岩土注浆

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岩土注浆

岩土注浆是一种通过向岩土体中注入浆液来改善其物理力学性质的技术,广泛应用于地质工程、隧道施工、矿山开采以及地基处理等领域。注浆技术的核心是利用浆液的渗透性、填充性和胶结性,将松散、破碎或透水性强的岩土体转化为更加稳定和致密的整体结构。

原理与作用注浆的基本原理是将特定配比的浆液(如水泥浆、化学浆、黏土浆等)通过钻孔或其他方式压入岩土体的裂隙、孔隙或空洞中。浆液在压力作用下扩散并填充这些空间,经过一定时间后凝固形成固体骨架,从而提高岩土体的强度、抗渗性和稳定性。根据用途不同,注浆可以分为加固型注浆、堵漏型注浆和防渗型注浆。

主要应用1.地基加固:通过注浆增强软弱地基的承载力,减少沉降。2.隧道支护:在隧道开挖过程中,对围岩进行注浆以防止坍塌。3.坝基防渗:通过帷幕注浆降低水库大坝基础的渗透性。4.边坡治理:对不稳定边坡实施注浆,提高岩土体的整体性和抗滑能力。5.矿井安全:用于控制地下水流动,防止矿井涌水。

浆液类型水泥浆:成本较低,适用于较大孔隙和裂隙的地层。化学浆:如聚氨酯、环氧树脂等,具有高渗透性和快速固化特点,适合微细裂隙。黏土浆:主要用于防渗处理,经济环保但强度较低。

施工工艺注浆施工通常包括以下几个步骤:勘察地质条件、设计注浆方案、布设注浆孔、安装注浆管、加压注入浆液以及监测效果。施工时需严格控制注浆压力、流量和扩散范围某基坑工程开挖施工组织设计方案,避免引发新的地质问题。

总之,岩土注浆是一项高效且灵活的工程技术,能够显著提升岩土体性能,为各类工程提供安全保障。随着新材料和新工艺的发展,注浆技术正朝着更精准、更环保的方向迈进。

为长期承载力标准值,kPa;

为承载力系数(粘聚力项);

为承载力系数(内摩擦项);

为承载力系数(埋深项);

为基础埋深。如果进行短期强度计算时,可将式右边系数1/3变成2/3。

注浆加固地基,主要改变地基土的、、值,注浆后地基土的值变化较大,而和变化不太大。注浆加固地基,注浆范围超出基底宽度(1/2)b左右为好。

在持力层较浅时,持力层以上软弱层全部加固。持力层较深时,根据等应力线或塑性区决定加固范围(如图),也可用有限元法模拟计算加固范围。

隧洞及地下工程注浆加固

1)土质隧洞的注浆加固隧道开挖后,拱顶部的松动范围

土质隧洞松动区注浆范围

注浆后,松动范围内的值增加,松动压力减小。

2)环形隧洞注浆加固①均匀土质隧道超前注浆应力表达式为

②裂隙岩体围岩的注浆厚度可根据围岩松动圈厚度确定。围岩松动圈厚度可通过多点位移计或声波测试仪等测得。也可根据围岩的物理力学性质,按有关公式进行围岩松动圈厚度的计算。在松动圈内注浆,可形成外壳支护层,它具有较大的承载能力,支护层与岩体共同作用。加固圈的半径可使加固岩石环的承载力满足或大于作用于加固壳的压力,即:

水电部门统计,围岩固结注浆深度在0.5~2.0倍隧洞半径间变化,建议按1.3倍隧洞半径计算。前苏联在巷道注浆加固中,加固带的厚度取3~5m,我国煤炭部门巷道注浆加固厚度约为2~3m。日本青函隧道则采用了如下的经验数据:一般地质条件,压浆半径是隧洞半径的2~4倍,地质条件不好时,压浆半径是隧洞半径的3~6倍,地质条件特别坏时,压浆半径是隧洞半径的8倍。

计算注浆量时应考虑:注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率、浆液充填程度等因素。渗透注浆的好坏取决于渗透半径内体积土的孔隙充填程度,充填率越高,注浆的效果越好。劈裂注浆的注浆量与注浆范围内浆脉的多少有关,浆脉越多,注浆量也越多,注浆效果也越好。但浆液不可能无限制地注,应该有个最佳的注浆量。压密注浆的浆量和浆泡的直径有关。压密范围越大,要求的浆泡直径也越大。在不产生劈裂的条件下,浆泡直径是很有限的,浆量也有限。裂隙岩体注浆的注浆量与吸水率有关。

注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。在不考虑边界条件下,提高注浆压力,渗透注浆可以把土层颗粒孔隙中空气和水等全部排走。劈裂注浆脉压提高后,土颗粒更加密实和固结。但是压力超过边界条件允许的范围,就会引起地面、基础、结构物的变形和破坏。压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力内。下面讨论最大容许注浆压力的确定。

1)根据注浆试验曲线确定注浆试验过程中,逐步提高注浆压力,可求得注浆压力与注浆量关系曲线。当压力升至某一数值(),注浆量突然增大时,表明了地层已产生劈裂,因而把这一压力值定义为最大容许注浆压力。

注浆压力和注浆量的关系

2)根据经验公式确定砂砾地基注浆:

3)根据经验值确定最大容许注浆压力等于1~2倍覆盖层土压力加上上部结构的荷载压力。

最大容许注浆压力式中:h为注浆处以上土柱高度,m;γ为注浆地基的天然重度,kN/m3;为土的抗拉强度,kPa。一般软土地基中注浆压力在0.3~0.5MPa之间。在隧道内突泥或塌方处劈裂注浆,封闭情况下终压可以提高。

图是最大允许注浆压力的经验曲线,曲线未考虑允许压力上限,高压力将导致地层的水力劈裂,在帷幕注浆中是不希望发生的。图中:①坚固岩石;②欧洲的经验法则,0.1MPa/m;③中等坚固岩石;④软弱岩石;⑤美国的经验法则,0.022MPa/m;⑥很不稳定的岩石2)考虑地质条件、注浆方法以及浆液浓度的经验公式

1)考虑注浆段深度、地质条件的经验曲线

图覆盖层厚度与允许注浆压力的经验曲线(Houbby,1991)

(4)隧洞围岩固结注浆压力

衬砌隧洞围岩固结注浆加固中,控制注浆压力不使衬砌挤裂云南华侨城滨水区给水管道施工方案,注浆压力可按下式确定:其中:

为固结注浆压力;pD为随围岩深度增加的固结压力;h为止浆塞深度;C为与注浆次序有关的系数,一般取为1.5~2.5;E为衬砌材料的弹性模量;pw为地下水压力;pθ为切向压力。

浆液的扩散半径与浆液的流变特性、胶凝时间、注浆压力、注浆时间等因素有关。在注浆范围和注浆半径确定后,就可以确定孔间距。确定孔间距时,既要考虑最大限度地发挥每个注浆孔的作用,减小工程造价,又要考虑孔与孔之间的相互搭接,达到均匀受浆。对于加固注浆,一般采用等距布孔,梅花型布置。孔间距一般为0.8(扩散半径),排间距为孔距的0.87倍。在砂性土层渗透注浆孔距取0.8~1.2m;在粘性土层,劈裂注浆孔间距取1.0~2.0m。裂隙岩体的帷幕化学注浆,大都是在已做水泥注浆的基础,以化学注浆弥补水泥注浆的不足。设计时化学注浆与水泥注浆一起考虑。排法是水泥注浆孔和化学注浆孔间隔各一排;或者两排水泥注浆孔中间插一排化学注浆孔。化学注浆孔距约为1.0~1.5m。

工程概况:某工程电力沟为2.00m×2.05m暗挖隧道。初衬200mm,二衬200mm,初衬和二衬之间为SBC120聚乙烯丙纶复合防水卷材。由于该暗挖隧道位于粉质粘土土层中,部分地段为回填土,地层松软,自稳能力差,施工中土体坍塌严重,存在着很大的安全隐患。为保证施工安全及施工的顺利进行,必须对此段进行开挖预加固处理。针对上述情况,本着技术可靠、施工可行、经济合理和对现况土体扰动小的原则,决定采用二重管注浆加固的方法,对该段地基进行加固处理,以增强地基的自稳性和抗压强度

施工方案设计:施工目的:本工程主要以改善地层松散的性状为目的,以及止水,使隧道顶部及侧面增加抗压强度和粘结性,实现加固目的,保证隧道掘进时,拱顶土体不产生塌落从而保证暗挖施工顺利进行和施工安全。施工方法选择:本工程采用双重管无收缩注浆工法,对隧道作业面前方的起拱线以上3米部分土体及侧面2米部分土体的范围进行辐射型注浆加固处理,形成具有一定强度复合地基,以达到稳固土体的预期目的。

注浆加固设计:注浆材料:应满足以下要求:(1)不易溶于地下水;(2)对不同地层,凝结时间可调;(3)高强度、止水。确定相应的注浆材料为:硅酸钠+水+多种添加剂,按照一定比例配置而成。在实际施工中御湖澜桥高支模施工方案,可根据现场情况适当加入特种材料以增加可灌性和早期强度。注浆范围设计:经计算,确定加固范围为:(1)隧道结构外轮廓线:左右两侧各2m以内的土体;拱部以上3m以内的土体;底部不加固。(2)位于回填土内的隧道全段面加固,位于天然土层内的隧道仅加固隧道开挖范围外的两侧各2米,上部3米的范围。(3)断面纵向每次加固长度12m。(4)采用垂直、水平和斜向成孔、注浆加固。注浆孔的布置:注浆孔于开挖断面上呈正方形布置,间距0.7米

施工部署及工艺流程:施工部署:①加固区长度每段12米,开挖时预留3.0米,以防下一次注浆时浆液外溢。②水平加固区采用由中心部→外围或外围→中心部,并采用隔孔注浆施工。③如现场地面施工条件具备,为缩短工期,采用地面垂直注浆方案。工艺流程:①钻孔:根据设计要求,对准孔位,根据不同入射角度钻进,要求孔位偏差不大于2cm,入射角度偏差不大于1°。②注入浆液:成孔后,开始注浆,注浆压力0.3~0.5MPa;③拔出注浆管,封堵注浆孔:采用粘土或其他材料封堵注浆孔,防止浆液流失。④冲洗注浆管:注浆完毕,应立即用清水冲洗注浆管,必须采取适当措施处理废水,搞好清洁工作。⑤转入下一孔位施工。

注浆效果检测:1、注浆施工结束后,通过注浆体内钻孔,用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数,不合格者需进行补浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5~10%,布孔重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。在防渗注浆工程中,这类检测是一种重要的和基本的手段。对加固注浆而言上述水力物理性虽不能直接反映加固效果,但至今仍旧被广泛的当作一种参考指标,因为吸水量大小与地基的密度和强度之间存在着一定的关系。2、通过钻孔,从注浆体内取出原状样品,送实验室进行必要的试验研究。通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标,据此能对注浆效果作出比较确切的评价:(1)样品的密度;(2)结石的性质;(3)浆液充填率及剩余孔隙率;(4)无侧限抗压强度及抗剪强度;(5)渗透性及长期渗流稳定性;3、采用挖探或其他方法检验加固效果。

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