漿體中留下“窗口”，是不可取的方法，如圖5(a)所示；排距R小于(r+b/2),兩排孔搭接過多，造成一定的浪費(fèi)，也不理想，如圖5(b)所示；排距R等于(r+b/2)，兩排孔正好緊密搭接，最大限度地發(fā)揮了mm的計(jì)算式：兩排孔：R=r+b/2=r+r2L2/4，mB=2r+b=2(r+r2一L2/4)m三排孔：Rm同上，

6、(r+2r2L2/4)mB=2r+2b=2m五排孔：Rm同上，(r+1.5r2L2/4)mB=4r+3b=4m綜上所述，可得出多排孔的最優(yōu)排距：R=r+b/2=r+r2一L2/4,m最優(yōu)厚度：奇數(shù)排Bm=(n-1)r+bX(n+l)/2(n-l)偶數(shù)排Bm=n(r+b/2)=n(r+沁r2-L2/4),n為灌漿孔排數(shù)。2、灌漿材料及配合比的確定漿材一般分為粒狀漿材和化學(xué)漿材，而粒狀漿材在工程中較為常用。通常使用的粒狀漿材為純水泥漿、水泥粘土漿和水泥沙漿，即水泥基漿液。水泥基漿液以水泥漿為主，在地下水無侵蝕性的條件下，一般都采用普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比一般在0.62.0，通常采用的水灰比為

7、l：l，為調(diào)節(jié)水泥漿的性能，有時(shí)也可加入速凝劑或緩凝劑等附加劑。3、注漿量注漿量一般取決于加固土體的空隙率，將土體的空隙用漿液灌滿所用的漿量，就是理論注漿量，其計(jì)算式為：Q=VXn式中Q注漿量，V需加固土體體積，n土體空隙率。4、容許壓力容許灌漿壓力與一系列因素有關(guān)，例如地層土的密度、強(qiáng)度和初始應(yīng)力鉆孔深度、位置及灌漿次序等。然而，這些因素又難于準(zhǔn)確預(yù)知，所以理論上確定容許壓力比較困難，工程中普遍采用經(jīng)驗(yàn)值或現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)，來確定并調(diào)整容許壓力大小。上海地基處理技術(shù)規(guī)范提供砂土中容許壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)值是0.20.5MPA，粘性土中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為0.20.3MPA。四）、施工方法說明圖7為主要施工步驟示意

8、圖。灌注套殼料插入單向閥管圖7主要施工步驟示意圖1、施工準(zhǔn)備準(zhǔn)備好檢驗(yàn)合格的水泥、泥漿、單向閥管、輸漿鋼管，接通水源、檢查鉆機(jī)、注漿機(jī)使其處于正常工作狀態(tài)。2、孔位測(cè)量放樣根據(jù)設(shè)計(jì)的孔位布置圖，現(xiàn)場(chǎng)拉線放樣，可以放出主要控制點(diǎn)，也可以將孔位全部放出。為便于施工，大多采用放出主要控制點(diǎn)，邊鉆孔邊放樣的方法。3、鉆機(jī)就位平整土地，局部需夯實(shí)的地方要夯實(shí)，以保證機(jī)身穩(wěn)定。將鉆機(jī)移至放好的點(diǎn)位，調(diào)整垂直度。4、鉆孔預(yù)先調(diào)查好加固土體的地質(zhì)情況，根據(jù)設(shè)計(jì)要求定出鉆孔孔深、設(shè)計(jì)注漿土體范圍,鉆孔孔徑一般在80100mm范圍，鉆孔的垂直度誤差要小于1%。邊鉆孔邊壓護(hù)壁泥漿，直至設(shè)計(jì)深度。鉆孔時(shí)要經(jīng)常檢測(cè)鉆桿

9、的垂直度，每接一根鉆桿，用水準(zhǔn)尺在水平面的兩個(gè)垂直方向調(diào)整鉆桿的垂直度保證垂直度合格。鉆孔深度一定要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通常實(shí)際深度應(yīng)略大于設(shè)計(jì)深度（10cm以內(nèi)），但也不可鉆深太多，以免浪費(fèi)。鉆孔過程中，有時(shí)會(huì)遇到巖石，出現(xiàn)這種情況要進(jìn)一步調(diào)查土體地質(zhì)情況，若確實(shí)已鉆至巖層，可將孔位稍作偏移繼續(xù)再鉆，若只是遇到小面積巖石，則可加入鋼砂或換金剛石鉆頭繼續(xù)施工。5、孔內(nèi)灌套殼料套殼料(封閉泥漿)用來防止注漿時(shí)漿液翻出。在鉆孔將至設(shè)計(jì)深度前，配制好套殼料。套殼料基本都采用以粘性土為主，水泥為副的低強(qiáng)度配方，為提高套殼料的脆性，有時(shí)還摻入細(xì)砂或采用粉粒含量較高的粘性土。表1提供了我國某些工程中使用過比較有

10、效的配方，所用土料為粉質(zhì)粘土。套殼料配方表表1配方號(hào)材料重量比套殼料澆注時(shí)性能指標(biāo)7天齡期抗壓強(qiáng)度(N/cm2)水泥土水粘度(s)穩(wěn)定性析水率(%)111.531.94260.00791020211.51.88-0.03511020鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，先不要提出鉆桿，用水泵將套殼料注入鉆桿桿芯，套殼料會(huì)從鉆孔孔底注滿全孔，直至從鉆孔孔口翻出。一般控制孔口均勻翻出套殼料，證明灌注成功，可以提出鉆桿。6、插入單向閥管單向閥管要能承受足夠的內(nèi)壓力，為了保險(xiǎn)起見，在管子下入鉆孔前需抽樣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，以免灌漿時(shí)閥管破裂，抽樣合格后方可下管。以設(shè)計(jì)注漿土體深度為依據(jù)，通過計(jì)算確定有孔單向閥管的長度，每個(gè)注

11、漿孔需下入塑料閥管的總長度，要把帶有注漿孔的閥管下置于需加固的土體中。施工過程中，每下一節(jié)閥管都要檢查密閉情況，有縫隙的地方用防水膠帶粘牢，管子接頭處接緊后用膠水粘好。另外，每一節(jié)閥管下完就及時(shí)注入清水，克服下管時(shí)的浮力。完全下到位后，地面最好留出20cm左右管頭，以便檢查孔身垂直度。7、注漿注漿加固須遵循逐漸加密的原則，加密次數(shù)視當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件以及施工期限等具體情況而定，多采用13次注漿加密，注漿一般采用隔孔注漿，相鄰兩孔不能立即先后注漿（跳孔）。注漿漿材則由專門工作人員在注漿前配好、配足。注漿前，配好的漿液放在攪拌機(jī)中不停攪拌，保持均勻。在塑料閥管中裝入輸漿鋼管，安裝過程中注意檢查鋼管是否下

12、到閥管管底。鋼管下到位后，漿材配好就位，就可以注漿了。注漿過程中，嚴(yán)密控制注漿壓力，保持在設(shè)計(jì)壓力范圍。通常要多次提升輸漿鋼管，才能注完一個(gè)孔，定量控制鋼管每一次提升的時(shí)間及提出長度，例如閥管上每隔33cm有一環(huán)注漿孔，則每次在注漿量達(dá)到要求時(shí)提升鋼管約33cm，提升時(shí)間根據(jù)注漿量及注漿實(shí)際情況而定。正常情況每一孔達(dá)到所要求的注漿量，注漿深度、范圍達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可停止注漿。若要進(jìn)行多次注漿，還須清水認(rèn)真洗孔，保證下次注漿順利進(jìn)行，一般情況下再次注漿間隔時(shí)間約12小時(shí)注漿過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)冒漿及串漿事故。冒漿多為密封塞破損造成，出現(xiàn)冒漿須及時(shí)更換密封塞。串漿則多由注漿壓力過大或成孔偏斜造成，

13、串漿可采用降壓、封堵的辦法來解決，用另一套輸漿鋼管（雙塞止?jié){）插入被串漿孔封堵，注漿完后要及時(shí)清洗被封堵的注漿孔，保證該孔以后可以正常注漿。在施工中，也會(huì)遇到有的孔沒注漿，卻無法下輸漿鋼管到位，出現(xiàn)這種異常情況，多采用補(bǔ)鉆注漿孔的辦法來解決。對(duì)于施工過程中注漿效果不太好的孔，一定要及時(shí)清洗，確保二次補(bǔ)漿順利進(jìn)行。五、勞動(dòng)力組織（見表2）勞動(dòng)力組織表表2工種鉆機(jī)司機(jī)（一臺(tái)）鉆機(jī)助手（一臺(tái)）注漿機(jī)司機(jī)（一臺(tái)）配料員輸漿鋼管裝配人員（每孔）人數(shù)1231234六、機(jī)具設(shè)備1、鉆機(jī)XY100型、水泵各1臺(tái)。2、注漿機(jī)、強(qiáng)制攪拌機(jī)各1臺(tái)。3、單向注漿閥管、注漿鋼管（雙塞）各兩套。七、質(zhì)量要求1、鉆孔時(shí)，鉆

14、桿垂直度、孔位、孔深是質(zhì)量的控制因素，垂直度誤差不能大于1%，孔位、孔深必須滿足設(shè)計(jì)要求。2、注漿量、壓力要嚴(yán)格控制，才能達(dá)到預(yù)期效果。3、施工完畢，待灌漿土體硬化后，通過抽芯檢驗(yàn)，看注漿土體是否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。八、施工安全1、施工中，鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，附近嚴(yán)禁站人。鉆桿裝卸時(shí)，鉆機(jī)司機(jī)一定要使鉆機(jī)制動(dòng)，以免傷及他人。2、注漿過程中，工作人員要壓制輸漿鋼管，注漿機(jī)司機(jī)必須嚴(yán)控注漿壓力，并且密切注視注漿現(xiàn)場(chǎng)，若發(fā)生異常現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉注漿機(jī)。施工時(shí)注漿機(jī)司機(jī)嚴(yán)禁擅自離職，進(jìn)行其他活動(dòng)。3、由于高壓注漿，工作人員要警惕輸漿鋼管接頭及其它薄弱環(huán)節(jié)破裂，造成水泥漿噴射傷害事故。九、工程實(shí)例深圳地鐵福民站南北端頭盾構(gòu)井，盾構(gòu)機(jī)施工會(huì)使土體受到很大反力，采用單向閥管注