注浆工法

2024-07-30

注浆工法（精选4篇）

注浆工法篇1

1 概述

桥头跳车问题一直是高等级公路中常见的病害,它直接影响行车速度,也影响了行车的舒适与安全。桥头跳车的问题涉及到路堤沉降、台背回填、桥台类型、接缝、桥头搭板、路面以及施工方法等众多因素。桥头跳车的直接原因是刚性结构物桥台与路堤直接处在行车荷载的反复作用下产生较大的沉降变形差异,这种情况在高填土段桥头显得尤为突出。因此,解决高等级公路桥头跳车,控制高填方段桥头的沉降变形,才能保证公路交通安全和高速运营。

2 桥头跳车的原因

桥头跳车产生的原因是路堤与桥台衔接处结构的沉降差。影响桥头差异沉降的因素很多,既有台后填料的内在因素,也有工程质量、设计不周、施工管理不善等人为因素。

2.1 台后填料的内在因素引起桥头跳车

台背填料一般为砂砾与土,属于三相体,存在空隙,施工中的任何措施都不能将填料颗粒间的空隙完全消除,在材料自重及车辆荷载的作用下,孔隙率逐渐降低,台背填料在一定期限内产生压缩沉降。工程实践表明,压缩沉降主要决定于填料性质、施工条件及台前、台背防护工程的设置情况。一般透水性好的土及级配较好的砂砾材料,其压缩沉降小;施工符合工序、压实符合要求、压缩变形小,台前、台背设置有挡土墙、护面墙等防护构造物时,其压缩沉降也较小。

2.2 工程质量及施工管理不完善引起的桥头跳车

1)压实度达不到设计要求。对于软弱地基上的桥梁、涵洞等构造物,在设计中一般要求先填筑路基,然后再开挖修建构造物,其目的是为了减少路基的工后沉降,但在实施过程中,往往由于受工期的限制,更多的则是先修桥梁、涵洞等构造物,再进行台背填筑,这样势必造成路堤的沉降量大,桥涵沉降量小;同时在填筑路堤时,在接近台背的地方由于受作业面局限,又不能使构造物受损,大型机械无法碾压,这样客观上造成了桥涵台背填筑质量达不到设计要求,必然出现较大的工后沉降差异,从而导致桥头跳车。2)桥头路堤基底处理不彻底,路基沉陷的影响。桥涵通常位于沟壑地段,地下水位较高,且多数为软土。由于软土一般都具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和抗剪强度低等特点,在软土上填筑路基极易产生沉降(包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降)。同时,桥头路基填筑高度较其他地段大,在车辆荷载及高填路基产生的应力影响下,产生基底应力相对较大,更易引起地基沉降,特别是工后沉降较大。3)桥梁通常作为控制性工程优先施工,路基工程一般是桥梁建成后施工,路桥过渡段集中填筑,几乎没有静置沉降和趋于稳定的时间,导致运行后的初期沉降变形较大。4)桥头排水集中,造成排水不畅及填土流失。施工时对桥梁与路面接缝的处理没有引起足够的重视,结果通车后接缝损坏,加之桥梁段纵坡较大,以利于排水,雨水会沿着缝隙渗透,渗水对桥台一般不会产生破坏作用,但对台背填料易产生侵蚀和软化,特别对填方体压实不够,易产生侵蚀和软化,降低台背整体强度,导致填方体变形。在外部车辆荷载冲击作用下,必然会造成桥头路基沉陷。

3 台背处置

桥头刚柔过渡段的设计和施工一直是我们研究的重点和方向,近年来随着我国桥梁施工经验的不断积累和国内高速公路的不断修建,我们在桥梁桥头刚柔过渡段的设计和施工已有了一套比较成熟的施工方案和设计方案,桥头跳车的通病也已达到了有效的控制。我公司在山西省大同—右卫高速公路桥梁台背回填处理时就应用了钻孔灌浆的施工方案,在工程实践中掌握了其施工技术,对之进行总结形成了本工法。

4 施工工艺

4.1 布孔

在桥梁搭板范围内,第一排注浆孔距台背0.5 m,最外一排注浆孔距搭板外缘0.5 m,在中央分隔带一侧注浆孔距分隔带1.0 m;沿线路纵向每排注浆孔的间距为1.5 m,横向孔距:在行车道、超车道一侧孔距为1.2 m,硬路肩一侧孔距为1.5 m;若构造物为斜交,应视实际情况适当增加注浆孔。

4.2 孔深

每排孔深为台背回填厚度(路床顶面至原地面)。

4.3 压浆技术要求

注浆施工设备采用SYB50/50液压机注浆或HB-80型注浆机注浆,泵压控制在0.2 m～0.5 m之间,流量为20 L/min～50 L/min,水灰比为0.5～0.6,采用32.5级普通硅酸盐水泥,不掺外加剂,为水泥净浆。

4.4 施工技术要求

1)注浆孔必须采用干钻成孔,除非钻遇路基结构层或大块石头等障碍物确实无法钻进时,才可以加少量水湿润,平常严禁清水钻孔,成孔后为防止雨水灌入,必须采用有效方法封孔或及时进行压浆;孔径需确保注浆管的放置。

2)灌浆时必须一次性将灌浆管放置到设计深度,从下而上进行注浆,砂性土注浆压力达到0.2 MPa,粘性土注浆压力达到0.5 MPa,方可终止注浆。

3)冒浆处理:在注浆过程中,水泥浆液沿土体孔隙往上串流冒出地面,称为地表冒浆。地表冒浆处理时必须耐心细致,有时可能要多次反复处理;一般是在冒浆处用碎棉絮、麻絮或速凝水泥封堵,若封堵无效,则可采用降压、改变水灰比或孔隙灌浓水泥浆等办法进行处理。

4)串浆:在注浆过程中,水泥浆液从注浆孔内流出的现象叫串浆。发生串浆的原因是在地层中孔隙、裂缝较多,压力较高时,相互串联造成串浆通路。处理的办法有:a.适当延长相邻孔之间的注浆间隔时间;b.串浆孔和注浆孔同时进行压浆;c.封堵串浆孔。

5 注浆加固台背原理

注浆法通过钻孔和利用注浆设备,运用液压原理,通过注浆管将浆液分层均匀地注入地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式排出土颗粒间裂隙中的水分和空气,并占据土颗粒间的空间,使路基孔隙比减少,强度提高。经过一段时间后,浆液将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性好的结合体,从而达到加固路基的目的。

注浆的机理主要有渗入性注浆、劈裂注浆和压密注浆三种。注浆法加固台背填土是以渗入性注浆为主,利用注浆设备将配制好的水泥浆液,通过注浆管注入台背填料,浆液在压力作用下渗入填土的孔隙中,与土体的土粒骨架产生固化反应,使台背填土的密实度进一步提高,减少填土与桥台之间的刚度差,消除因台背填土的沉降而产生桥头跳车的现象。

注浆压力和浆液浓度是保证注浆质量的重要因素,对于不同填料和形态的路基,采用的注浆压力也不同,注浆压力的大小主要取决于路基的密实度、强度及初始应力。注浆用的浆液,以水泥为主体,根据工程需要适当配入一定量的粉煤灰和附加剂(速凝剂、早强剂、悬溶剂等)。

6 工程实例

我公司承建的山西省大同—右卫段高速公路杨树湾大桥、南梁沟大桥和五旗大桥台背处理就采用了注浆处理方案。

三座桥台背高均在10 m～13 m之间,台后填土设计用渗水性土回填,但在实际施工过程中由于施工机械和填料以及工期等多方面的原因,在后期用重型动力触探仪进行台背检测时,发现台背填料回弹模量均在26 k Pa～34 k Pa之间;经为期40 d的注浆处理后,再经山西省交通科学研究院大呼中心试验室检测,三个台背回填实测回弹模量最小值E都大于设计回弹模量E(35 k Pa)。

参考文献

[1]何书武.桥梁台背注浆法加固处理技术[J].山西建筑,20063,2(24):291-292.

注浆工法篇2

东莞—惠州城际轨道交通项目某标段位于广东省东莞市, 标段内设有明暗挖车站, 采用矿山法及盾构法施工的隧道。其中采用矿山法施工的隧道洞身处于富水软弱地层、W4全风化片麻岩、含砾砂岩、第四系富水残积层和全新统冲积层。全风化地层遇水易软化, 开挖中易出现掌子面失稳等险情, 给隧道正常掘进带来较大安全隐患, 同时影响施工进度。按原设计方案, 采用全断面注浆加固地层, 止水加固效果并不理想, 为确保施工安全, 隧道施工开挖前采用WSS工法注浆, 对掌子面进行止水加固。

2 WSS工法注浆

2.1 原理

WSS工法注浆关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后, 采用一台同步注浆机注浆。浆液有A液 (水玻璃) 、B液 (磷酸) 、C液 (水泥浆) 。A液先后与B液、C液通过二重管端头的浆液混合器混合, 分别合成A-B液 (水玻璃与磷酸混合液) 、A-C液 (水玻璃与水泥浆混合液) 。在不改变地层组成情况下, 将土层颗粒间存在的水强迫挤出, 使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结, 达到改良土层力学性质的目的。原理是使该土层黏结力 (C) 、内磨擦角 (φ) 值增大, 使地层黏结强度及密实度增加, 起到加固作用。颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后, 使土层透水性降低, 并形成相对隔水层。

2.2 主要设备

注浆钻机型号及主要技术参数见表1, 注浆泵及搅拌器型号及主要技术参数见表2。

2.3 主要注浆材料

注浆材料为A-B液和A-C液。水玻璃模数2.6, 水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。水玻璃与磷酸体积比1∶1, 水玻璃与水泥浆体积比1∶1, 水泥浆水灰比为1∶1 (质量比) 。

3 现场应用

3.1 设计方案

3.1.1 拱部超前钢花管注浆加固

拱部180°范围内除区间正洞原设计的超前小导管外, 增设超前钢花管注浆加固, 环向间距0.66 m, 纵向间距4.0 m, 外插角11°。采用外径φ42 mm、壁厚3.25 mm、长6.0 m钢花管。施工中利用钢花管向地层注浆, 注浆浆液采用水灰比1∶1的水泥浆, 注浆压力为0.3~0.5 MPa。

3.1.2 深孔注浆加固

(1) 深孔注浆加固范围为隧道开挖掌子面及隧道下断面开挖轮廓外1.0 m, 注浆沿隧道掘进方向10 m为一循环段。一个注浆循环段完成后留1 m不开挖, 作为下一循环段的止水岩盘。

(2) 上半断面深孔注浆孔垂直于工作面布置, 下半断面注浆孔由工作面向开挖方向呈辐射状布置。钻孔均匀布置, 保证注浆充分, 不留死角, 浆液扩散半径1.5 m, 每循环超前预注浆设44个注浆孔, 孔深约11 m。

(3) 注浆孔开孔直径不小于110 mm, 终孔直径不小于91 mm;孔口管采用φ108 mm, 壁厚5 mm热轧无缝钢管, 管长1.5 m。孔口管应埋设牢固, 并有良好止浆措施。

(4) 注浆材料采用普通水泥浆液, 浆液浓度应根据隧道围岩条件加以调整, 初拟为水泥浆水灰比0.8∶1~1∶1。

(5) 注浆方式及注浆压力。普通富水软弱地层易造成坍孔时, 采用前进式分段注浆, 也可采用后退式注浆。注浆压力根据水文地质及工程地质条件确定, 设计的终压值一般较注浆处静水压力大0.5~1.5 MPa;当静水压力较大时, 初步确定取静水压力的2~3倍。现场注浆时根据埋深、地质情况及注浆加固止水效果调整注浆压力。

(6) 注浆结束标准。单孔注浆压力逐渐升高至设计终压并继续注浆10 min以上, 且注浆量不小于设计注浆量的80%、进浆速度为初始进浆速度的1/4, 检查孔涌水量小于0.2 L/min, 可结束注浆。全段注浆结束标准是所有注浆孔均符合单孔结束条件, 注浆后隧道预测涌水量小于1 m3/ (d·m) 。

3.2 WSS工法注浆方案

3.2.1 注浆孔布置

注浆孔距离隧道开挖断面轮廓线外30 c m呈单环布置, 终孔直径50 mm, 孔间距0.6~0.8 m, 孔深9~13 m, 孔数根据掌子面上台阶开挖断面尺寸而定, 布置范围自拱脚依次排开, 外偏角偏向拱顶10°, 两侧拱脚处注浆孔水平偏向隧道外侧10°。

小台阶或半断面掌子面注浆时, 不用对掌子面核心土部分进行注浆、止水加固。若开挖断面较大或掌子面全风化层面积较大时, 可适当增打掌子面核心土部分的注浆孔, 孔间距以0.7~1 m为宜。

3.2.2 施工止浆墙

采用C20喷射混凝土封闭掌子面, 作为止浆墙, 厚5~10 cm。若掌子面全风化程度高, 可先采用φ8 mm钢筋网按网格间距15 cm×15 cm布设掌子面, 再喷射混凝土封闭掌子面。掌子面注浆完成后恢复断面开挖时, 应预留1~2 m作为止浆墙。

3.2.3 注浆流程

钻孔完成后, 先注A-B液, 终浆压力为1.7 MPa, 持续10 min, 待钻杆外壁无流水溢出停止注A-B液, 而后再注A-C液, 终浆压力为2.1 MPa, 注浆持续10 min后注浆完成, 移至下一个注浆孔位作业。

3.2.4 注浆参数

(1) 浆液配比选定。A-B液中的水玻璃与磷酸体积比为1︰1, A-C液中的水玻璃与水泥浆体积比为1︰1, 水泥浆液水灰比的水与水泥质量比为1︰1, 水玻璃的凝结时间一般选45 s。

根据进浆量和注浆压力变化, 及时调整浆液浓度。若长时间注浆压力无变化且注浆量大, 则先适当调高A-C液中的水玻璃量, 以缩短凝结时间 (调整至20 s内) , 再适当调高A-C液中的水泥浆量, 同时适当调高注浆压力。

(2) A-B液注浆终压选定。根据WSS工法注浆原理, 注A-B液是将土层颗粒间存在的水强迫挤出, 使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结, 达到改良土层力学性质的目的。结合现场注浆经验, 取A-B液的注浆终压为1.7 MPa。

(3) A-C液注浆终压选定。注浆参数在施工过程中根据实际情况随时调整。注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关, 目前均按经验确定和计算。

(1) 按已知地下水静水压力 (全风化地层一般取0.5 MPa) 计算, 设计的注浆压力 (终压值) 为静水压力的2~3倍, 最大可达3~5倍。

式中:P为设计注浆压力 (终压值) , MPa;P'为注浆处静水压力, MPa。

由公式 (1) 计算得知, 注浆终压力P=1.5~2.5 MPa。结合现场实际, 注浆终压力取2.1 MPa。

(2) 根据注浆处地层深度计算。

式中:P为设计注浆压力 (终压值) , MPa;K为由注浆深度确定的压力系数:H为注浆处深度, m。压力系数K的取值见表3。

由公式 (2) 计算可知, 注浆终压力P=0.5~0.75 MPa, 注浆终压力最大值取0.75 MPa。

综合 (1) 和 (2) 的计算, 注浆终压力选定为2.1 MPa。

(4) 扩散半径。浆液扩散半径与注浆压力、浆液浓度、地层的渗透系数等有关, 其扩散范围一般为1.0 m。

(5) 注浆结束标准。注浆量越来越少, 达到注浆终压力后注浆压力骤升时结束注浆。

3.3 效果对比

采用WSS工法注浆前, 按设计要求施打超前小导管, 并注单液浆。注浆完成后, 掌子面的止水加固效果不佳, 开挖时仍有明显湿渍, 甚至有较大流水, 拱脚处仍存在涌水、涌泥现象。采用WSS工法注浆后, 开挖掌子面时无明显湿渍, 可清晰看见浆液充满土层缝隙, 并且分布较均匀。原设计注浆掌子面注浆效果见图1, 采用WSS工法掌子面注浆效果见图2。

4 结论

与普通注浆加固方式相比, 采用WSS工法注浆具有以下优点。

(1) 钻孔注浆合为一体, 在绝大多数地质情况下均可顺利成孔注浆, 前进式注浆或后退式注浆均可使用。

(2) 注浆完成后开挖轮廓线上下1 m范围可明显看到水泥浆液纹路, 止水及加固效果明显。

(3) ZLJ-250煤矿用坑道钻机可360°旋转, 可对局部水量大的地方进行注浆止水加固。注浆液分管进入掌子面, 避免了浆液提前混合导致扩散半径减小及注浆过程中堵塞注浆管路。

(4) 注浆止水加固效果好, 可有效防止开挖过程中发生坍塌、涌水、涌泥, 提高隧道掘进的施工安全, 同时加快掌子面的掘进速度。注浆止水充分体现了城市地下隧道“以堵代排”的治水理念, 防止出现因长期洞内失水造成地下水位下降而引起的地表下沉或坍塌。

参考文献

[1]王武辉, 芮元.双重管无收缩WSS注浆工法在地铁施工中的应用[J].科技创新, 2013 (18) .

[2]曾德光, 谢保良, 肖双泉, 等.WSS工法灌浆技术的应用研究[J].市政技术, 2006.

[3]孙宏江, 李冰.二重管注浆技术在地铁工程中的应用[J].安徽建筑, 2013 (3) .

注浆工法篇3

我国岩溶堤坝多建于20世纪50年代,在保障人民生命财产安全和促进经济社会发展等方面发挥了重要作用,但限于当时的经济条件和技术水平,大部分都存在防渗处理措施不到位的问题,岩溶渗漏问题十分突出。堤坝岩溶渗漏不仅会影响水库的正常运行效益,甚至可能造成渗透出逸坡降大于允许值形成渗透破坏致使溃坝,其防渗处理受到越来越多的关注[1]。

岩溶堤坝防渗处理实际上就是封堵渗漏通道(可溶岩在高水头长期作用下形成的裂隙管道、孔洞)[2,3,4],目前岩溶堤坝防渗处理措施主要有大开挖回填和注浆两种,其中注浆具有施工工作量少,工期短,质量易保证等特点,在国内外岩溶堤坝防渗处理中广泛应用,如前南斯拉夫的姆拉丁坝、西班牙的卡内来坝、我国的乌江渡大型水电站等[5,6]。循环式注浆、纯压式注浆、孔口封闭注浆法或联合应用,在有压状态下,纯水泥浆液会在钻孔中最小主应力面窜浆,在溶洞内注浆时,耗浆量非常大;为控制浆液扩散,降低造价,提高稳定性,杨晓东等[7]提出了水泥膏浆注浆技术,在一定程度上实现了注浆的可控,但耐久性较差且造价较高。基于黏土水泥浆材的稳定性好、造价低、抗酸碱腐蚀性好等特点,张贵金[8,9]等结合水泥膏浆注浆技术提出了一种“膏浆高压压密、稀浆高压劈裂注浆”的新工艺对溶洞进行控制注浆,并在托口水电河湾地块防渗注浆中成功应用,但在浅层溶洞注浆时,由于高压劈裂所需的压力过大,常导致孔口冒浆,需要不断待凝,导致工期延长。

岩溶堤坝空隙率大、胶结性弱,如何能够在注浆过程中提高工效,降低造价,控制浆液在溶洞内的有效扩散范围,避免长距离跑浆和孔口冒浆,实现全溶洞有效灌注,研究提出“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”的新工法。

1“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”新工法技术要点及经济性

“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”新工法,根据岩溶堤坝的空隙特征,配合相应的注浆材料,注浆可一次完成,避免多次复灌,设备系统如图1所示。

1.1 新工法技术要点

(1)稀浆脉动劈裂注浆。稀浆脉动劈裂灌浆,通过特制注浆泵施加压力[压力以一定频率在零到设计值(低压)间变换],迫使稳定稀浆进入岩溶充填物以及溶洞周围软弱岩土体。在一定的峰值灌浆压力作用下,岩溶充填物以及溶洞周围软弱岩土体的裂隙能最大限度地弹性张开,毗邻的不连通的微细裂隙受压缩而闭合,使周围岩土体基本变为弹性体,在灌浆时受到预应力。当脉动泵的球阀落下,注浆压力被撤去,岩体回弹,灌入的浆材受到受灌岩土体回弹的挤压,利于浆液脱水和提高结石强度,增加受灌处土体的密实度。从而使灌浆能够及早升压,达到控制灌浆的目的。与稳压灌浆不同的是,脉动压力灌浆时,由于施加给受灌岩土体荷载的延滞效应和脉动叠加作用,使得灌浆压力与地应力之间总是存在或大或小、时正时负的压力差,如此,在岩溶充填物以及溶洞周围软弱岩土体内产生树枝状劈裂扩散浆脉[10]。

脉动压力灌注稳定稀浆,首先是脉动送浆劈裂岩溶充填物扩散,再脉动送浆渗透溶洞周围岩土体最弱孔隙,最后脉动送浆溶洞周围岩土体次弱空隙充填从而在溶洞一定范围内形成树枝状浆脉。

(2)膏浆脉动压密注浆。膏浆脉动压密注浆,通过特制注浆泵施加压力[压力以一定频率在零到设计值(高压)间变换],迫使膏浆在注浆管出口处压密岩溶充填物并形成半球形浆泡,由于溶洞周围岩土体边界比较致密,充填物浆液中固体颗粒会被其骨架所阻拦,形成滤饼,而充填物中的自由水则被滤出,即发生压滤效应[11],随着注浆继续,岩溶充填物以及溶洞周围岩土体不断被压密,浆泡不断增大,直至达到注浆结束标准。

注浆后岩溶充填物压缩固结形成的结石体和膏浆结石体以及树枝状稀浆浆脉形成的弹性体共同构成防渗体。这一注浆过程,可以有效控制浆液扩散距离,可以使用更高的注浆压力,注浆均匀性更好。

1.2 新工艺经济性

“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”是一种新型注浆工艺,它与传统注浆工艺的经济性对比分析如下:

(1)注浆单耗小。由于在灌注稳定稀浆过程中采用脉动供压,浆液的扩散距离可控,而传统注浆是持续给压,浆液扩散距离往往远超设计帷幕厚度,存在大量无效灌注,因此新工艺注浆单耗比传统工艺约小65%。

(2)工效高。新工艺采用自下而上分小段连续提升灌注,不需要长时间待凝,对比传统工艺,施工台月效益提高约30%。

(3)透水率小。新工艺采用膏浆高压脉动压密岩溶充填物和稀浆形成的帷幕体,由于膏浆的稳定性很好,基本不离析,因此可有效解决传统工艺岩溶充填物渗透性大等问题。

2 工法流程

“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”新工法对溶洞进行注浆,溶洞内自下而上分小段连续提升灌注。单孔注浆工法流程为:钻孔→注浆准备→孔口处下套管,并安装孔口封闭器→下注浆管→注浆段钻孔洗孔→按配比配制稀浆→注浆段脉动(低压高频)灌注稀浆→稀浆待凝→按配比配制膏浆→注浆段高压压密注浆,自下而上小间隔提升灌注→全孔注浆结束封孔。根据新工法施工特点、步骤和稀浆脉动劈裂以及膏浆压密灌浆机理,通过制作图片,描述整个施工过程,如图2~图4所示。

(1)钻孔:如图2所示,回转钻机钻孔,泥浆固壁。一次钻至设计注浆段孔深,段长为可为10~30 m。

(2)稀浆脉动劈裂注浆:如图3所示,在孔口搅拌机内按比例配制好稀浆,设置好脉动泵的压力和脉动频率,采用脉动压力灌注稳定稀浆进行劈裂,2 h析出率小于5%的稳定浆液,具有较好的流动性和稳定性,脉动频率20~30次/min,稳定稀浆在有压环境下就会在溶洞充填物及其软弱部位形成树枝状滤饼,从而形成整体的框架结构。为提高灌浆工效,进行稀浆脉动灌浆时,采用注浆段采用花管。

(3)膏浆脉动压密:如图3所示,在孔口搅拌机内按比例配制好膏浆,设置好脉动泵的压力和脉动频率,采用脉动高压灌注膏浆进行压密,膏浆的内聚力和黏度较大,流动度小,压力比灌注普通浆液大,脉动频率约为8~15次/min,在注浆过程中,膏浆在有压环境下很快结石,从而快速注满整个注浆段。小段灌注完后,提升再进行下一段灌浆,每小段长度以0.5 m为宜。

(4)封孔:全孔段注浆结束,立即进行封孔。完成注浆后,由稀浆结石体、膏浆结石体、岩溶充填物以及周围挤密的岩土体共同形成防渗体。

3 应用试验研究

为充分论证研究提出的“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”的新工法,以及“改性黏土水泥膏浆”新材料在岩溶水库溶洞防渗工程中的应用技术可行性、工艺操作性、以及成本经济性,选取典型的岩溶地貌-湖南某水库库尾区域作为试验场地。

3.1 工程地质条件

为充分掌握试验区域地质情况,布置ZK11、ZK12、ZK13、ZK14共4个孔,如图5~图8。钻孔情况统计如表1所示。从表1可知,试验场地区域内发育溶洞,溶槽,及岩溶塌陷等岩溶类型,试验区域内存在5处溶洞,其位置位于ZK11孔深24.5~25.0,40.5~41,45.0~45.5 m、ZK144的48.5~49.0、53.2~53.7 m处。

3.2 防渗注浆

针对试验区进行防渗注浆布置(图9),试验孔包括两个注浆孔(Ⅰ-1,Ⅰ-2),和1个检查孔(J-1),灌浆孔距2 m,孔深55 m,如图9所示。采用稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密的新工法对大坝溶洞进行处理,即钻孔结束后先脉动劈裂灌注黏土水泥浆液(按质量比黏土∶水∶水泥=1∶2∶1),待凝一定时间后采用黏土水泥膏浆(按质量比黏土∶水∶水泥∶外加剂=1∶2∶1∶0.1)进行高压压密注浆直至到达注浆结束标准,其他部位均采用稳定浆液脉动灌注,现场施工如图10所示。

3.3 注浆质量检查

注浆结束14 d后,通过检查孔进行现场压水实验(采用单点法,孔内设止水栓塞,自上而下分段(5 m/段)进行),各段压水实验压力按相应高程、幕前水头1.2倍控制,其中Ⅰ-1孔灌浆试验参数及压水试验结果如表2所列。

试验表明:①灌浆前后压水试验对比,灌后透水率改善明显,最大为2.43 Lu;②检查孔取芯及竖井开挖表明,受灌体密实性较灌浆前明显提高,局部芯样可见浆脉结石,如图11所示。③下游渗漏出溢点,未见明显渗漏,注浆效果显著。④对比传统注浆工艺节省投资40%,且压水实验结果满足规范要求。

4 结语

“稀浆脉动劈裂、膏浆脉动压密”新工法,能有效地解决岩溶堤坝的防渗加固问题,对比传统注浆方法,单位注入量降低约65%,施工台月效益提高约30%,帷幕透水率较低。通过湖南某岩溶堤坝岩溶发育区进行现场应用试验,表明新工法能很好地解决岩溶充填物难以结石、浆液串浆耗浆大,等技术难题,且简单可行、成本可控、注浆效果良好。

新工法尚需对以下问题进一步研究:①稀浆脉动劈裂扩散模型;②膏浆脉动压密扩散模型;③工法实施过程中各环节的完善等,为在岩溶堤坝及其他类似地层的防渗加固工程中推广应用提供指导和相关依据。

参考文献

[1]赵瑞,许模.水库岩溶渗漏及防渗研究综述[J].地下水,2011,33(2):20-22.

[2]冷宝玉,黄建通,张震夏,等.堤坝隐患探测技术研究进展[J].地球物理学进展,2003,18(3):370-373.

[3]陈洁金,朱自强,戴亦军,等.堤坝隐患综合物探方法研究与应用[J].地质灾害与环境保护,2005,16(1):101-104.

[4]樊哲超.堤坝渗漏的综合示踪方法理论研究与工程应用[D].南京:河海大学,2006.

[5]邹成杰.国内外岩溶地区水库坝址防渗帷幕设计中工程地质问题的综述与分析[J].水利水电技术,1987,6(1):31-34.

[6]程良奎,张作眉,杨志银.岩土加固实用技术[M].北京:地震出版社,1994.

[7]杨晓东,张怀友,张金接.大孔隙地层水泥膏浆注浆技术[J].水利水电技术,1991,12(4):42-45.

[8]张贵金,杨东升,梁经纬,等.黏土水泥复合浆材强度研究[J].水利水电技术,2015,46(1):20-24.

[9]张贵金,胡荣宗,钟平,等.新型可控黏土水泥膏浆实验研究[J].水利水电技术,2013,44(2):66-70.

[10]张忠苗,邹健,贺静漪,等.黏土中压密注浆及劈裂注浆室内模拟实验分析[J].岩土工程学报,2009,31(12):1 818-1 822.

注浆工法篇4

关键词：地铁隧道,WSS工法,注浆,施工技术

西安地铁二号线永宁门到钟楼盾构区间联络通道地质情况较复杂, 在老黄土地层中夹细砂透镜体, 且地下水位高于隧道埋深约10m。在进行联络通道施工前, 为保证施工安全, 采用了二重管无收缩WSS注浆工法, 对联络通道周围土体进行了加固处理, 深度为10m, 3~5m为一循环, 预留2m止浆墙, 采用洞内辐射程控注浆工艺。

1 WSS注浆工艺的止水原理与浆液简介

主要原理是:注浆时, 浆液在不改变地层组成的情况下, 将土层颗粒间存在的水强迫挤出, 使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结, 形成劈裂式注浆, 达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层粘结力 (c) 、内磨擦角 (?) 值增大, 从而使地层粘结强度及密实度增加, 起到加固作用;颗粒间隙中充满固结的浆液后, 使土层透水性降低, 形成隔水层。

无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料, 固结硬化时间可根据实际需要进行调整。浆液按强度可分为CT-1#、C T-2#和C T-3#三种。

1.1 无收缩注浆液特点

(1) 固结硬化时间易调整, 硬化时间长的浆液也具有很高强度。

(2) 渗透性良好, 特别是对微细砂层的渗透性优佳。

(3) 地层中有流动水的情况下也具有很强的固结与止水性能。

(4) 浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据需要任意调整。

(5) 浆液不流失、固结后不收缩, 硬化剂无毒, 不会造成污染。

1.2 标准浆液的性质, 见 (表1)

1.3 C T-固结体的透水系数, 见 (表2)

1.4 无收缩注浆液标准配比

施工时根据地层情况配制溶液型或悬浊型浆液;通过调节浆液配比和注浆压力来控制浆液的凝结时间和注入范围。溶液型或悬浊型浆液均采用双液浆, 其配比如表3所示, 其中A、B双液组成溶液型浆液, A, C双液组成悬浊型浆液。悬浊型浆液以水泥为主, 掺加注入性强的添加剂, 适用于软弱粘性土、松散砂层、砂砾石层的裂隙的填充。溶液型浆液以水玻璃为主, 掺加注入性强的添加剂, 适用于密实的砂层、砂砾石层改良的后处理等。浆液中的添加剂一方面改良浆液, 增强浆液的注入性;另一方面降低浆液凝固后的收缩性, 确保注浆和止水效果。针对不同的地层, 注浆时可先进行限制性注浆, 浆液凝结速度快, 可根据凝结时间确定注浆范围。然后进行渗透注浆, 使浆液在地层中分布均匀。限制性注浆和渗透注浆可以自由切换, 从而适用于各种复杂的地层。

2 WSS注浆工艺的施工优点

(1) 二重管无收缩WSS注浆工艺能将不同地质情况的土体填充密实, 改变原土体和物理性质, 增加土体的密度, 提高其抗压强度, 而且注浆材料属于环保型, 对河流及地下水无污染。

(2) 采用特殊的端点监控器和二重管注入方式, 使注入设备简单, 具有很高的可靠性、经济性。

(3) 可进行一次、二次注入切换, 达到复合注入的目的, 并且可以根据不同土体的性质随时调整瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率, 达到加固土体的效果。

(4) 一次注入为限制浆液, 二次注入为渗透浆液, 注浆不会向注入范围外溢出, 从而有利保护地下环境。

(5) 根据地面环境分别采用地面垂直、地面斜向和洞内垂直、洞内斜向等多种方式进行加固注浆, 减少外界因素对注浆施工的影响。

3 注浆量的计算原则

由于浆液的扩散半径与砂层空隙很难精密确定, 故根据隧道工程地质、水文条件和注浆方案及所选用的材料, 对注浆量进行估算。估算公式:

式中:Q为总注浆量, m3;A为注浆范围体积, m3;N为孔隙率, %;α为浆液填充系数 (0.7~0.9) ;β为注浆材料损耗系数。

公式中nα (1+β) 统称为填充率, 填充率按 (表4) 选用。

4 注浆压力的选定

注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝结时间有关, 目前均按经验计算。经验公式如下。

(1) 按已知的地下静水压力计算, 设计的注浆压力为静水压力的2~3倍, 最大的可达3~5倍。

(2) 根据注浆地层深度计算:P=KH

P为设计注浆压力, MPa;H为注浆处深度, m;K为由注浆深度确定的压力系数。

压力系数K的取值如表5所示。

5 WSS注浆工艺的施工步骤

5.1 施工流程

5.2 工艺要求

定孔位:对准孔位, 不同入射角度钻进, 要求孔位偏差为±3cm, 入射角度偏差不大于1°。根据浆液在土层内渗透情况, 确定注浆孔的间距, 一般情况下700mm的间距即可保证渗透效果。

钻机就位:指定位置就位, 调整钻杆的垂直度。对准后, 钻机不得移位, 也不得随意起降。

钻进成孔:要慢速运转, 掌握地层对钻机的影响情况, 以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况, 出现大量溢水出水时, 应立即停钻, 分析原因后再进行施工。每钻进一段, 检查一段, 及时纠偏, 孔底位置应小于30cm, 同一注浆孔的多向注浆间隔施工。

回抽钻杆注浆:在进行注浆的时候边注浆边根据压力与注浆量的变化回抽钻杆, 严格控制提升幅度, 一般每步不大于15~20cm, 匀速回抽。注浆一定要按程序施工, 每段进浆要准确, 注浆压力要严格控制在0.15~0.3MPa。当压力突然上升或从孔壁溢浆, 应立即停止注浆, 采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。土、砂层容易造成坍孔时, 采用前进式注浆或往返式注浆, 否则采用后退式注浆;每段注浆量应严格按设计进行。

注浆完成后, 封堵注浆眼, 保证注入的浆液不溢浆跑浆。

6 WSS注浆工艺的施工注意事项

6.1 根据不同的地质情况调节注浆的浆液配比

在不能确保浆液凝固效果的地层, 应施工一段实验段, 检查浆液配比后的注浆效果。对注浆固结完的底层, 在进行暗挖施工时, 也应做好抢险准备。

6.2 控制注浆压力, 防止将地面顶裂

在进行地下洞内注浆时, 应巡视地面的情况。由于不同地质的关系, 地层可能存在缝隙, 易发生浆液沿着缝隙上行, 顶裂地面的情况, 应适时调整注浆压力和采用间断注浆方式。

6.3 注浆前, 做好加固措施

由于注浆压力一般为0.3MPa左右, 注浆前, 要用喷射混凝土将掌子面封闭, 厚度为200~300cm。在进行盾构区间联络通道注浆加固时, 要严格按照设计要求施工洞内的刚性支撑, 确保管片稳固。

6.4 施工中主要安全注意事项

(1) 凿岩台车、钻机、注浆泵及高压管路必须试运转, 确认机械性能和各种阀门管路、压力表、流量计完好。

(2) 每次注浆前, 要认真检查安全阀、压力表的灵敏度, 并调整到规定压力位置。

(3) 安装高压管路和泵头各部件时, 各丝扣的联接必须拧紧, 确保连接完好。