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岩土研究院

高压喷射注浆法的勘察和设计计算

334 2022-03-16 09:32:32

工程地质勘察和环境调查

当高压喷射注浆加固方案确定后,需深入进行实施性调查。

高压喷射注浆加固地基的效果与地质条件和施工环境等因素密切相关,因此,对建筑场地的岩土工程条件的勘察和测试试验内容较其他地基处理方法要求得更为详尽。对具体的某项工程而言,若已有一些地质勘察资料,但必要时仍需做一些补充勘察。

一、岩土工程勘察

岩土工程勘察的内容主要包括∶

(1)查明拟建工程所在区域的工程概况。

(2)基岩的形态、产状、分布、埋藏深度和物理力学性质。

(3)各土层的层面状态,即埋藏深度、种类、颗粒组成、化学成分和物理力学性质,如表10.4.1所示。

(4)岩土层中的裂隙通道或岩溶的洞穴情况。

(5)水文地质情况,包括∶地下水位高程,各土层的渗透系数,附近地沟、暗河的分布和连通情况;地下水位特性,包括∶水质、水位、流速、流向、流量、承压状况和补给状况、水中硫酸根和其他腐蚀性物质的成分和含量等。

(6)钻孔间距和深度。钻孔间距按《岩土工程勘察规范》中,对一般建筑物详细期察阶段的要求进行,但当水平方向土层变化较大时,应适当加密钻孔间距。钻孔深度,当旋喷桩作端承桩时,应注意持力层起伏性状,钻孔要钻至持力层3~5m。如在此深度范围内有软弱土层,则应钻穿之并达到不小于3m 的密实土层。如旋喷桩作为摩擦桩时,应注意土层的不均匀性,有无软弱夹层及各土层的摩擦系数。勘察深度应达到设计深度的要求。

(7)绘制柱状图和地质剖面图。

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二、环境调查

环境调查包括施工场地的地形、地貌,施工场地的空间大小和地形埋设物状态,如地形管线。地形障碍物的位置。周围建筑物的位置、结构、基础型式和深度以及材料、机具的运输道路,排污情况,水电供应情况,保护性建筑物及周围居民情况等。

10.4.2 注浆材料及其配方和现场喷射试验

注浆材料及其配方和现场喷射试验是高压喷射注浆法的重要组成部分,采用的适当与否将会影响到固结体的质量、物理力学指标和工程造价等。

注浆材料一般包括主料和辅料,对于某一种注浆材料来说,主料可能是一种或几种。也可能没有辅料,还可有一种或几种辅料。一、注浆材料种类及其配方

水泥是最便宜的注浆材料,来源广泛,取材容易,种类较多,是高压喷射注浆的基本浆液。国内只有少数工程中用过丙凝和尿醛树脂等作为浆材。这里就最常用的水泥浆液进行讨论。根据浆液加固目的的不同,大致可分为以下几种类型∶

1.普通型

普通型水泥浆即纯水泥浆,一般无特殊要求的工程宜采用普通型。普通型浆液_般采用32.5级或42.5级硅酸盐水泥,不添加任何外加剂,水泥比常采用1∶1或1.5∶1.浆液的水灰比越大,凝固时间也就越长,固结体 28d 的抗压强度最大可达 2~20MPa,在砂性土中强度高些,在粘性土中强度低些,纯水泥浆的基本性能可参考表10.4.2。

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2.速凝早强型

对地下水丰富、流速大的工程,需要在水泥浆中掺人速凝早强剂,因纯水泥浆的凝固时间太长,浆液易被冲蚀而不固结。另外,对一些要求早期承重大的工程也需要加速凝剂。

常用的早强剂有∶氯化钙、水玻璃、三乙醇胺等。常用量一般为水泥用量的2%~4%。以使用氯化钙为例,纯水泥浆与土的固结体,1d的抗压强度为1MPa,而掺入 2%氯化钙的水泥-土固结体的抗压强度为1.6MPa,掺入 4%氯化钙的水泥-土固结体的抗压强度为2.4MPa。加入速凝-早强剂的固结体早期抗压强度比纯水泥浆固结体强度高 2 倍多。

3.高强型

旋喷固结体的平均抗压强度在 20MPa 以上的称为高强型。高强型配方为由地基加固发展为加筋桩基提供了可能性。它将大大地扩大旋喷注浆的应用范围。

提高固结体的方法有∶

(1)选择高强度等级水泥。一般注浆所用的水泥要求不低于 52.5级普通硅酸盐水泥。(2)选择高效能的扩散剂和由无机盐组成的复合配方。在42.5级普通硅酸盐水泥中掺入外加剂能提高固结体的强度。常用的高效能扩散剂为;亚甲基二禁磺酸钠 NNO、三乙醇胺NR.、亚硝酸钠 NaNO2、硅酸钠 Na2SiO3和无机盐等。需经过室内试验确定高强型水泥浆的配方。表10.4.3为各种外加剂对抗压强度的影响。

4. 填充型

将粉煤灰、矿渣等材料作为填充剂加入水泥浆中会极大地降低工程造价。粉煤灰的特点是早期强度较低,而后期强度增长率高、水化热低。

使用粉煤灰前,必须将其颗粒研磨,细度必须达到42.5级普通硅酸盐水泥的标准。

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5. 抗冻型

当地层中的水随气温下降变成冰的同时,其体积膨胀;当地层中的水随气温回升时,其地层下沉,承载力降低;当这种膨胀和下沉足以引起地层颗粒间的相对位移时,便发生地层的宏观冻胀和磷沉现象,使地面上的建筑物受到破坏。若在冻十地区未上冻前对十进行喷射注浆并在所用的旋喷浆液(以 42.5级普通硅酸盐水泥为宜)中加入抗冻剂就能阻止成控制地表水向土体下渗以及地下水向土体上引,不使土体含水量超过其起始冻胀含水量,就可达到防治土体冻胀的目的。

一般使用的抗冻剂为∶

(1)水泥-沸石粉浆液。沸石能在抗冻胀中起作用,主要是由于这类矿物晶体具有很开旷的硅氧格架,其晶体内部有许多均匀的孔道和内表面有很大的孔穴,从面具有独特的吸附、筛分阴离子和催化等性能。沸石对于具有高极性的分子有很高的亲和力.尤其是对水。其吸水性远比土体大,所以,沸石粉往往首先与水结合,这样就使土体含水量降低。使其不超过起始冻胀含水量,从面达到土体不被冻胀的目的。

沸石粉的掺量以水泥量的 10%~20%为宜。

(2)水泥-三乙醇胺、亚硝酸钠浆液。三乙醇胺和亚硝酸钠都能促进水化,使固结体在低温下不冻胀

三乙醇胺的掺入量为0.05%,亚硝酸钠为1%。

(3)水泥扩散剂NNO浆液。NNO具有较高地扩散水泥颗粒的作用,加速水泥的水化,它将水化的产物填充游离水占据的空间。使固结体的水分减小.从而能起抗冻作用。NNO的掺入量为0.5%,如表10.4.4所示。

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当在寒冷地区地形冻结线以上的地层中进行旋喷注浆时,最好使用普通硅酸盐水泥。如货源特别困难时,可使用高等级的矿渣水泥。一般情况下火山灰水泥效果较差。

6.抗渗型

在水泥浆中掺入2%~4%的水玻璃,其抗渗性能就可明显提高,如表10.4.5 所示。

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综上所述,在水泥浆液中加入某种外加剂后,有的能提高浆液的流动度和稳定性.有的能改变浆液的胶凝时间或提高固结体的抗压强度,可按工程的目的和要求来选择外加剂。

目前,国内用的比较多的是普通型、速凝早强型和填充型的材料。现将一部分较堂用的添有外加剂的浆液及配方列于表10.4.8中。

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二、室内配方现场喷射试验

为了解喷射注浆后固结体可能具有的强度和决定浆液合理的配合比,必须取现场的各层土样,在室内按不同的含水量和配合比进行配方试验,优选出最合理的浆液配方。

对规模较大、性质较重要的工程或工程地质条件较复杂的拟建工程,配方设计完成以后. 要在现场进行试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数和工艺,查明喷射固结体的直径和强度及其他设计所需的参数,验证设计的可靠性和安全度。