灌漿加固與防滲技術

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1、灌漿加固與防滲技術灌漿技術是利用壓力將能固結的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力學性能改善的一種方 法。一、灌漿分類1. 按照灌漿的作用來劃分（1）固結灌漿；（2）帷幕灌漿；（3）接觸灌漿。2. 按照基礎的構成來劃分（1）砂礫石灌漿；（2）巖石灌漿。3. 按照灌漿材料來劃分（1）水泥灌漿；（2）水泥粘土灌漿；（3）化學灌漿。4. 按照使用的壓力來劃分（1）常壓灌漿；（2）高壓灌漿。5. 按照灌漿工藝所依據的理論來劃分（1）滲入性灌漿；（2）劈裂灌漿；（3）壓密灌漿還有其他不同的分類方法，如常見到的有充填灌漿、裂縫灌漿、應急灌漿、糾偏灌漿、界面灌漿等等。二、灌漿材料用于堤防工程

2、的灌漿技術，是在灌漿壓力作用下，漿液克服各種阻力而滲入孔隙和裂隙，壓力越大，吸漿量 及漿液擴散距離就大，因此又稱滲入性灌漿。這種灌漿是在地層結構不被破壞的條件下滲入地層，因而漿液的顆 粒尺寸必須小于土的孔隙尺寸，也就是說，漿液必須滿足地層的可灌性條件，因此漿材的選用尤為重要。適合于堤防灌漿的材料主要有以下幾種：1. 水泥漿水泥漿是由水泥和水混合經攪拌而制成的漿液.為了改進漿液性能，有時需要在漿中加入少量的添 加劑。水泥漿液具有來源豐富，價格便宜，漿液結石體抗壓強度高、抗滲性能好、工藝設備簡單、操作方便等優點， 但是水泥漿液是一種顆粒狀的懸浮材料，受到水泥顆粒粒徑的限制，通常用于粗砂層的加固。2

3、. 粘土漿粘土漿是粘土的微小顆粒在水中分散，并與水混合形成的半膠體懸浮液。選擇灌漿用的粘土，一 般有如下幾個要求：塑性指數 17； 粘粒（粒徑小于0.005mm）含量不小于40%50%；粉粒(粒徑0.0050.05mm)含量一般不多于45%50%； 含砂量(0.050.25mm)不大于5%。粘土漿的結石強度和粘結力都比較低，抗滲壓和沖蝕的能力很弱，故僅在低水頭的防滲工程上才考慮采用純 粘土漿灌漿。在粘土漿液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃漿液，水玻璃加量為粘土漿的10% 15%，漿液的 凝結時間可縮短為幾十秒至幾十分，固結體滲透系數為10- 510- 6cm/s。3. 水泥粘土漿水泥粘土

4、漿是由水泥和粘土兩種基本材料相混合所構成的漿液。水泥和粘土混合可以互相彌 補缺點，構成性能較好的灌漿漿液。水泥粘土漿液較單液水泥類漿液成本低，流動性、抗滲性好，結石率高，目前大壩的砂礫石基礎的防滲灌漿 帷幕，幾乎都是采用水泥粘土漿灌注的。4. 水泥一水玻璃漿液水泥一水玻璃漿液是以水泥和水玻璃溶液組成的一種灌漿材料。它克服了水泥漿液 凝結時間過長的缺點，水泥一水玻璃漿液的膠凝時間可以縮短到幾十分鐘，甚至數秒鐘?？晒嘈员燃兯酀{也 有所提高，尤其適合在動水狀態下粗砂層地基的防滲加固處理。5. 水泥砂漿 在對較大缺陷的部位灌漿時，可采用水泥砂漿灌漿，一般要求砂的粒徑不大于1.0mm，砂的細度 模數不

5、大于2。在水泥砂漿中加入粘土，組成水泥粘土砂漿，水泥起固結強度作用，粘土起促進漿液的穩定作用，砂起填充 空洞的作用。水泥粘土砂漿適用于靜水頭壓力較大情況下的較大缺陷，大洞穴的充填灌漿。6. 水玻璃類漿液水玻璃類漿液是由水玻璃溶液和相應的膠凝劑組成。灌入地層后，經過化學反應生成硅酸 凝膠，在土(砂)的孔隙中充填，達到固結和防滲堵漏的目的。水玻璃漿液的粘度小，流動性好，在用水泥漿或粘土水泥漿難于處理的細砂層和粉砂層地基，可使用水玻璃 漿液。在堤防基礎的加固及防滲處理施工中，漿液的可灌性是決定灌漿效果的最重要參數堤基灌漿可以用下式評價其可灌性：M=D15/d85(5-1)式中M為灌入比；D15為受灌

6、地層中15%的顆粒小于該粒徑(mm) ； d85為灌注材料中85%的顆粒小于該粒徑(mm)。M 15可灌注水泥漿；M 10可灌注水泥粘土漿。如可灌性不好，可采用水玻璃類漿液灌漿。幾種灌漿材料 的主要特點見表5 2表5 2幾種灌漿材料的主要特點名稱主要特點適用范圍備注水泥漿施工簡單、方便；漿液凝結時間較長粗砂地基的防滲加固可灌性差粘土漿材料來源廣，價廉；強度低堤身的防滲加固水泥粘土漿價格低，使用方便。粗砂地基的防滲加固可灌性比水泥漿好水泥一水玻璃漿 液施工要求高，漿液凝結時間短，且容易 調節動水狀態下粗砂地基的防滲 加固在特殊情況下使用水泥砂漿強度高，價格便宜，但施工要求較高。較大缺陷的充填加固

7、和防滲 處理易沉淀，可灌性差，在特殊情況下 使用。水玻璃漿液漿液粘度與水接近，可灌性好，但價格 較高。細砂層和粉砂層地基的防滲 加固在水泥等顆粒狀漿液滿足不了可灌 性要求時采用上述幾種材料中，除水玻璃漿液外，價格都比較低，水玻璃漿液的價格比其它漿液的價格要高一些，工程多 采用水泥漿和水泥粘土漿。對一些非均質的粉砂土地基還可以采用水泥和水玻璃漿液分別灌注的方法，達到復合 加固的目的。水泥漿液只能灌入粗砂層，而對顆粒細、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌漿只能進入地基土體 結構受到破壞而形成的空洞或裂縫中，起不到防滲灌漿的作用，難以提高地基的抗滲性能。而水玻璃漿液可以進 入細砂層和細砂層的孔

8、隙。采用復合灌漿方法，可取長補短，先用水泥灌漿處理，使水泥漿液先行填充地基土體中大小不一的孔洞和裂 隙，經48小時的沉淀和固化，然后對同一孔進行清孔，再灌注水玻璃漿液（如酸性水玻璃漿液）。這樣既可以充 分發揮水泥漿液強度高的特點，又可以充分利用水玻璃漿液的優點，提高注漿的效果。這種復合灌漿的方法，已 在江蘇豐縣廢黃河畔的范樓閘應用，粉砂土的滲透系數由2.7-4.7X10-4cm/s降至1.3X1Q-7cm/s以下。三、灌漿工藝（一）灌漿加固工藝1. 灌漿孔的布設。加固灌漿孔的布設常用方格形、梅 花形和六角形，見圖5 1。方格形的主要優點是便于補 加灌漿孔，在復雜的地區宜采用這種方法，而梅花形和

9、六 角形布孔的主要缺點是不便于補加灌漿孔，預計灌漿后不 需補加孔的地基多采用這種形式。2. 鉆孔。鉆孔可采用機鉆、錐鉆、打管等各種成孔方 法。3. 灌漿施工技術要點（1）采用“圍、擠、壓”的原則，就是先將灌漿區圈圍 住，再在中間插孔灌漿擠密，最后逐序壓實，這樣易于保 證灌漿質量。最好采用分序灌漿的辦法。圖5 1灌漿孔布置圖（2）在可能的情況下，以采用較大的壓力為好。（3）灌漿開始時，以稀漿開始，采用逐步加稠的方法。（二）帷幕灌漿工藝灌漿技術除作為加固地基外，也適合堤防工程透水地基的 防滲處理，構筑防滲帷幕。1. 帷幕的設置（1）帷幕的位置堤防基礎的灌漿帷幕應與堤防防滲體（多由粘土一類的不透 水

10、材料所構成）相連，因此帷幕宜設在堤防臨水側鋪蓋下或臨 水坡腳下，見圖52（2）帷幕的形式1）均厚式帷幕 帷幕各排孔的深度均相同。稱為均厚式帷幕。 在砂礫石層厚度不大，灌漿帷幕不甚深的情況下，一般多采用 這種形式。2）階梯式帷幕在深厚的砂礫石層中，因為滲流坡降隨砂礫石層的加深（即隨帷幕的加深）而逐漸減小，故設置深帷幕時，圖52灌漿帷幕位置示意圖多采用上寬下窄呈階梯狀的帷幕。幕寬的部位，灌漿孔的排數 多；幕窄的部位，灌漿孔的排數少。（3）帷幕的深度和厚度一般情況下，帷幕深度宜穿過砂礫石層達到基巖，這樣可以起到全部封閉滲流通道的作用。帷幕的厚度（T） 主要是根據幕體內的允許坡降值來確定的。但可按下式

11、作初步估算：T=H/J（5-2）式中H為最大作用水頭，m； J為帷幕的容許比降，對一般粘土漿可采用JW34。對于砂礫石厚度較淺，一般設置12排灌漿孔即可，對基礎承受的水頭超過2530m時，帷幕的組成才設 置23排。灌漿孔距主要決定于地層的滲透性、灌漿壓力、灌漿材料等有關因素，一般要通過試驗確定，通?？拙酁? 4m。如果在灌漿施工過程中，發現漿液擴散范圍不足，則可采用縮小孔距，加密鉆孔的辦法來補救。33圖53打花管灌漿法圖5-4套管護壁灌漿法圖5 6袖閥管法施工程序2. 帷幕灌漿方法鉆孔灌漿方法主要有打花管灌漿法、套管護壁法、 循環鉆灌法和袖閥管法。（1）打花管灌漿法 首先在地層中打入一下部帶尖

12、 頭的花管，然后沖洗進入管中的砂土，最后自下而上分 段撥管灌漿。見圖53。此法比較簡單，但遇卵石及塊 石時打管很困難，故只適用于較淺的砂土層。（2）套管護壁法套管護壁法的施工見圖5 4所 示，邊鉆孔邊打入護壁套管，直至預定的灌漿深度（a）， 接著下入灌漿管（b），然后拔套管灌注第一灌漿段（c）， 再用同法灌注第二段（d）及其余各段，直至孔頂。（3）循環鉆灌法如圖55,這種方法僅在地表埋 設護壁管，而無需在孔中打入套管，自上而下鉆完一段 灌注一段，直至預定深度為止，鉆孔時需用泥漿固壁或 較稀的漿液固壁。如砂礫層表面有粘性土復蓋，護壁管 可埋設在土層中（a），如無粘土層則埋設在砂礫石層中（b）。圖

13、55循環鉆灌法（4）袖閥管法袖閥管法的施工可分四個步驟，見圖56。鉆孔用優質泥漿（如膨潤土）固壁，不用套管護壁（a）；插 入袖閥管為使套殼料的厚度均勻，應設法使袖閥管位于鉆孔的中心（b）；澆注套殼料用套殼料置換孔內泥漿 （c）；套殼料的作用是封閉袖閥管與鉆孔壁之間的環狀空間，防止灌漿時漿液流竄，套殼在規定的灌漿段范圍 內受到破碎而開環，逼使灌漿漿液在一個灌漿段范圍內進入地層。灌漿 待套殼料只有一定強度后，在袖閥管內 放入帶雙塞的灌漿管進行灌漿（d）。灌漿方法的選用主要取決于施工隊伍的經驗和技術熟練程度，其中打花管法灌漿最為簡單，袖閥管法比較復 雜一些，但施工質量較高。袖閥管法可根據需要灌注任何

14、一個灌漿段，還可以進行重復灌漿。而且可使用較高的 灌漿壓力，冒漿和串漿的可能性小。在砂礫石層灌漿中，對灌漿壓力的確定，目前還缺乏統一的、比較準確的計算灌漿壓力的公式。灌漿初期， 也可先憑經驗預估的壓力灌漿，然后根據吸漿情況以及對地表的觀察，視有無冒漿或抬動變形情況，再做壓力調 整。灌漿的施工機具比較簡單，可采用專用灌漿泵，也可以自行用普通的泥漿泵加設一個簡單的攪拌器組成。對 進漿量較小的粉砂層灌漿，也可以采用簡單的手壓注漿泵或隔膜泵來代替。（三）灌漿效果檢查灌漿法作為地基加固和地基防滲處理，灌漿效果的檢查還沒有比較合適的標準，但一般常用下列幾個方法判 斷。1. 漿液的灌入量同一地區堤防地基的差

15、異不是很大，可以根據各孔段的單位灌入量來衡量。2. 壓水試驗設檢查孔做壓水試驗，以單位吸水量值表示幕體的滲透性。四、堤身劈裂灌漿劈裂灌漿是利用堤身的最小主應力面和堤軸線方向一致的規律，以土體水力劈裂原理，沿堤軸線布孔，在灌 漿壓力下，以適宜的漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密實、豎直、連續、一定厚度的漿液防滲 固結體，同時與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實。適應于處理堤身浸潤線出溢點過高、有 散浸現象、裂縫（不包括滑坡裂縫）、各種洞穴。堤身劈裂灌漿防滲處理，多采用單排布孔?？拙?10m。在彎曲堤段應適當縮小孔距。劈裂灌漿和錐探充填灌漿漿液多采用土料漿，參見表5 3、

16、5 4。根據不同的需要可摻入水泥、各種外加劑。表5 3漿土料選擇表項目劈裂灌漿充填灌漿塑性指數（%）81510 25粘粒含量（%）20 3020 45粉粒含量（%）30 5040 70砂粒含量（%）10 3010有機值含量（%）22可溶鹽含量（%）87010 3013 1630 1008010 30劈裂灌漿鉆孔均是一次成孔。在沖擊鉆進中一般采用取土鉆頭干鉆鉆進或沖擊錘頭錐擊鉆進。在回轉鉆進中 最好采用泥漿循環鉆進，特別是在一些較重要的水利工程堤壩施工中，應合理選用沖洗液循環鉆進，采用清水鉆 進時，應依據堤壩的土質條件、滲透程度來慎重選用。鉆孔孔徑可小到25mm，一般孔徑在60-0 130mm之間。 所有灌漿鉆孔均需埋設孔口管，使頂部灌漿壓力由孔口管承擔，可施加較大的灌漿壓力，促使漿液析水固結，有 利于提高漿液的固結速率和漿體結石的密實度。灌漿壓力是劈裂式灌漿施工中的一個重要參數。應注意掌握：起始劈裂壓力、裂縫的擴展壓力、最大控制灌 漿壓力。灌漿壓力的大小不僅與灌漿范圍大小、水文工程地質條件等因素有關，而且還與地層的附加荷載及灌漿 深度有關，所以不能用一個公式準確地表達出來，應根據不同情況通過經驗和灌漿試驗確定。灌漿過程中，對冒漿、串漿、隆起等一些特殊情況做好相應的處理。必須做好灌漿結束后的封孔工作。灌漿效果檢查有：標準貫入試驗、彈性波法、現場透水試驗、現場載荷試驗等。