第6章 灌入固化物

第6章灌入固化物6.1概述6.2深層攪拌法6.3高壓噴射注漿法6.4灌漿法6.5TRD法目錄6.1概述46.1概述1灌入固化物是指在軟弱地基中灌入水泥等固化物，通過固化物和地基土體間產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)作用形成水泥土或其它固化土，通過固化土與原狀土形成復(fù)合土體，達(dá)到加固地基的一類地基處理方法。屬于灌入固化物的地基處理方法主要有以下三類：深層攪拌法、高壓噴射注漿法和灌漿法等。6.2深層攪拌法66.2.1加固機理、分類和適用范圍1深層攪拌法是通過特制的施工機械－各種深層攪拌機，沿深度將固化劑（水泥漿，或水泥粉或石灰粉，外加一定的摻合劑）與地基土就地強制攪拌形成水泥土樁或水泥土塊體的一種地基處理方法。我國于1977年由冶金部建筑研究總院和交通部水運規(guī)劃設(shè)計院引進(jìn)、開發(fā)水泥深層攪拌法，并很快在全國得到推廣應(yīng)用，成為軟土地基處理的一種重要手段。深層攪拌法施工順序示意圖如圖6-1所示。76.2.1加固機理、分類和適用范圍1（1）機械就位

（2）邊攪邊噴

（3）達(dá)設(shè)計深度

（4）攪拌上升

（5）攪拌結(jié)束圖6-1深層攪拌法施工順序示意圖86.2.1加固機理、分類和適用范圍1深層攪拌法分噴漿深層攪拌法和噴粉深層攪拌法兩種。深層攪拌法施工不僅可在陸上進(jìn)行，也可在海上進(jìn)行。我國已研制成功海上深層攪拌設(shè)備。海上深層攪拌設(shè)備采用噴漿深層攪拌法。深層攪拌法通常采用水泥為固化物，也有采用石灰為固化物。目前采用石灰為固化物的深層攪拌法在我國已不多見。深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、黃土、粉土和粘性土等地基。對有機質(zhì)含量較高的地基土，應(yīng)通過試驗確定其適用性。采用深層攪拌法加固地基可根據(jù)需要將地基土體加固成塊狀、圓柱狀、壁狀、格柵狀等形狀的水泥土。96.2.2水泥土的基本特性1當(dāng)水泥漿與軟粘土拌和后，水泥顆粒表面的礦物很快與粘土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，在粘土顆粒間生成各種水化物。這些水化物有的繼續(xù)硬化，形成水泥石骨料；有的則與周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)。通過離子交換和團(tuán)粒化作用使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒；通過凝硬反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，從而使土的強度提高。水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種碳酸化反應(yīng)也能使水泥土增加強度。粘土顆粒和水泥水化物之間的物理化學(xué)反應(yīng)十分復(fù)雜，反應(yīng)過程也是比較緩慢的。因此，水泥土的硬化過程也需要較長的時間。106.2.2水泥土的基本特性1水泥土中水泥含量通常用水泥摻合比aw表示。水泥摻合比aw（%）通常是指水泥重量與被拌和的軟粘土重量之比，即試驗研究表明，影響水泥土強度的主要因素有：水泥摻合比aw、水泥標(biāo)號、養(yǎng)護(hù)齡期、土樣的含水量、土中的有機質(zhì)含量、外摻劑以及土體圍壓等。（6-1）

116.2.3深層攪拌法的工程應(yīng)用1采用深層攪拌法加固地基主要利用在地基中形成的水泥土具有較高的強度和模量，以及具有較小的滲透性。目前，深層攪拌法在我國工程應(yīng)用主要有下述幾個方面：1、形成水泥土樁復(fù)合地基（a）三角形布置（b）正方形布置（c）格構(gòu)布置圖6-4復(fù)合地基平面布置形式126.2.3深層攪拌法的工程應(yīng)用1水泥土增強體復(fù)合地基廣泛應(yīng)用于下述工程：（1）建筑物地基，如多層民用住宅、辦公樓、廠房、水池、油罐等建（構(gòu)）筑物地基；（2）堆場地基，包括室內(nèi)、室外堆場；（3）高速公路和機場停機坪、跑道地基等。2、形成水泥土支擋結(jié)構(gòu)(a)A－A剖面(b)重力式擋墻圖6-7格構(gòu)形水泥土重力式擋墻136.2.3深層攪拌法的工程應(yīng)用1圖6-8加筋水泥土擋墻3、形成水泥土防滲帷幕4、其他方面的應(yīng)用146.2.4深層攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計11、根據(jù)天然地基工程地質(zhì)情況和荷載情況，初步確定水泥土樁的樁長l和樁徑d，水泥摻合比aw，并由此初步確定單樁的容許承載力。深層攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計步驟如下：

2、根據(jù)荷載的大小和初步確定的基礎(chǔ)深度D和寬度B，可確定復(fù)合地基容許承載力要求值。3、計算復(fù)合地基置換率4、確定樁數(shù)5、確定樁位平面布置6、驗算加固區(qū)下臥軟弱土層的地基強度7、沉降計算8、確定墊層156.2.5質(zhì)量檢驗1質(zhì)量檢驗主要方法如下：（1）檢查施工記錄：包括樁長、水泥用量、復(fù)噴復(fù)攪情況、施工機具參數(shù)和施工日期等。（2）檢查樁位、樁數(shù)或水泥土結(jié)構(gòu)尺寸及其定位情況。（3）在已完成的工程樁中應(yīng)抽取2%~5%的樁進(jìn)行質(zhì)量檢驗。一般可在成樁后7日以內(nèi)，使用輕便觸探器鉆取樁身水泥土樣，觀察攪拌均勻程度，同時根據(jù)輕便觸探擊數(shù)用對比法判斷樁身強度。也可抽取5%以上樁采用動測進(jìn)行質(zhì)量檢驗。（4）采用單樁載荷試驗檢驗水泥土樁的承載力。也可采用復(fù)合地基載荷試驗檢驗深層攪拌樁復(fù)合地基的承載力。6.3高壓噴射注漿法176.3.1加固機理、分類和適用范圍1高壓噴射注漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定的深度，以高壓噴射流切割地基土體，使固化漿液與土體混合、并置換部分土體，固化漿液與土體產(chǎn)生一系列物理化學(xué)作用，水泥土凝固硬化，達(dá)到加固地基的一種地基處理方法。若在噴射固化漿液的同時，噴嘴以一定的速度旋轉(zhuǎn)、提升，噴射的漿液和土體混合形成圓柱形樁體，則稱為高壓旋噴法。高壓噴射注漿法施工機械和施工工藝可分為單管法、二重管法和三重管法三種。單管法、二重管法和三重管法的比較見表6-4。186.3.1加固機理、分類和適用范圍1單管高壓噴射注漿法是利用鉆機等設(shè)備，把安裝在注漿管底部側(cè)面的特殊噴嘴置入土層預(yù)定深度后，依靠高壓泥漿泵等裝置，以20MPa左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊切割土體，同時借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運動，使?jié){液與土體混合，經(jīng)過一定時間，形成水泥土固結(jié)體，二重管高壓噴射注漿法使用雙通道的注漿管進(jìn)行噴射。當(dāng)雙通道的二重注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定深度后，通過在管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時從外噴嘴射出0.7MPa左右的壓縮空氣和從內(nèi)噴嘴噴射出20MPa的高壓漿液。三重管高壓噴射注漿法使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三通道的注漿管進(jìn)行噴射。在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生的40MPa左右的高壓水噴射流周圍，環(huán)繞一股0.7MPa左右的圓筒狀氣流，進(jìn)行高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，在地基土體中形成較大的孔隙，再另外由泥漿泵注入壓力為2MPa~5MPa的漿液填充，當(dāng)噴嘴旋轉(zhuǎn)和提升時，漿液和土體混合，經(jīng)過一定時間，形成水泥土固結(jié)體。196.3.1加固機理、分類和適用范圍1高壓噴射注漿法施工順序如圖6-11所示。鉆機就位后，首先鉆孔至設(shè)計深度，然后進(jìn)行高壓噴射。一邊噴射，一邊旋轉(zhuǎn)、提升，直至設(shè)計高度，結(jié)束高壓噴射。圖6-11高壓噴射注漿法施工順序206.3.1加固機理、分類和適用范圍1圖6-12旋噴、定噴和擺噴216.3.1加固機理、分類和適用范圍1水平旋噴施工順序如圖6-13所示，主要步驟為：（a）鉆機定位；（b）鉆孔至設(shè)計進(jìn)尺；（c）高壓噴射注漿；（d）高壓噴射注漿結(jié)束。圖6-13水平噴旋工藝流程圖226.3.2高壓噴射注漿法的工程應(yīng)用1高壓噴射注漿法工程應(yīng)用主要包括下述幾個方面：（1）加固已有建（構(gòu)）筑物地基圖6-14旋噴樁復(fù)合地基示意圖236.3.2高壓噴射注漿法的工程應(yīng)用1（2）形成水泥土止水帷幕圖6-15止水帷幕平面布置246.3.2高壓噴射注漿法的工程應(yīng)用1（3）應(yīng)用于基坑開挖工程封底圖6-16水泥土封底在圍護(hù)體系中的應(yīng)用

256.3.2高壓噴射注漿法的工程應(yīng)用1（4）水平高壓噴射注漿法工程應(yīng)用圖6-17水平旋噴形成隧道圍護(hù)體系（5）其他工程應(yīng)用266.3.3高壓噴射注漿法設(shè)計1高壓噴射注漿法設(shè)計包括下述幾個方面：（1）根據(jù)工程地質(zhì)條件和地基處理要求決定采用施工方法：單管法，二重管法和三重管法。（2）根據(jù)工程地質(zhì)條件和選用的施工方法，通過試驗確定施工參數(shù)、有效改良直徑和水泥土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。也可參考表6-5、表6-6、和表6-7選用有關(guān)參數(shù)。（3）用于形成復(fù)合地基提高地基承載力，減小沉降，設(shè)計計算方法同深層攪拌樁復(fù)合地基；用于形成止水帷幕防滲，需進(jìn)行防滲設(shè)計。以基坑圍護(hù)止水帷幕抗管涌驗算為例，其示意圖如圖6-18所示。276.3.4質(zhì)量檢驗1采用高壓噴射注漿法加固地基質(zhì)量檢驗可采用開挖檢查、鉆孔取芯、標(biāo)準(zhǔn)貫入、載荷試驗或壓水試驗等方法進(jìn)行相應(yīng)的檢驗。具體工程應(yīng)采用的檢驗方法可視其工程要求和應(yīng)用情況而定。用于形成復(fù)合地基提高地基承載力和減小沉降可采用載荷試驗，用于形成止水帷幕可采用壓水試驗等。286.4灌漿法1灌漿法是指將固化漿液注入地基土體，以改善地基土體的物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到地基處理的目的的一類地基處理方法。灌漿漿液由灌漿材料（主劑）、溶劑（水或其他有機溶劑）及各種附加劑，按一定比例配制而成。灌漿法主要用于提高巖土的強度和變形模量，用于降低巖土的滲透性，提高抗?jié)B能力，也用于封填孔洞，堵截漏水，有時還用于建筑物糾偏。296.4.1分類和灌漿材料16.4地基處理方法分類及適用范圍6.4.1分類和灌漿材料6.4.2加固機理6.4.3適用范圍6.4.4設(shè)計6.4.5質(zhì)量檢驗30316.4.1分類和灌漿材料1水泥漿液常用附加劑如下所示：以聚氨酯漿液為例，常用附加劑如下所示：326.4.2加固機理11.滲入性灌漿滲入性灌漿是指在灌漿壓力作用下，漿液克服各種阻力，滲入到地基土層中的孔隙或裂縫中。對顆粒型漿液，其顆粒尺寸必須能進(jìn)入土層中存在的孔隙或裂縫中，因而滲入性灌漿存在漿液可灌性問題。漿液可灌性常用可灌比值N表示，對砂礫石地基：

（6-31）式中D15－砂礫石中含量為15%的顆粒尺寸；

d85－灌漿材料中含量為85%的顆粒尺寸。也可用滲透系數(shù)K來間接評價，當(dāng)?shù)鼗馏w滲透系數(shù)K>（2~3）×10－1cm/s時，可用水泥漿液灌漿；當(dāng)滲透系數(shù)K>（5~6）×10－2cm/s時，可用水泥粘土漿液灌漿。336.4.2加固機理12.劈裂灌漿劈裂灌漿是指依靠較高的灌漿壓力，使?jié){液能克服地基中初始應(yīng)力和土體抗拉強度，使土體沿垂直于小主應(yīng)力的平面或土體強度最弱的平面上發(fā)生劈裂，使?jié){液可灌入土體，增大漿液擴散范圍，達(dá)到土質(zhì)改質(zhì)目的的灌漿方法。對巖石地基，目前常用的灌漿壓力尚不能使新鮮巖體產(chǎn)生劈裂，主要是使原有的隱裂隙或微細(xì)裂縫產(chǎn)生擴張。對于砂礫石地基，其透水性較大，漿液滲入將引起超靜水壓力提高，到一定程度后灌漿引起砂礫石層的剪切破壞，土體產(chǎn)生劈裂，達(dá)到劈裂注漿。對粘性土地基，在具有較高灌漿壓力的漿液作用下，土體可能沿垂直于小主應(yīng)力的平面產(chǎn)生劈裂，漿液沿劈裂面擴散，并使劈裂面延伸。

346.4.2加固機理1

3.壓密灌漿壓密灌漿是指在地基中灌入較濃的漿液，漿液迫使注漿點附近土體壓密而形成漿泡。開始灌漿壓力基本上沿徑向擴散，隨著漿泡的擴大，灌漿壓力的增大，周圍土體產(chǎn)生壓密。壓密灌漿常用于砂土地基加固，粘土地基中若有較好的排水條件也可采用壓密灌漿進(jìn)行加固。4.電動化學(xué)灌漿

借助于電滲作用，在粘土地基中即使不采用灌漿壓力，也能靠直流電將漿液（如水玻璃溶液或氯化鈣溶液）注入土體中，達(dá)到土質(zhì)改良的目的?；蛘邔{液依靠灌漿壓力注入到電滲區(qū)，通過電滲使?jié){液擴散均勻，以提高灌漿加固效果。356.4.3適用范圍1灌漿加固主要應(yīng)用在以下幾個方面：（1）構(gòu)筑物地基的加固（提高地基承載力）；（2）土坡穩(wěn)定性加固（提高巖土體抗滑能力）；（3）裂隙巖體的止水和破碎巖體的補強（提高巖體整體性）；（4）已有建筑混凝土裂縫缺陷的修補（混凝土構(gòu)筑物補強）；（5）壩基加固及防滲（提高巖土體密實度，改善其力學(xué)性能，減小透水性，增強抗?jié)B能力）。366.4.4設(shè)計1灌漿法加固地基設(shè)計一般包括下述程序：

1.地質(zhì)調(diào)查探明需處理地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。2．選擇灌漿方案按灌漿的不同目的，對漿材和工藝進(jìn)行選擇見表6-8

其中灌漿材料目前有如下幾種:

（1）水泥漿液（2）粘土漿（3）水泥-水玻璃漿液（4）化學(xué)漿液376.4.4設(shè)計1灌漿法加固地基設(shè)計一般包括下述程序：

3.灌漿孔位置灌漿孔位置包括布置形式和孔距。可根據(jù)灌漿目的和灌漿試驗得到的灌漿有效范圍確定灌漿孔位置。通過合理確定灌漿孔位置以獲較好的經(jīng)濟效益。4.灌漿壓力灌漿壓力既要保證地層空隙得到充分灌注，又不能給地層帶來不利影響，需根據(jù)地基和建筑物的具體條件并結(jié)合灌漿方法等情況來確定灌漿壓力。386.4.5質(zhì)量檢驗1灌漿效果檢驗視灌漿目的不同而異。以堵漏和糾偏為目的的灌漿工程，在施工過程中是否已達(dá)到目的就是最好的效果檢驗。以下對常用幾種灌漿效果檢測方法進(jìn)行介紹。1．施工質(zhì)量檢查及技術(shù)資料分析法對灌漿過程的施工質(zhì)量以及有關(guān)施工記錄的技術(shù)資料加以整理、分析，據(jù)此初步判斷灌漿質(zhì)量。對灌漿過程中的灌漿壓力、漿液濃度、吸漿量等變化情況進(jìn)行分析，可以判斷灌漿工作是否正常。2．鉆孔抽(壓)水檢查法灌漿前后開展鉆孔抽(壓)水試驗，根據(jù)實驗結(jié)果計算巖層滲透系數(shù)(或吸水率)和井筒涌水量變化，分析巖層不均質(zhì)性和灌漿處理的偶然缺陷，并判斷灌漿質(zhì)量好壞。396.4.5質(zhì)量檢驗13．灌漿前后水量比較法根據(jù)灌漿前后滲水量的變化確定堵水率，進(jìn)一步分析灌漿質(zhì)量和效果，即封水效果，計算公式為:K=(Q1-Q2)/Q1

（6-32）式中K—封水效果，%；

Q1—灌漿前工程的涌水量，m3/h；

Q2—灌漿后工程的涌水量，m3/h。4．取樣檢查法5．鉆孔檢測法6．無線電波透視法7．旋轉(zhuǎn)觸探法(RPT)8．聲波測試法406.4

TRD法1TRD是渠式切割水泥土連續(xù)墻工法（TrenchCutting&Re-mixingDeepwallmethod）的簡稱。TRD技術(shù)通過TRD主機將刀具立柱、刀具鏈條以及其上刀具組裝成多節(jié)箱式刀具，并插入地基至設(shè)計深度。6.5

TRD法6.5.1加固機理6.5.2技術(shù)特點6.5.3應(yīng)用類型和適用范圍6.5.4設(shè)計6.5.5施工6.5.6檢測與檢驗41426.5.2技術(shù)特點1TRD工法主要的優(yōu)勢如下：

1、施工機架重心低、穩(wěn)定性好，安全度高，適用于對機械高度有限制的場所；

2、機械功率大，施工深度大，最大深度可達(dá)60m；

3、機械切割能力強，適用的土層廣；

4、施工精度高，墻面垂直度和平整度好；

5、墻體上下固化性質(zhì)均一，墻體質(zhì)量均勻，截水性能好；

6、連續(xù)成墻施工，墻體等厚度，接縫少；可按設(shè)計要求以任意間距設(shè)置芯材；

7、施工機架水平、豎向所需的施工凈空間小，適用于周邊建（構(gòu)）筑緊鄰的工況；

8、施工機架可變角度施工，其與地面的夾角最小可為30°，從而可施工傾斜的水泥土墻體，滿足堤壩防滲等要求。436.5.3應(yīng)用類型和適用范圍11.應(yīng)用類型

TRD工法可用于巖土工程的土體加固、止水帷幕以及擋土結(jié)構(gòu)。（1）土體加固，提高地基承載力，改善地基變形特性（2）止水帷幕（3）擋土結(jié)構(gòu)2.適用范圍（1）適用的深度據(jù)現(xiàn)有TRD工法施工機械，理論成墻深度為60m。目前，國內(nèi)實際工程的成墻深度約為50m。（2）適用的土層TRD工法適用于人工填土、黏性土、淤泥和淤泥質(zhì)土、粉土、砂土、碎石土等地層。446.5.4設(shè)計1需對TRD工法水泥土連續(xù)墻的厚度、深度以及平面布置進(jìn)行設(shè)計。（1）墻體厚度和平面布置原則一般墻體厚度取550mm~850mm，常用厚度取550mm、700mm、850mm。當(dāng)需要采用其他規(guī)格的墻體厚度時，應(yīng)在550mm～850mm之間按50mm模數(shù)遞增選取。（2）平面布置原則

TRD工法一般形成直線型的格子狀加固體，見圖6-5-1。圖6-19格子狀加固體456.5.4設(shè)計1（3）墻體深度墻體深度可綜合復(fù)合地基的承載力、復(fù)合地基下臥層的承載力以及相關(guān)要求確定。（4）承載力計算根據(jù)天然地基條件，初步擬定的水泥土摻量、TRD工法墻的深度和厚度，初步確定墻的承載力，可采用如下公式：（